高考物理試卷物理帶電粒子在無(wú)邊界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)題分類匯編含解析(編輯修改稿)
2025-04-02 21:47 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(kāi)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(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，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，平面直角坐標(biāo)系中，在，y＞0及y＜L區(qū)域存在場(chǎng)強(qiáng)大小相同，方向相反均平行于y軸的勻強(qiáng)電場(chǎng)，在L＜y＜0區(qū)域存在方向垂直于xOy平面紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電粒子，經(jīng)過(guò)y軸上的點(diǎn)P1（0，L）時(shí)的速率為v0，方向沿x軸正方向，然后經(jīng)過(guò)x軸上的點(diǎn)P2（L，0）進(jìn)入磁場(chǎng)．在磁場(chǎng)中的運(yùn)轉(zhuǎn)半徑R=L（不計(jì)粒子重力），求：（1）粒子到達(dá)P2點(diǎn)時(shí)的速度大小和方向；（2）；（3）粒子第一次從磁場(chǎng)下邊界穿出位置的橫坐標(biāo)；（4）粒子從P1點(diǎn)出發(fā)后做周期性運(yùn)動(dòng)的周期．【答案】（1）v0，與x成53176。角；（2）；（3）2L；（4）．【解析】【詳解】（1）如圖，粒子從P1到P2做類平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)到達(dá)P2時(shí)的y方向的速度為vy，由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律知L=v0t1，L=t1可得t1=，vy=v0故粒子在P2的速度為v==v0設(shè)v與x成β角，則tanβ==，即β=53176。；（2）粒子從P1到P2，根據(jù)動(dòng)能定理知qEL=mv2mv02可得E=粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)qvB=m解得：B===解得：；（3）粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心為O′，在圖中，過(guò)P2做v的垂線交y=直線與Q′點(diǎn)，可得：P2O′===r故粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心為O′，因粒子在磁場(chǎng)中的軌跡所對(duì)圓心角α=37176。，故粒子將垂直于y=L直線從M點(diǎn)穿出磁場(chǎng)，由幾何關(guān)系知M的坐標(biāo)x=L+（rrcos37176。）=2L；（4）粒子運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的軌跡如上圖，粒子從P1到P2做類平拋運(yùn)動(dòng)：t1=在磁場(chǎng)中由P2到M動(dòng)時(shí)間：t2==從M運(yùn)動(dòng)到N，a==則t3==則一個(gè)周期的時(shí)間T=2（t1+t2+t3）=．9．空間中存在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一帶電量為+q、質(zhì)量為m的粒子，在P點(diǎn)以某一初速開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，初速方向在圖中紙面內(nèi)如圖中P點(diǎn)箭頭所示．該粒子運(yùn)動(dòng)到圖中Q點(diǎn)時(shí)速度方向與P點(diǎn)時(shí)速度方向垂直，如圖中Q點(diǎn)箭頭所示．已知P、Q間的距離為L(zhǎng)．若保持粒子在P點(diǎn)時(shí)的速度不變，而將勻強(qiáng)磁場(chǎng)換成勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與紙面平行且與粒子在P點(diǎn)時(shí)速度方向垂直，在此電場(chǎng)作用下粒子也由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)．不計(jì)重力．求：（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的大小．（2）兩種情況中粒子由P運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間之比．【答案】 ； 【解析】【分析】【詳解】（1）粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，以v0表示粒子在P點(diǎn)的初速度，R表示圓周的半徑，則有 由于粒子在Q點(diǎn)的速度垂直它在p點(diǎn)時(shí)的速度，可知粒子由P點(diǎn)到Q點(diǎn)的軌跡為圓周，故有 以E表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，a表示粒子在電場(chǎng)中加速度的大小，tE表示粒子在電場(chǎng)中由p點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間，則有 水平方向上： 豎直方向上： 由以上各式，得 且 （2）因粒子在磁場(chǎng)中由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的軌跡為圓周，即 所以10．處于靜止?fàn)顟B(tài)的某原子核X，發(fā)生α衰變后變成質(zhì)量為mY的原子核Y，被釋放的α粒子垂直射
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