高考物理速度選擇器和回旋加速器的基本方法技巧及練習(xí)題及練習(xí)題-文庫(kù)吧
2025-04-05 04:30 本頁(yè)面
【正文】 出的電子初速度不為0，且速度大小滿足某種分布，所以經(jīng)過同一電壓加速后的電子速度大小就不完全相同．但可以利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)電子的共同作用來篩選出科學(xué)研究所需要的特定速度的電子．設(shè)計(jì)如圖所示的裝置，上下極板接電源的正負(fù)極，虛線為中軸線，在裝置右側(cè)設(shè)置一個(gè)擋板，并在與中軸線相交處開設(shè)一個(gè)小孔，允許電子通過．調(diào)節(jié)極板區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，使特定速度的電子沿軸線穿過．請(qǐng)?jiān)趫D中畫出滿足條件的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向．（3）為了確定從上述速度選擇裝置射出的陰極射線的速度，可采用如圖所示的電偏轉(zhuǎn)裝置（截面圖）．右側(cè)放置一塊絕緣熒光板，電子打在熒光板上發(fā)光，從而知道陰極射線所打的位置．現(xiàn)使熒光板緊靠平行極板右側(cè)，并將其處于兩板間的長(zhǎng)度六等分，端點(diǎn)和等分點(diǎn)分別用a、b、c、……表示．偏轉(zhuǎn)電極連接一個(gè)閉合電路，將滑線變阻器也六等分，端點(diǎn)和等分點(diǎn)分別用A、B、C、……表示．已知電子所帶電量e = 1019C，取電子質(zhì)量m = 1031kg，板間距和板長(zhǎng)均為L(zhǎng)，電源電動(dòng)勢(shì)E = 120V．實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滑線變阻器的滑片滑到A點(diǎn)時(shí)，陰極射線恰好沿中軸線垂直打到d點(diǎn)；當(dāng)滑片滑到D點(diǎn)時(shí)，觀察到熒光屏上f點(diǎn)發(fā)光．忽略電源內(nèi)阻、所有導(dǎo)線電阻、電子重力以及電子間的相互作用．請(qǐng)通過以上信息計(jì)算從速度選擇裝置射出的陰極射線的速度大小v0．【答案】（1）（2）如圖所示：（3）【解析】（1）根據(jù)動(dòng)能定理可以得到：，則：；（2）當(dāng)電子受到洛倫茲力和電場(chǎng)力相等時(shí)，即，即，滿足這個(gè)條件的電子才能通過，如圖所示：（3）設(shè)當(dāng)滑片滑到D點(diǎn)時(shí)兩極板間電壓為U，由電子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)得：則：．點(diǎn)睛：本題主要考查帶電粒子在電場(chǎng)中的加速、速度選擇器以及帶電粒子在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)問題，但是本題以信息題的形式出現(xiàn)，令人耳目一新的感覺，但是難度不大，是一道好題，對(duì)學(xué)生分析問題能起到良好的作用．6．某速度選擇器結(jié)構(gòu)如圖所示，三塊平行金屬板Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水平放置，它們之間距離均為d，三金屬板上小孔OOO3在同一豎直線上，Ⅰ、Ⅱ間有豎直方向勻強(qiáng)電場(chǎng)E1，Ⅱ、Ⅲ間有水平向左電場(chǎng)強(qiáng)度為E2的勻強(qiáng)電場(chǎng)及垂直于紙面向里磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)子由金屬板I上端O1點(diǎn)靜止釋放，經(jīng)電場(chǎng)E1加速，經(jīng)過O2進(jìn)入EB2的復(fù)合場(chǎng)中，最終從Ⅲ的下端O3射出，已知質(zhì)子帶電量為e，質(zhì)量為m．則A．O3處出射時(shí)粒子速度為 B．Ⅰ、Ⅱ兩板間電壓 C．粒子通過Ⅰ、Ⅱ金屬板和Ⅱ、Ⅲ金屬板的時(shí)間之比為1︰1D．把質(zhì)子換成α粒子，則α粒子也能從O3射出【答案】AB【解析】【詳解】A．經(jīng)過O2點(diǎn)進(jìn)入EB2的復(fù)合場(chǎng)中，最終沿直線從Ⅲ的下端O3點(diǎn)射出，因質(zhì)子受到電場(chǎng)力與洛倫茲力，只要當(dāng)兩者大小相等時(shí)，才能做直線運(yùn)動(dòng)，且速度不變的，依據(jù)qE2=B2qv解得：v=故A正確；B．質(zhì)子在Ⅰ、Ⅱ兩板間，在電場(chǎng)力作用下，做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理，即為qU1=mv2，而質(zhì)子以相同的速度進(jìn)入Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有v=，那么Ⅰ、Ⅱ兩板間電壓U1=故B正確；C．粒子通過Ⅰ、Ⅱ金屬板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，而在Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，即有d=而d=vt2，那么它們的時(shí)間之比為2：1，故C錯(cuò)誤；D．若將質(zhì)子換成α粒子，根據(jù)qU1=mv2導(dǎo)致粒子的比荷發(fā)生變化，從而影響α粒子在Ⅱ、Ⅲ金屬板做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此α粒子不能從O3射出，故D錯(cuò)誤；故選AB．【點(diǎn)睛】考查粒子在復(fù)合場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定是勻速直線運(yùn)動(dòng)，并掌握動(dòng)能定理與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的應(yīng)用，注意粒子何時(shí)勻加速直線運(yùn)動(dòng)與勻速直線運(yùn)動(dòng)是解題的關(guān)鍵．7．如圖所示，水平放置的兩塊帶金屬極板 a、b l ,板間距為 d ,板間存在著方向堅(jiān)直向下、場(chǎng)強(qiáng)大小為 E 、 m 、電荷量為 q 的粒子，以水平速度 v 0 從兩極板的左端正中央沿垂直于電場(chǎng)、磁場(chǎng)的方向入極板間，. （1）求勻強(qiáng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大?。?（2）若撤去磁場(chǎng)，粒子能從極板間射出，求粒子穿過電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向移動(dòng)的距離； （3）若撤去磁場(chǎng)，并使電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，粒子將打在下極板上，求粒子到達(dá)下極板時(shí)動(dòng)能的大小. 【答案】（1） （2） （3）【解析】【分析】（1）粒子恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可知電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡，可求磁感應(yīng)強(qiáng)度B；（2）粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)分解方法，求解粒子穿過電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向移動(dòng)的距離；（3）用動(dòng)能定理求解粒子到達(dá)下極板時(shí)動(dòng)能．【詳解】（1）帶電粒子勻速通過場(chǎng)區(qū)時(shí)受到的電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡，qE=qv0B，解得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=；（2）撤掉磁場(chǎng)后，粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，通過電場(chǎng)區(qū)偏轉(zhuǎn)的距離（3）設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)到下極板時(shí)的動(dòng)能大小為EK，根據(jù)動(dòng)能定理得：q2Ed=Ekmv02解得EK=mv02+qEd【點(diǎn)睛】對(duì)粒子搞好受力分析，挖掘“恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)”的隱含條件，對(duì)于撤掉磁場(chǎng)后的粒子的類平拋運(yùn)動(dòng)，要能夠熟練分析解決，為?？純?nèi)容．8．我們熟知經(jīng)典回
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