【物理】物理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動練習(xí)題20篇-資料下載頁
2025-04-01 22:16本頁面
【正文】 ，粒子進(jìn)入板間時有水平方向的初速度v0，在板間受到豎直方向的重力和電場力作用而做類平拋運(yùn)動，設(shè)運(yùn)動時間為t1，加速度為a，有⑤當(dāng)開關(guān)S接“1”時，粒子在電場中做勻變速曲線運(yùn)動，其加速度為⑥再由，⑦⑧當(dāng)開關(guān)S接“2”時，由閉合電路歐姆定律知⑨聯(lián)立①④⑤⑥⑦⑧⑨解得，⑩說明：④⑤⑥⑦⑧⑨⑩各1分（3）由題意分析知，此時在板間運(yùn)動的粒子重力和電場力平衡．當(dāng)粒子從k進(jìn)入兩板間后，立即進(jìn)入磁場物體在電磁場中做勻速圓周運(yùn)動，離開磁場后做勻速直線運(yùn)動，故分析帶電粒子的磁場如圖所示，運(yùn)動軌跡如圖所示，粒子出磁場區(qū)域后沿DT做勻速直線運(yùn)動，DT與b板上表面的夾角為，Df與b板上表面即為題中所求，設(shè)粒子與板間的夾角最大，設(shè)為，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B取最大值時的夾角為，當(dāng)磁場最強(qiáng)時，R最小，最大設(shè)為由，⑾知，當(dāng)B減小時，粒子離開磁場做勻速圓周運(yùn)動的半徑也要增大，D點(diǎn)向b板靠近．Df與b板上表面的夾角越變越小，當(dāng)后在板間幾乎沿著b板上表面運(yùn)動，當(dāng)Bm則有圖中可知，⑿⒀，⒁聯(lián)立⑾⑿⒀⒁，將B=Bm帶入解得⒂當(dāng)B逐漸減小是，粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑R，D點(diǎn)無線接近向b板上表面時，當(dāng)粒子離開磁場后在板間幾乎沿著b板上表面運(yùn)動而從T孔飛出板間區(qū)域，此時滿足題目要求，夾角趨近，既⒃故粒子飛出時與b板夾角的范圍是(17)說明：⑿⒀⒁⒂⒃(17)各1分考點(diǎn)：動能定理 牛頓第二定律 閉合電路歐姆定律14．質(zhì)譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各前沿科學(xué)領(lǐng)域．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的質(zhì)譜裝置示意如圖，M、N為兩塊水平放置的平行金屬極板，板長為L，板右端到屏的距離為D，且D遠(yuǎn)大于L，為垂直于屏的中心軸線，不計離子重力和離子在板間偏離的距離．以屏中心O為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，其中x軸沿水平方向，y軸沿豎直方向．（1）設(shè)一個質(zhì)量為、電荷量為的正離子以速度沿的方向從點(diǎn)射入，板間不加電場和磁場時，離子打在屏上O點(diǎn)．若在兩極板間加一沿方向場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，求離子射到屏上時偏離O點(diǎn)的距離；（2）假設(shè)你利用該裝置探究未知離子，試依照以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果計算未知離子的質(zhì)量數(shù)．上述裝置中，保留原電場，再在板間加沿方向的勻強(qiáng)磁場．現(xiàn)有電荷量相同的兩種正離子組成的離子流，仍從O＇點(diǎn)沿方向射入，屏上出現(xiàn)兩條亮線．在兩線上取y坐標(biāo)相同的兩個光點(diǎn)，其中x坐標(biāo)大的光點(diǎn)是碳12離子擊中屏產(chǎn)生的，另一光點(diǎn)是未知離子產(chǎn)生的．盡管入射離子速度不完全相等，但入射速度都很大，且在板間運(yùn)動時方向的分速度總是遠(yuǎn)大于x方向和y方向的分速度．【來源】2018年9月29日 《每日一題》一輪復(fù)習(xí)周末培優(yōu)【答案】（1）（2）故該未知離子的質(zhì)量數(shù)為14【解析】：（1）離子在電場中受到的電場力①離子獲得的加速度②離子在板間運(yùn)動的時間③到達(dá)極板右邊緣時，離子在方向的分速度④離子從板右端到達(dá)屏上所需時間⑤離子射到屏上時偏離點(diǎn)的距離由上述各式，得⑥（2）設(shè)離子電荷量為，質(zhì)量為，入射時速度為，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁場對離子的洛倫茲力⑦已知離子的入射速度都很大，因而離子在磁場中運(yùn)動時間甚短，所經(jīng)過的圓弧與圓周相比甚小，且在板間運(yùn)動時，方向的分速度總是遠(yuǎn)大于在方向和方向的分速度，洛倫茲力變化甚微，故可作恒力處理，洛倫茲力產(chǎn)生的加速度⑧是離子在方向的加速度，離子在方向的運(yùn)動可視為初速度為零的勻加速直線運(yùn)動，到達(dá)極板右端時，離子在方向的分速度⑨離子飛出極板到達(dá)屏?xí)r，在方向上偏離點(diǎn)的距離⑩當(dāng)離子的初速度為任意值時，離子到達(dá)屏上時的位置在方向上偏離點(diǎn)的距離為，考慮到⑥式，得⑾由⑩、⑾兩式得⑿其中上式表明，是與離子進(jìn)入板間初速度無關(guān)的定值，對兩種離子均相同，由題設(shè)條件知，其質(zhì)量為，設(shè)其質(zhì)量為，由⑿式代入數(shù)據(jù)可得⒀故該未知離子的質(zhì)量數(shù)為14．15．如圖所示,在直角坐標(biāo)系xOy平面內(nèi)有兩個同心圓,圓心在坐標(biāo)原點(diǎn)O,小圓內(nèi)部(I區(qū))和兩圓之間的環(huán)形區(qū)域(Ⅱ區(qū))存在方向均垂直xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(圖中未畫出),I、Ⅱ區(qū)域磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B、2B。a、b兩帶正電粒子從O點(diǎn)同時分別沿y軸正向、負(fù)向運(yùn)動,已知粒子a質(zhì)量為m、電量為q、速度大小為v,粒子b質(zhì)量為2m、電量為2q、速度大小為v/2,粒子b恰好不穿出1區(qū)域,粒子a不穿出大圓區(qū)域,不計粒子重力,不計粒子間相互作用力。求:(1)小圓半徑R1；(2)大圓半徑最小值(3)a、b兩粒子從O點(diǎn)出發(fā)到在x軸相遇所經(jīng)過的最短時間t(不考慮a、b在其它位置相遇)。【來源】重慶市2019屆4月調(diào)研測試（第二次診斷性考試)理綜試卷物理試題【答案】(1) (2) (3)【解析】【詳解】解：(1)粒子b在Ⅰ區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)其半徑為根據(jù)洛倫磁力提供向心力有：由粒子b恰好不穿出Ⅰ區(qū)域：解得： (2)設(shè)a在Ⅰ區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動的半徑為，根據(jù)洛倫磁力提供向心力有：解得： 設(shè)a在Ⅱ區(qū)域做勻速圓周運(yùn)動的半徑為，根據(jù)洛倫磁力提供向心力有：解得： 設(shè)大圓半徑為，由幾何關(guān)系得：所以，大圓半徑最小值為： (3)粒子a在Ⅰ區(qū)域的周期為，Ⅱ區(qū)域的周期為粒子a從O點(diǎn)出發(fā)回到O點(diǎn)所經(jīng)過的最短時間為：解得：粒子b在Ⅰ區(qū)域的周期為：討論：①如果a、b兩粒子在O點(diǎn)相遇，粒子a經(jīng)過時間： n=1，2，3…粒子b經(jīng)過時間： k=1，2，3…時，解得：當(dāng)，時，有最短時間：②設(shè)粒子b軌跡與小圓相切于P點(diǎn)，如果a粒子在射出小圓時與b粒子在P點(diǎn)相遇則有： n=1，2，3…粒子b經(jīng)過時間： k=1，2，3…時，解得： ab不能相遇③如果a粒子在射入小圓時與b粒子在P點(diǎn)相遇則有： n=1，2，3…粒子b經(jīng)過時間： k=1，2，3…時，解得：ab不能相遇a、b兩粒子從O點(diǎn)出發(fā)到在x軸相遇所經(jīng)過的最短時間為
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