高考物理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)訓(xùn)練及答案含解析-資料下載頁
2025-04-02 21:10本頁面
【正文】 直線OO1上。設(shè)粒子射出磁場(chǎng)時(shí)與磁場(chǎng)右邊界交于P點(diǎn)，則∠OO2P=90186。設(shè)粒子第二次進(jìn)入磁場(chǎng)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2，有⑥設(shè)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t3，依題意得⑦由勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和牛頓定律可知⑧⑨聯(lián)立④⑤⑥⑦⑧⑨可得⑩（3）由幾何關(guān)系可得：故粒子自P點(diǎn)射出后將做類平拋運(yùn)動(dòng)。則沿電場(chǎng)方向做勻加速運(yùn)動(dòng)：?垂直電場(chǎng)方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)： ??聯(lián)立得。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(jì)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(gè)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(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，離子打在屏上O點(diǎn)．若在兩極板間加一沿方向場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，求離子射到屏上時(shí)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(jì)算未知離子的質(zhì)量數(shù)．上述裝置中，保留原電場(chǎng)，再在板間加沿方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．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(gè)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(dòng)時(shí)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(chǎng)中受到的電場(chǎng)力①離子獲得的加速度②離子在板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間③到達(dá)極板右邊緣時(shí)，離子在方向的分速度④離子從板右端到達(dá)屏上所需時(shí)間⑤離子射到屏上時(shí)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(shí)速度為，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁場(chǎng)對(duì)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間甚短，所經(jīng)過的圓弧與圓周相比甚小，且在板間運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)可視為初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)極板右端時(shí)，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(shí)，離子到達(dá)屏上時(shí)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(duì)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．如圖甲所示裝置由加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)組成，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)處在相距為d的兩塊水平放置的平行導(dǎo)體板之間，勻強(qiáng)磁場(chǎng)水平寬度為l，豎直寬度足夠大．大量電子(重力不計(jì))由靜止開始，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，連續(xù)不斷地沿平行板的方向從兩板正中間射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)．已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e，加速電場(chǎng)的電壓為U1＝，這些電子通過兩板之間的時(shí)間為T；當(dāng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)加上如圖乙所示的周期為T、大小恒為U0的電壓時(shí)，所有電子均能通過電場(chǎng)，穿過磁場(chǎng)后打在豎直放置的熒光屏上．(1)求水平導(dǎo)體板的板長l0；(2)求電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的最大側(cè)向位移ym；(3)要使電子打在熒光屏上的速度方向斜向右下方，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值范圍．【來源】模擬仿真預(yù)測(cè)卷（一)2019《試吧大考卷》高中全程訓(xùn)練計(jì)劃?物理【答案】（1）3eU0T22md；（2）3eU0T28md；（3）U0T2ldB3U0T2ld【解析】【分析】（1）應(yīng)用動(dòng)能定理求得電子經(jīng)加速獲得的速度，電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，可求板長；（2）電子在t=2k+12T時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)，電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)最??；電子在t=kT時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)，偏轉(zhuǎn)最大且是最小偏轉(zhuǎn)的3倍；（3）電子打在熒光屏上的速度方向斜向右下方的臨界是電子垂直打在熒光屏上和電子軌跡與屏相切，據(jù)臨界時(shí)的半徑可求出對(duì)應(yīng)的臨界磁感應(yīng)強(qiáng)度?！驹斀狻?1)電子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得eU1=12mv02，則 v0=3eU0T2md水平導(dǎo)體板的板長l0＝v0T=3eU0T22md(2)若電子在t=2k+12T時(shí)進(jìn)入電場(chǎng)，電子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)做類平拋運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期的側(cè)向位移y1=12a(T2)2=12?eU0md?(T2)2=eU0T28md電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的最大側(cè)向位移ym＝3y1＝3eU0T28md(3)電子離開偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度方向與水平方向夾角為θtanθ=vyv0=aT2v0=eU0T2mv0d=33 ，則θ=300電子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有evB=mv2R，其中v=v0cosθ垂直打在熒光屏上時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R1，R1sinθ＝l，此時(shí)B有最小值軌跡與屏相切時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R2，R2sinθ＋R2＝l，此時(shí)B有最大值聯(lián)立解得Bmin=U0T2ld，Bmax=3U0T2ld，故U0T2ldB3U0T2ld【點(diǎn)睛】所謂臨界問題是指一種物理過程或物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物理過程或物理狀態(tài)的時(shí)候，存在著分界的現(xiàn)象，即所謂的臨界狀態(tài)，符合這個(gè)臨界狀態(tài)的條件即為臨界條件，滿足臨界條件的物理量稱為臨界值，在解答臨界問題時(shí)，就是要找出臨界狀態(tài)，分析臨界條件，求出臨界值．解決臨界問題，一般有兩種基本方法：（1）以定理、定律為依據(jù)，首先求出所研究問題的一般規(guī)律和一般解，然后分析、討論其特殊規(guī)律和特殊解．（2）直接分析、討論臨界狀態(tài)和相應(yīng)的臨界值，求解出所研究問題的規(guī)律和解．
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