高考物理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動易錯題試卷及答案解析(已修改)
2025-04-02 21:24 本頁面
【正文】 高考物理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動易錯題試卷及答案解析一、帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動壓軸題1．離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動力系統(tǒng)，某種推進(jìn)器設(shè)計的簡化原理如圖所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個工作區(qū)．I為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價正離子；II為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場．I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出．I區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速度范圍的電子．假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動，截面如圖所示（從左向右看）．電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角（0α90?）．推進(jìn)器工作時，向I區(qū)注入稀薄的氙氣．電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好．已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e．（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）．（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大??；（2）為取得好的電離效果，請判斷I區(qū)中的磁場方向（按圖2說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；（3）α為90176。時，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vmax與α角的關(guān)系．【來源】2014年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合能力測試物理（浙江卷帶解析)【答案】（1）（2）垂直于紙面向外（3）（4）【解析】【分析】【詳解】（1）離子在電場中加速，由動能定理得：,得：．離子做勻加速直線運(yùn)動，由運(yùn)動學(xué)關(guān)系得:,得：．（2）要取得較好的電離效果，電子須在出射方向左邊做勻速圓周運(yùn)動，即為按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可知，此刻Ⅰ區(qū)磁場應(yīng)該是垂直紙面向外．（3）當(dāng)時，最大速度對應(yīng)的軌跡圓如圖一所示，與Ⅰ區(qū)相切，此時圓周運(yùn)動的半徑為洛倫茲力提供向心力，有得即速度小于等于此刻必須保證．（4）當(dāng)電子以角入射時，最大速度對應(yīng)軌跡如圖二所示，軌跡圓與圓柱腔相切，此時有：，由余弦定理有，聯(lián)立解得：再由：，得．考點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動、帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的運(yùn)動【名師點(diǎn)睛】該題的文字?jǐn)⑹鲚^長，要求要快速的從中找出物理信息，創(chuàng)設(shè)物理情境；平時要注意讀圖能力的培養(yǎng)，以及幾何知識在物理學(xué)中的應(yīng)用，解答此類問題要有畫草圖的習(xí)慣，以便有助于對問題的分析和理解；再者就是要熟練的掌握帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期和半徑公式的應(yīng)用．2．如圖甲所示，間距為d、垂直于紙面的兩平行板P、Q間存在勻強(qiáng)磁場．取垂直于紙面向里為磁場的正方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。t=0時刻，一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子（不計重力），以初速度由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁場且平行于板面的方向射入磁場區(qū)．當(dāng)和取某些特定值時，可使時刻入射的粒子經(jīng)時間恰能垂直打在P板上（不考慮粒子反彈）。上述為已知量。（1）若 ，求；（2）若，求粒子在磁場中運(yùn)動時加速度的大小；（3）若，為使粒子仍能垂直打在P板上，求?！緛碓础?014年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合能力測試物理（山東卷帶解析)【答案】（1）（2） （3） 或【解析】【分析】【詳解】（1）設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑，由牛頓第二定律得 ……①據(jù)題意
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