高考物理帶電粒子在無邊界勻強磁場中運動專題訓練答案及解析(編輯修改稿)
2025-04-02 21:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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?。旊妷罕硎緮?shù)為時，電流恰好為零．求：①金屬板N的極限頻率；②將圖示電源的正負極互換，同時逐漸增大極板間電壓，發(fā)現(xiàn)光電流逐漸增大，當電壓達到之后，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磁場，逐漸增大磁感應(yīng)強度，也能使電流為零，求磁感應(yīng)強度B至少為多大時，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)電場力做負功，剛好等于動能變化，有：②極限頻率為：③④②當電源正負極互換后，在電場力作用下，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，當所有光電子飛到該極板時，電流達到飽和，此時飛得最遠的光電子可以近似看出類平拋運動，則有：⑤⑥⑦⑧⑨（2）當在MN間加有勻強磁場，在磁場力作用下，光電子做勻速圓周運動，當運動半徑最大的光電子的半徑等于d/2，則光電子到達不了極板M，那么就可以使電流為0，則有：⑩⑾⑿8．如圖所示，xOy平面內(nèi)，A、B、C三點恰好組成一個直角三角形，∠B＝90176。，∠C＝60176。，D為AD的中點．第二象限內(nèi)有沿y方向的勻強電場；三角形BCD區(qū)域內(nèi)有勻強磁場I，AB下方有勻強磁場Ⅱ，方向均垂直紙面向里，一質(zhì)量為m，電荷量為q（q＞0）的帶電粒子從B點以速度v0沿+y方向進入磁場I，離開磁場I后又剛好從坐標原點O沿與x成30176。的方向進入電場，又從A點離開電場進入磁場Ⅱ，經(jīng)磁場Ⅱ偏轉(zhuǎn)后回到B點，回到B點的速度方向仍沿+y方向，之后帶電粒子重復(fù)上述運動過程．不計粒子重力．求：(1)磁場I的磁感應(yīng)強度B及勻強電場的場強E的大??；(2)帶電粒子運動的周期.【答案】（1）、（2）【解析】試題分析：（1）畫出粒子運動如圖所示由幾何關(guān)系，粒子在磁場I中運動的軌道半徑為由牛頓第二定律可得，解得粒子在電場中運動時，沿y方向，沿x方向，解得（2）粒子在磁場I中的運動時間粒子離開磁場I到達O的路程，所用時間，根據(jù)可得粒子在電場中的運動時間根據(jù)幾何關(guān)系可得粒子在磁場II中運動的軌道半徑為粒子在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角為粒子在磁場II中的運動時間周期考點：考查了帶電粒子在組合場中的運動【名師點睛】帶電粒子在組合場中的運動問題，首先要運用動力學方法分析清楚粒子的運動情況，再選擇合適方法處理．對于勻變速曲線運動，常常運用運動的分解法，將其分解為兩個直線的合成，由牛頓第二定律和運動學公式結(jié)合求解；對于磁場中圓周運動，要正確畫出軌跡，由幾何知識求解半徑9．(18分)如圖甲所示，相隔一定距離的豎直邊界兩側(cè)為相同的勻強磁場區(qū)，磁場方向垂直紙面向里，在邊界上固定兩長為L的平行金屬極板MN和PQ，兩極板中心各有一小孔、兩極板間電壓的變化規(guī)律如圖乙所示，正反向電壓的大小均為，周期為。在時刻將一個質(zhì)量為、電量為（）的粒子由靜止釋放，粒子在電場力的作用下向右運動，在時刻通過垂直于邊界進入右側(cè)磁場區(qū)。（不計粒子重力，不考慮極板外的電場）（1）求粒子到達時的速度大小和極板距離（2）為使粒子不與極板相撞，求磁感應(yīng)強度的大小應(yīng)滿足的條件。（3）若已保證了粒子未與極板相撞，為使粒子在時刻再次到達，且速度恰好為零，求該過程中粒子在磁場內(nèi)運動的時間和磁感強度的大小【答案】（1）（2）（3） 【解析】（1）粒子由至的過程中，根據(jù)動能定理得 ①由①式得 ②設(shè)粒子的加速度大小為，由牛頓第二定律得 ③由運動學公式得 ④聯(lián)立③④式得 ⑤(2)設(shè)磁感應(yīng)強度大小為B，粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑為R，由牛頓第二定律得 ⑥要使粒子在磁場中運動時不與極板相撞，須滿足 ⑦聯(lián)立②⑥⑦式得 ⑧（3）設(shè)粒子在兩邊界之間無場區(qū)向左勻速運動的過程用時為，有 ⑨聯(lián)立②⑤⑨式得
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