高考物理帶電粒子在無(wú)邊界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)專題訓(xùn)練答案及解析(編輯修改稿)
2025-04-02 21:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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?。?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：⑩⑾⑿8．如圖所示，xOy平面內(nèi)，A、B、C三點(diǎn)恰好組成一個(gè)直角三角形，∠B＝90176。，∠C＝60176。，D為AD的中點(diǎn)．第二象限內(nèi)有沿y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)；三角形BCD區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)I，AB下方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(diǎn)以速度v0沿+y方向進(jìn)入磁場(chǎng)I，離開磁場(chǎng)I后又剛好從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿與x成30176。的方向進(jìn)入電場(chǎng)，又從A點(diǎn)離開電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ，經(jīng)磁場(chǎng)Ⅱ偏轉(zhuǎn)后回到B點(diǎn)，回到B點(diǎn)的速度方向仍沿+y方向，之后帶電粒子重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程．不計(jì)粒子重力．求：(1)磁場(chǎng)I的磁感應(yīng)強(qiáng)度B及勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E的大小；(2)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的周期.【答案】（1）、（2）【解析】試題分析：（1）畫出粒子運(yùn)動(dòng)如圖所示由幾何關(guān)系，粒子在磁場(chǎng)I中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為由牛頓第二定律可得，解得粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿y方向，沿x方向，解得（2）粒子在磁場(chǎng)I中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間粒子離開磁場(chǎng)I到達(dá)O的路程，所用時(shí)間，根據(jù)可得粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間根據(jù)幾何關(guān)系可得粒子在磁場(chǎng)II中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為粒子在磁場(chǎng)II中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間周期考點(diǎn)：考查了帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【名師點(diǎn)睛】帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，首先要運(yùn)用動(dòng)力學(xué)方法分析清楚粒子的運(yùn)動(dòng)情況，再選擇合適方法處理．對(duì)于勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，常常運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的分解法，將其分解為兩個(gè)直線的合成，由牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式結(jié)合求解；對(duì)于磁場(chǎng)中圓周運(yùn)動(dòng)，要正確畫出軌跡，由幾何知識(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，在邊界上固定兩長(zhǎng)為L(zhǎng)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(shí)刻將一個(gè)質(zhì)量為、電量為（）的粒子由靜止釋放，粒子在電場(chǎng)力的作用下向右運(yùn)動(dòng)，在時(shí)刻通過(guò)垂直于邊界進(jìn)入右側(cè)磁場(chǎng)區(qū)。（不計(jì)粒子重力，不考慮極板外的電場(chǎng)）（1）求粒子到達(dá)時(shí)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(qiáng)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(shí)刻再次到達(dá)，且速度恰好為零，求該過(guò)程中粒子在磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和磁感強(qiáng)度的大小【答案】（1）（2）（3） 【解析】（1）粒子由至的過(guò)程中，根據(jù)動(dòng)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(yùn)動(dòng)學(xué)公式得 ④聯(lián)立③④式得 ⑤(2)設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，由牛頓第二定律得 ⑥要使粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)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(wú)場(chǎng)區(qū)向左勻速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程用時(shí)為，有 ⑨聯(lián)立②⑤⑨式得
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