(物理)-高考物理帶電粒子在無邊界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)訓(xùn)練100(附答案)(編輯修改稿)
2025-03-29 22:09 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 【答案】（1）（0，）（2） 【解析】【詳解】（1）粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律有：代入數(shù)據(jù)，解得：由題意可知，所有粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在y軸上，做圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑相等，根據(jù)得，粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的周期都相等，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，要使運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短，則運(yùn)動(dòng)的弧長(zhǎng)最短，圓心角最小，分析可知粒子打在圓筒與x軸左側(cè)交點(diǎn)所用的時(shí)間最短．由幾何關(guān)系可知，這段圓弧所對(duì)圓心角滿足：得到：粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期：則最短時(shí)間：根據(jù)幾何關(guān)系，發(fā)射點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離為：即對(duì)應(yīng)粒子在y軸上發(fā)射的位置坐標(biāo)為（0，）（2）設(shè)從圓筒上面恰好能打在圓筒上的粒子從y軸上射出的位置在M點(diǎn)，坐標(biāo)為M（0，y1）由幾何關(guān)系可知，設(shè)從圓筒下面恰好打在圓筒上的粒子從y軸上射出的位置在Q點(diǎn)，坐標(biāo)為Q（0，y2）．由幾何關(guān)系可知，因此能打在圓筒上的粒子在y軸上射出的范圍是：．【點(diǎn)睛】粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，能正確的畫出運(yùn)動(dòng)軌跡，并根據(jù)幾何關(guān)系確定各量之間的關(guān)系．7．如圖甲所示，兩平行金屬板AB間接有如圖乙所示的電壓，兩板間的電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)，且兩板外無電場(chǎng)，板長(zhǎng)L=0．8m，板間距離d=0．6m．在金屬板右側(cè)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2．010﹣2T，方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為l1=0．12m，磁場(chǎng)足夠長(zhǎng)．MN為一豎直放置的足夠大的熒光屏，熒光屏距磁場(chǎng)右邊界的距離為l2=0．08m，MN及磁場(chǎng)邊界均與AB兩板中線OO′垂直．現(xiàn)有帶正電的粒子流由金屬板左側(cè)沿中線OO′連續(xù)射入電場(chǎng)中．已知每個(gè)粒子的速度v0=4．0105m/s，比荷=1．0108C/kg，重力忽略不計(jì)，每個(gè)粒子通過電場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間極短，電場(chǎng)可視為恒定不變．（1）求t=0時(shí)刻進(jìn)入電場(chǎng)的粒子打到熒光屏上時(shí)偏離O′點(diǎn)的距離；（2）若粒子恰好能從金屬板邊緣離開，求此時(shí)兩極板上的電壓；（3）試求能離開電場(chǎng)的粒子的最大速度，并通過計(jì)算判斷該粒子能否打在右側(cè)的熒光屏上？如果能打在熒光屏上，試求打在何處．【答案】（1）0．10m；（2）900V；（3）5105m/s，該粒子不能打在右側(cè)的熒光屏上．【解析】【分析】【詳解】（1）t=0時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)的粒子勻速通過電場(chǎng)，進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：，代入數(shù)據(jù)解得：R1=0．2m，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示：由幾何知識(shí)可得：粒子在磁場(chǎng)中偏移的距離：代入數(shù)據(jù)解得：y1=0．04m粒子出磁場(chǎng)后做勻速直線運(yùn)動(dòng) 代入數(shù)據(jù)解得：y2=0．06m粒子打到熒光屏上時(shí)偏離O′的距離為：y=y1+y2=0．10m（2）設(shè)兩板間電壓為U1時(shí)，帶電粒子剛好從極板邊緣射出電場(chǎng)，如圖所示：根據(jù)平拋知識(shí)可知：，L=v0t，解得：U1=900V（3）由動(dòng)能定理得：代入數(shù)據(jù)解得： v1=5105m/s粒子在電場(chǎng)中的偏向角α，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：，代入數(shù)據(jù)解得：R2=0．25mR2﹣R2sinα=0．25﹣0．25=0．1m＜l1=0．12m該粒子不能從磁場(chǎng)偏出打在熒光屏上；答：（1）0．10m；（2）900V；（3）5105m/s，該粒子不能打在右側(cè)的熒光屏上8．如圖所示是研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路，、為兩正對(duì)的圓形金屬板，兩板間距為，板的半徑為，且．當(dāng)板正中受一頻率為的細(xì)束紫外線照射時(shí)，照射部位發(fā)射沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成光電流，從而引起電流表的指針偏轉(zhuǎn)．已知普朗克常量h、電子電荷量e、電子質(zhì)量m．（1）若閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑片P逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小．當(dāng)電壓表示數(shù)為時(shí)，電流恰好為零．求：①金屬板N的極限頻率；②將圖示電源的正負(fù)極互換，同時(shí)逐漸增大極板間電壓，發(fā)現(xiàn)光電流逐漸增大，當(dāng)電壓達(dá)到之后，電流便趨于飽和．求此電壓．（2）開關(guān)S斷開，在MN間加垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為多大時(shí)，電流為零．【答案】（1）①②（2）【解析】【分析】【詳解】（1）①據(jù)題意，由光電效應(yīng)方程得到：①據(jù)電場(chǎng)力做負(fù)功，剛好等于動(dòng)能變化，有：②極限頻率為：③④②當(dāng)電源正負(fù)極互換后，在電場(chǎng)力作用下，電子飛到極板M上，且電壓越大，飛到該極板上的光電子數(shù)量越多，當(dāng)所有光電子飛到該極板時(shí)，電流達(dá)到飽和，此時(shí)飛得最遠(yuǎn)的光電子可以近似看出類平拋運(yùn)動(dòng)，則有：⑤⑥⑦⑧⑨（2）當(dāng)在MN間加有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力作用下，光電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)半徑最大的光電子的半徑等于d/2，則光電子到達(dá)不了極板M，那么就可以使電流為0，則有：⑩⑾
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