高中物理高考物理速度選擇器和回旋加速器解題技巧及練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-02 21:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，亮點(diǎn)重新回復(fù)到中心O點(diǎn)，設(shè)電子的速度為，則evB=eE得即代入數(shù)據(jù)得v=107m/s （3）當(dāng)極板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時(shí)，電子以速度進(jìn)入后，豎直方向作勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為電子在水平方向作勻速運(yùn)動(dòng)，在電場內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 這樣，電子在電場中，豎直向下偏轉(zhuǎn)的距離為離開電場時(shí)豎直向下的分速度為電子離開電場后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)t2時(shí)間到達(dá)熒光屏t2時(shí)間內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)的距離為這樣，電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為可解得代入數(shù)據(jù)得=1011C/kg【點(diǎn)睛】本題是組合場問題：對(duì)速度選擇器，根據(jù)平衡條件研究；對(duì)于類平拋運(yùn)動(dòng)的處理，通常采用運(yùn)動(dòng)的分解法律：將運(yùn)動(dòng)分解成相互垂直的兩方向運(yùn)動(dòng)，將一個(gè)復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解成兩個(gè)簡單的直線運(yùn)動(dòng)，并用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式來求解．8．（1）獲得陰極射線，一般采用的辦法是加熱燈絲，使其達(dá)到一定溫度后濺射出電子，然后通過一定的電壓加速．已知電子質(zhì)量為m，帶電量為e，加速電壓為U，若濺射出的電子初速度為0，試求加速之后的陰極射線流的速度大小v．（2）實(shí)際問題中燈絲濺射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．但可以利用電場和磁場對(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．9．如圖所示為回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖，勻強(qiáng)磁場的方向垂直于半圓型且中空的金屬盒D1和D2，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，金屬盒的半徑為R，兩盒之間有一狹縫，其間距為d，且R?d，兩盒間電壓為U。A處的粒子源可釋放初速度不計(jì)的帶電粒子，粒子在兩盒之間被加速后進(jìn)入D1盒中，經(jīng)半個(gè)圓周之后再次到達(dá)兩盒間的狹縫。通過電源正負(fù)極的交替變化，可使帶電粒子經(jīng)兩盒間電場多次加速后獲得足夠高的能量。已知帶電粒子的質(zhì)量為m、電荷量為+q。(1)不考慮加速過程中的相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。①求粒子可獲得的最大動(dòng)能Ekm；②若粒子第1次進(jìn)入D1盒在其中的軌道半徑為r1，粒子第2次進(jìn)入D1盒在其中的軌道半徑為r2，求r1與r2之比；③求粒子在電場中加速的總時(shí)間t1與粒子在D形盒中回旋的總時(shí)間t2的比值，并由此分析：計(jì)算粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間時(shí)，t1與t2哪個(gè)可以忽略？（假設(shè)粒子在電場中的加速次數(shù)等于在磁場中回旋半周的次數(shù)）；(2)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：通過該回旋加速器加速的帶電粒子能量達(dá)到25~30MeV后，就很難再加速了。這是由于速度足夠大時(shí)，相對(duì)論效應(yīng)開始顯現(xiàn)，粒子的質(zhì)量隨著速度的增加而增大。結(jié)合這一現(xiàn)象，分析在粒子獲得較高能量后，為何加速器不能繼續(xù)使粒子加速了?！敬鸢浮浚?）①；②；③， t1可以忽略；（2）見解析【解析】【分析】【詳解】（1）①粒子離開回旋加速器前，做的還是圓周運(yùn)動(dòng)，由洛侖茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律可得 解得②設(shè)帶電
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