【題目】在科學(xué)研究中常用電場(chǎng)和磁場(chǎng)來(lái)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng),如圖甲所示是一種電荷擴(kuò)束裝置,它由粒子源、加速電場(chǎng)、擴(kuò)束電場(chǎng)組成。其工作原理可簡(jiǎn)化為如下過(guò)程:粒子源產(chǎn)生的同種帶正電粒子(粒子重力忽略不計(jì))經(jīng)加速電場(chǎng)加速后,以速度v0連續(xù)不斷地沿平行于平行金屬板AB的方向從兩極板正中央射入勻強(qiáng)擴(kuò)束電場(chǎng)。 已知金屬板長(zhǎng)為L,相距為d

(1)當(dāng)兩板間電壓U=U0時(shí),粒子恰好打在下極板B的中點(diǎn).求帶電粒子的比荷;

(2)AB間加如圖乙所示的方波形電壓,其周期,從t=0開(kāi)始,前內(nèi)UAB=,后內(nèi)UAB=,上述粒子仍然以速度v0沿原來(lái)方向持續(xù)射入電場(chǎng),求射出電場(chǎng)時(shí)粒子束的寬度D;

(3)若緊貼極板右側(cè)建立xOy坐標(biāo)系,O點(diǎn)為極板右側(cè)的中點(diǎn),在坐標(biāo)系的第I、IV象限某區(qū)域內(nèi)存在一個(gè)圓形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直于xOy坐標(biāo)平面,要使從最下方射出的粒子經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后經(jīng)過(guò)坐標(biāo)為(2d,2d)的P點(diǎn)出磁場(chǎng),求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最大值.

【答案】

【解析】試題分析:(1)粒子在板中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),水平方向不受力做勻速直線運(yùn)動(dòng),豎直方向在電場(chǎng)力作用下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)求解即可;(2)根據(jù)粒子在電場(chǎng)方向做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,可分析出粒子經(jīng)過(guò)一個(gè)周期,在豎直方向速度的變化為零,作出粒子在不同時(shí)刻進(jìn)入偏專(zhuān)磁場(chǎng)豎直方向速度隨時(shí)間變化的圖象,根據(jù)圖象得出偏轉(zhuǎn)最大時(shí)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)間,再根據(jù)類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)求解相關(guān)結(jié)論即可.(3)因?yàn)榱W釉陔妶?chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí),豎直方向的速度變化量為零,故粒子最終都水平方向離開(kāi)電場(chǎng),離開(kāi)電場(chǎng)后粒子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)P點(diǎn),根據(jù)題意作出最下方粒子運(yùn)動(dòng)軌跡,根據(jù)軌跡求得粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑,由洛倫茲力提供圓周運(yùn)動(dòng)向心力求得磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大。

1)設(shè)粒子經(jīng)過(guò)時(shí)間打在B板中點(diǎn),

沿極板方向有:

垂直極板方向有:

解得:

2)沿極板方向粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),粒子通過(guò)兩板時(shí)間: ,在任一時(shí)刻射入的粒子都要在的電壓下加速,在的電壓下加速,粒子射出電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向上的速度,因此射出電場(chǎng)粒子的速度與極板平行,大小仍為不同時(shí)刻從點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)的粒子在電場(chǎng)方向的速度隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖所示.

可以確定在時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的粒子射出時(shí)向下的偏距最大, 時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的粒子射出時(shí)向上的偏距最大,并且向上向下的最大偏距大小相等。則有: ,

射出電場(chǎng)時(shí)粒子束的寬度

解得:

3)所有粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度方向都平行于x軸,大小為如圖所示:

當(dāng)從最下方射出的粒子沿圖中虛線所示的路徑經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí),磁場(chǎng)區(qū)半徑最小,并且有:

設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為r,則:

聯(lián)立解得磁感應(yīng)強(qiáng)度有最大值:

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,水平地面上方分布著水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),一“L”形的絕緣硬質(zhì)管豎直固定在勻強(qiáng)電場(chǎng)中.管的水平部分長(zhǎng)為=0.2m,離水平地面的距離為h=5.0m,豎直部分長(zhǎng)為=0.1m。一帶正電的小球從管的上端口A由靜止釋放,小球與管間摩擦不計(jì)且小球通過(guò)管的彎曲部分(長(zhǎng)度極短可不計(jì))時(shí)設(shè)有能量損失.小球在電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力大小為重力的一半.求:

(1)小球運(yùn)動(dòng)到管口B時(shí)的速度大。

(2)小球著地點(diǎn)與管的下端口B的水平距離.(g10m/s)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】圖甲中有一質(zhì)量為M的長(zhǎng)木板靜置于光滑水平面上,其上放置一質(zhì)量為m的小滑塊。木板受到隨時(shí)間t變化水平拉力F作用時(shí),用傳感器測(cè)出其加速度a,得到乙圖的aF圖。取g=10 m/s2,下列選項(xiàng)錯(cuò)誤的是

A. 滑塊的質(zhì)量m=4 kg

B. 木板的質(zhì)量M=2kg

C. 當(dāng)F=8 N時(shí)滑塊加速度為3 m/s2

D. 滑塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】下列說(shuō)法正確的是____。

A. 當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí),分子力和分子勢(shì)能總是隨分子間距離的增大而增大

B. 液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離,所以液體表面分子間的作用表現(xiàn)為相互吸引,即存在表面張力

C. 干濕泡濕度計(jì)的濕泡顯示的溫度高于干泡顯示的溫度,這是因?yàn)闈衽萃饧啿贾械乃舭l(fā)吸熱的結(jié)果

D. 用油膜法測(cè)出油酸分子直徑后,還需知道油酸的摩爾體積就可估算出阿伏伽德羅常數(shù)

E. 一定質(zhì)量的理想氣體體積不變時(shí),溫度越高,單位時(shí)間內(nèi)容器壁單位面積受到氣體分子撞擊的次數(shù)越多

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖,區(qū)域I內(nèi)有與水平方向成45°角的勻強(qiáng)電場(chǎng)E1,區(qū)域?qū)挾葹?/span>d 1,區(qū)域II內(nèi)有正交的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和勻強(qiáng)電場(chǎng)E 2,區(qū)域?qū)挾葹?/span>d 2,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里,電場(chǎng)方向豎直向下。一質(zhì)量為m帶電量為q的微粒在區(qū)域I左邊界的P點(diǎn),由靜止釋放后水平向右做直線運(yùn)動(dòng),進(jìn)入?yún)^(qū)域II后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),從區(qū)域II右邊界上的Q點(diǎn)穿出,其速度方向改變了60°,重力加速度為g ,求:

1區(qū)域I和區(qū)域II內(nèi)勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E 1、E 2的大。

2區(qū)域II內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。

3微粒從P運(yùn)動(dòng)到Q的時(shí)間有多長(zhǎng)?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】質(zhì)量為m的小球用長(zhǎng)為L的懸線固定在O點(diǎn),在O點(diǎn)正下方處有一光滑圓釘C,如圖所示,今把小球拉到懸線呈水平后無(wú)初速度釋放,當(dāng)小球第一次通過(guò)最低點(diǎn)時(shí),下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )

A. 小球的線速度突然增大 B. 小球的角速度突然增大

C. 小球的向心加速度突然增大 D. 懸線對(duì)小球的拉力突然增大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,靜止于A處的帶正電粒子,經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿圖中 圓弧虛線通過(guò)靜電分析器,從P點(diǎn)垂直CN豎直向上進(jìn)入矩形區(qū)域的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁感應(yīng)強(qiáng)度大小變化,方向如圖所示,其CNQD為勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界,邊界處無(wú)磁場(chǎng))。靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射狀分布的電場(chǎng),粒子途經(jīng)圓弧各處場(chǎng)強(qiáng)大小均為E,方向如圖所示。已知圓弧虛線的半徑為R,粒子質(zhì)量為m,電荷量為q,QN=2R,PN=3R,粒子重力不計(jì)

1)求加速電場(chǎng)中的電壓U的大;

2)若粒子最終能打在QN上,求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】1)某學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組利用圖甲所示電路進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)操作,所用的器材有:多用電表.電壓表(量程.滑動(dòng)變阻器.導(dǎo)線若干,回答下列問(wèn)題:

①將圖甲中多用電表的紅表筆和________(填“1”“2”)端相連,黑表筆連接另一端;

②將滑動(dòng)變阻器的滑片調(diào)到適當(dāng)位置,使多用電表歐姆檔正確測(cè)量時(shí)的示數(shù)如圖乙所示,這時(shí)電壓表的示數(shù)如圖丙所示,多用電表和電壓表的示數(shù)分別為________ ___________ 。

2)某同學(xué)在測(cè)繪小燈泡的伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)中;

①所用各元件及規(guī)格如圖丁所示,電路已連接好一部分,關(guān)于剩余電路的連接正確的____。(多選)

A.M端應(yīng)與b接線柱相連

B.M端應(yīng)與a接線柱相連

C.N端與c接線柱相連,開(kāi)關(guān)閉合前,滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片應(yīng)滑到最左端

D.N端與d接線柱相連,開(kāi)關(guān)閉合前,滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)片應(yīng)滑到最右端

②該同學(xué)連接好電路后,采用正確的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作,測(cè)繪的小燈泡伏安特性曲線如圖戊所示,電壓時(shí),小燈泡電阻為________ 。

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,一個(gè)豎直的光滑圓形管道固定在水平面上,管道內(nèi)有一個(gè)直徑略小于管道內(nèi)徑的小球,小球在管道內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是

A. 小球通過(guò)管道最低點(diǎn)時(shí),小球?qū)艿赖膲毫赡転榱?/span>

B. 小球通過(guò)管道最低點(diǎn)時(shí),管道對(duì)地的壓力可能為零

C. 小球通過(guò)管道最高點(diǎn)時(shí),小球?qū)艿赖膲毫赡転榱?/span>

D. 小球通過(guò)管道最高點(diǎn)時(shí),管道對(duì)地的壓力可能為零

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