物理速度選擇器和回旋加速器練習(xí)(編輯修改稿)
2025-04-01 22:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 子通過．調(diào)節(jié)極板區(qū)域內(nèi)電場和磁場的強(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)磁場和勻強(qiáng)電場的方向．（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，板間距和板長均為L，電源電動(dòng)勢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中的加速、速度選擇器以及帶電粒子在電場中的偏轉(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．8．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、磁場的方向入極板間，. （1）求勻強(qiáng)磁場感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大??； （2）若撤去磁場，粒子能從極板間射出，求粒子穿過電場時(shí)沿電場方向移動(dòng)的距離； （3）若撤去磁場，并使電場強(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，求解粒子穿過電場時(shí)沿電場方向移動(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區(qū)時(shí)受到的電場力與洛侖茲力平衡，qE=qv0B，解得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=；（2）撤掉磁場后，粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，通過電場區(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．9．如圖所示，兩豎直金屬板間電壓為U1，、電荷量為q的微粒(重力不計(jì))從靜止經(jīng)電場加速后，從另一豎直金屬板上的小孔水平進(jìn)入兩水平金屬板間并繼續(xù)沿直線運(yùn)動(dòng)．水平金屬板內(nèi)的勻強(qiáng)磁場及其右側(cè)寬度一定、高度足夠高的勻強(qiáng)磁場方向都垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，求：(1)微粒剛進(jìn)入水平金屬板間時(shí)的速度大小v0；(2)兩水平金屬板間的電壓；(3)為使微粒不從磁場右邊界射出，右側(cè)磁場的最小寬度D.【答案】(1) (2) (3)【解析】【分析】（1）粒子在電場中加速，根據(jù)動(dòng)能定理可求得微粒進(jìn)入平行金屬板間的速度大??；（2）根據(jù)粒子在平行板間做直線運(yùn)動(dòng)可知，電場力與洛倫茲力大小相等，列式可求得電壓大?。唬?）粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)幾何關(guān)系可知半徑與D之間的關(guān)系，再由洛倫茲充當(dāng)向心力可求得最小寬度．【詳解】(1)在加速電場中，由動(dòng)能定理，得qU1＝mv02，解得v0＝.(2)在水平金屬板間時(shí)，微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則Bqv0＝q，解得U＝Bd(3)若微粒進(jìn)入磁場偏轉(zhuǎn)后恰與右邊界相切，此時(shí)對(duì)應(yīng)寬度為D，則Bqv0＝m且r＝D，解得D＝【點(diǎn)睛】題考查帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動(dòng)，要注意明確帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)注意幾何關(guān)系的應(yīng)用，明確向心力公式的應(yīng)用；而帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)要注意根據(jù)功能關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)的合成和分解規(guī)律求解．10．汽車又停下來了，原來是進(jìn)了加油站。小明想，機(jī)器總是要消耗能源才干活兒，要是制造出不消耗任何能源卻能源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器，那該是利國利民的大功勞一件啊！小明為此設(shè)計(jì)了一個(gè)離子加速器方案：兩個(gè)靠得很近的、正對(duì)處留有狹縫的半圓形金屬盒，處在垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，M和是固定在金屬盒狹縫
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