高考物理試卷物理帶電粒子在無邊界勻強磁場中運動題分類匯編含解析(編輯修改稿)
2025-04-02 21:47 本頁面
【文章內容簡介】 頻率為的細束紫外線照射時，照射部位發(fā)射沿不同方向運動的光電子，形成光電流，從而引起電流表的指針偏轉．已知普朗克常量h、電子電荷量e、電子質量m．（1）若閉合開關S，調節(jié)滑片P逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現電流逐漸減?。旊妷罕硎緮禐闀r，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S斷開，在MN間加垂直于紙面的勻強磁場，逐漸增大磁感應強度，也能使電流為零，求磁感應強度B至少為多大時，電流為零．【答案】（1）①②（2）【解析】【分析】【詳解】（1）①據題意，由光電效應方程得到：①據電場力做負功，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，平面直角坐標系中，在，y＞0及y＜L區(qū)域存在場強大小相同，方向相反均平行于y軸的勻強電場，在L＜y＜0區(qū)域存在方向垂直于xOy平面紙面向外的勻強磁場，一質量為m，電荷量為q的帶正電粒子，經過y軸上的點P1（0，L）時的速率為v0，方向沿x軸正方向，然后經過x軸上的點P2（L，0）進入磁場．在磁場中的運轉半徑R=L（不計粒子重力），求：（1）粒子到達P2點時的速度大小和方向；（2）；（3）粒子第一次從磁場下邊界穿出位置的橫坐標；（4）粒子從P1點出發(fā)后做周期性運動的周期．【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做類平拋運動，設到達P2時的y方向的速度為vy，由運動學規(guī)律知L=v0t1，L=t1可得t1=，vy=v0故粒子在P2的速度為v==v0設v與x成β角，則tanβ==，即β=53176。；（2）粒子從P1到P2，根據動能定理知qEL=mv2mv02可得E=粒子在磁場中做勻速圓周運動，根據qvB=m解得：B===解得：；（3）粒子在磁場中做圓周運動的圓心為O′，在圖中，過P2做v的垂線交y=直線與Q′點，可得：P2O′===r故粒子在磁場中做圓周運動的圓心為O′，因粒子在磁場中的軌跡所對圓心角α=37176。，故粒子將垂直于y=L直線從M點穿出磁場，由幾何關系知M的坐標x=L+（rrcos37176。）=2L；（4）粒子運動一個周期的軌跡如上圖，粒子從P1到P2做類平拋運動：t1=在磁場中由P2到M動時間：t2==從M運動到N，a==則t3==則一個周期的時間T=2（t1+t2+t3）=．9．空間中存在方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，一帶電量為+q、質量為m的粒子，在P點以某一初速開始運動，初速方向在圖中紙面內如圖中P點箭頭所示．該粒子運動到圖中Q點時速度方向與P點時速度方向垂直，如圖中Q點箭頭所示．已知P、Q間的距離為L．若保持粒子在P點時的速度不變，而將勻強磁場換成勻強電場，電場方向與紙面平行且與粒子在P點時速度方向垂直，在此電場作用下粒子也由P點運動到Q點．不計重力．求：（1）電場強度的大?。?）兩種情況中粒子由P運動到Q點所經歷的時間之比．【答案】 ； 【解析】【分析】【詳解】（1）粒子在磁場中做勻速圓周運動，以v0表示粒子在P點的初速度，R表示圓周的半徑，則有 由于粒子在Q點的速度垂直它在p點時的速度，可知粒子由P點到Q點的軌跡為圓周，故有 以E表示電場強度的大小，a表示粒子在電場中加速度的大小，tE表示粒子在電場中由p點運動到Q點經過的時間，則有 水平方向上： 豎直方向上： 由以上各式，得 且 （2）因粒子在磁場中由P點運動到Q點的軌跡為圓周，即 所以10．處于靜止狀態(tài)的某原子核X，發(fā)生α衰變后變成質量為mY的原子核Y，被釋放的α粒子垂直射
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