帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)壓軸難題提高題專(zhuān)題附答案解析-資料下載頁(yè)
2025-04-02 01:45本頁(yè)面
【正文】 三下學(xué)期第十七次考試?yán)砭C物理試題【答案】(1) (2) (3)，【解析】【詳解】(1)畫(huà)出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的示意圖，如圖所示：粒子在加速電場(chǎng)中根據(jù)動(dòng)能定理可得粒子在I區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得根據(jù)幾何關(guān)系可得：聯(lián)立可得加速電場(chǎng)兩極板間電勢(shì)差(2)粒子在II區(qū)域運(yùn)動(dòng)的半徑與I區(qū)域相同，高度差由圖中幾何關(guān)系可得：可得：(3)畫(huà)出粒子剛好從II區(qū)域右邊界穿出磁場(chǎng)的臨界狀態(tài)，即軌跡圓與右邊界相切的情況．根據(jù)幾何關(guān)系可得，解得可知當(dāng)時(shí)，粒子在II區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)，即粒子從左側(cè)進(jìn)入Ⅰ區(qū)到從左側(cè)射出Ⅰ區(qū)的時(shí)間最長(zhǎng)粒子兩次在I區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為粒子兩次在磁場(chǎng)之間的時(shí)間為粒子在II區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間總時(shí)間10．“801所”設(shè)計(jì)的磁聚焦式霍爾推進(jìn)器可作為太空飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理如下：系統(tǒng)捕獲宇宙中大量存在的等離子體(由電量相同的正、負(fù)離子組成)經(jīng)系統(tǒng)處理后．從下方以恒定速率v1,向上射入有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域I內(nèi)．當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)后．自動(dòng)關(guān)閉區(qū)域I系統(tǒng)(關(guān)閉粒子進(jìn)入通道、撤去磁場(chǎng)B1)．區(qū)域Ⅱ內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)右邊界是直徑為D、與上下極板相切的半圓(圓與下板相切于極板中央A)．放在A(yíng)處的放射源能夠向各個(gè)方向均勻發(fā)射速度大小相等的氙原子核，氙原子核經(jīng)過(guò)該區(qū)域后形成寬度為D的平行氙粒子束，經(jīng)過(guò)柵極MN、PQ之間的電場(chǎng)加速后從PQ噴出．在加速氙原子核的過(guò)程中探測(cè)器獲得反向推力(不計(jì)氙原子核、等離子體的重力．不計(jì)粒子之間相互作用與相對(duì)論效應(yīng))．已知極板長(zhǎng)RM=2D，柵極MN和PQ間距為d，氙原子核的質(zhì)量為m、電荷量為q，求：(1)當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度E多大．(2)氙原子核從PQ噴出時(shí)的速度大小v2．(3)因區(qū)域Ⅱ內(nèi)磁場(chǎng)發(fā)生器故障，導(dǎo)致區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度減半并分布在整個(gè)區(qū)域Ⅱ中，求能進(jìn)入?yún)^(qū)域I的氙原子核占A處發(fā)射粒子總數(shù)的百分比．【來(lái)源】【全國(guó)市級(jí)聯(lián)考】湖南省衡陽(yáng)市2018屆高三下學(xué)期第三次聯(lián)考理綜物理試題【答案】（1）E=v1B1。（2）。（3）%．【解析】（1）等離子體由下方進(jìn)入?yún)^(qū)域I后，在洛倫茲力的作用下偏轉(zhuǎn)，當(dāng)粒子受到的電場(chǎng)力等于洛倫茲力時(shí)，形成穩(wěn)定的勻強(qiáng)電場(chǎng)，設(shè)等離子體的電荷量為q′ ，則 即 （2）氙原子核在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),設(shè)速度為v3,則有： 根據(jù)題意，在A(yíng)處發(fā)射速度相等，方向不同的氙原子核后，形成寬度為D的平行氙原子核束，即則： 氙原子核經(jīng)過(guò)區(qū)域I加速后，離開(kāi)PQ的速度大小為，根據(jù)動(dòng)能定理可知：其中電壓 聯(lián)立可得（3）根據(jù)題意，當(dāng)區(qū)域Ⅱ中的磁場(chǎng)變?yōu)橹?，根?jù) 可知，r′=r=D ①根據(jù)示意圖可知，沿著AF方向射入的氙原子核，恰好能夠從M點(diǎn)沿著軌跡1進(jìn)入?yún)^(qū)域I，而沿著AF左側(cè)射入的粒子將被上極板RM擋住而無(wú)法進(jìn)入?yún)^(qū)域I．該軌跡的圓心O1，正好在N點(diǎn)，AO1=MO1=D，所以根據(jù)幾何關(guān)系可知，此時(shí)∠FAN=900；②根據(jù)示意圖可知，沿著AG方向射入的氙原子核，恰好從下極板N點(diǎn)沿著軌跡2進(jìn)入?yún)^(qū)域I，而沿著AG右側(cè)射入的粒子將被下極板SN擋住而無(wú)法進(jìn)入?yún)^(qū)域I． AO2=AN=NO2=D，所以此時(shí)入射角度∠GAN=300；根據(jù)上述分析可知，只有∠FAG=600；這個(gè)范圍內(nèi)射入的粒子還能進(jìn)入?yún)^(qū)域I．該區(qū)域的粒子占A處總粒子束的比例為 點(diǎn)睛：考查牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的應(yīng)用，掌握由洛倫茲力提供向心力的求解方法，理解動(dòng)能定理的內(nèi)容，注意正確畫(huà)出運(yùn)動(dòng)軌跡，及分清各段運(yùn)動(dòng)性質(zhì)；第三問(wèn)要注意臨界條件，求出恰從上、下兩邊緣射出的粒子的入射角，從而求出射入Ⅰ區(qū)的粒子數(shù)點(diǎn)比．
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