利用电磁场研究带电的微观粒子是物理学家常用的方法。真空中一实验装置如图甲所示(磁场未画出),其截面图如图乙所示,区域Ⅰ为足够大的水平平行金属板区域,极板间距为,极板间电压恒定,同时板间有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为,区域Ⅱ内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度(大小未知,)。极板和屏在磁场方向上均足够长。当频率为的入射光照射到竖直放置的金属板表面时,金属板表面逸出大量速率不同、沿各个方向运动的光电子,光电子先进入起速度选择作用的区域Ⅰ,出区域Ⅰ的光电子可认为均水平射出,之后进入区域Ⅱ全部打在水平光屏上,光屏亮光区域在截面图上的长度为。已知逸出的光电子最大速率为,,元电荷为,光电子质量为,普朗克常量为,忽略相对论效应,不计光电子重力和光电子之间相互作用。求:
(1)该金属的逸出功和出区域Ⅰ的光电子的最小速度;
(2)区域Ⅱ中磁场的磁感应强度;
(3)区域Ⅱ中,在如图乙截面内磁场的最小面积;
(4)区域Ⅱ中,光电子运动位移的最大值。
(1)该金属的逸出功和出区域Ⅰ的光电子的最小速度;
(2)区域Ⅱ中磁场的磁感应强度;
(3)区域Ⅱ中,在如图乙截面内磁场的最小面积;
(4)区域Ⅱ中,光电子运动位移的最大值。
更新时间:2024-05-06 17:34:11
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【推荐1】如图所示,真空中一平面直角坐标系xOy内,存在着两个边长为L的正方形匀强电场区域I、II和两个直径为L的圆形匀强磁场区域III,IV.电场的场强大小均为E,区域I的 场强方向沿x轴正方向,其下边界在x轴上,右边界刚好与区域III的边界相切;区域II的场 强方向沿y轴正方向,其上边界在x轴上,左边界刚好与区域仅的边界相切.磁场的磁感应强度大小均为 ,区域III的圆心坐标为(0,)、磁场方向垂直于xOy平面向外;区域IV的圆心坐标为(0,-),磁场方向垂直于xOy平面向里.两个质量均为m、电荷量均 为q的带正电粒子M、N,在外力约束下静止在坐标分别为(,)、(,)的两点.在Y轴的正半轴(坐标原点除外)放置一块足够长的感光板,板面垂直于xOy平面.将粒子M、N由静止释放,它们最终打在感光板上并立即被吸收.不 计粒子的重力.求:
(1)粒子离开电场I时的速度大小.
(2)粒子M击中感光板的位置坐标.
(3)粒子N在磁场中运动的时间.
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【推荐2】如图甲所示,在真空室内,A、C为正对放置的两平行金属板,板长,板间距离,为中线,为延长线上一点,;倾角且足够长的斜面与两板的截面在同一竖直面内,其底边与两板平行,顶点G与A、C两板的右端点共线,。现将某种粒子从O点以某初速度沿连续射入平行板间,任意相同时间内射入的粒子数相等,粒子带电荷量、质量,忽略电场的边缘效应,不计粒子重力且不考虑粒子间相互作用及碰到斜面后的反弹,设刚好到达极板右端的粒子恰能射出,,,求:
(1)若两板间电压,测得粒子在距离为处射出电场,求该粒子在板间运动过程中电场力所做的功;
(2)当粒子入射的初速度时,粒子均能到达斜面,试确定两板间所加电压应满足的条件;
(3)若在两板右侧存在以为圆心、直径为d的圆形匀强磁场区域(图中未画出),磁感应强度大小、方向垂直纸面向外,当在两板间加上如图乙所示电压,发现粒子均能以水平速度射出电场,求经磁场偏转后能够打在斜面上的粒子占发射粒子总数的百分比。
(1)若两板间电压,测得粒子在距离为处射出电场,求该粒子在板间运动过程中电场力所做的功;
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【推荐3】如图所示,xOy平面直角坐标系中第一象限存在垂直于纸面向外的匀强磁场(未画出),第二象限存在沿x轴正方向的匀强电场E0,第四象限交替分布着沿-y方向的匀强电场和垂直xOy平面向里的匀强磁场,电场、磁场的宽度均为L,边界与y轴垂直,电场强度,磁感应强度分别为B、2B、3B……,其中。一质量为m、电量为+q的粒子从点M(-L,0)以平行于y轴的初速度v0进入第二象限,恰好从点N(0,2L)进入第一象限,然后又垂直x轴进入第四象限,多次经过电场和磁场后轨迹恰好与某磁场下边界相切。不计粒子重力,求:
(1)电场强度E0的大小;
(2)粒子在第四象限中第二次进入电场时的速度大小及方向(方向用与y轴负方向夹角的正弦表示);
(3)粒子在第四象限中能到达距x轴的最远距离。
(1)电场强度E0的大小;
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【推荐1】离子推进技术在太空探索中有广泛的应用,其简化装置为如图1所示,它由长L=1m、内外半径分别为R1=0.1m和R2=0.3m的同轴圆柱面和半径为R2的两圆形电极组成,并将其分为长度相同的电离区I和加速区II。电离区I充有稀薄的铯气体,仅存在方向沿轴向的匀强磁场,内圆柱表面材料的逸出功W=5.0eV,在波长λ=124nm的光照射下可以持续向外发射电子,电子碰撞铯原子,使之电离成为一价正离子。I区产生的正离子(初速度可视为零)进入电势差U=3.64kV的加速区II,被加速后从右侧高速喷出产生推力。在出口处,灯丝C发射的电子注入正离子束中中和离子使之成为原子。已知铯离子质量,电子电荷量,电子质量,普朗克常量与光速乘积。不计离子间、电子间相互作用。
(1)求内圆柱表面发射电子的最大初速度vm;
(2)若I区所有光电子均不会碰到外圆柱面,求磁感应强度的最大值Bm;
(3)若单位时间内有N=1018个铯离子进入区域II,试求推进器的推力F;
(4)为提高电离效果,一般不分I区和II区,在整个圆柱面区域内加载方向沿轴向的匀强磁场和同样的加速电压U,如图2所示。光电子在磁场中旋转的同时被加速,电离出更多的离子。以圆柱面中心轴线为x轴、左侧电极圆心O为原点,建立坐标Ox,若刚被电离的离子初速度可近似为零,单位时间内离子数密度,其中(垂直x轴截面分布情况相同),试求推进器的推力。
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【推荐2】在玻尔的原子结构理论中,氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光,波长可以用巴耳末—里德伯公式来计算,式中λ为波长,R为里德伯常量,n、k分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数,对于每一个k,有、、其中,赖曼系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的,巴耳末系谱线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的。
(1)如图所示的装置中,K为一金属板,A为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,S为石英片封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板K上,实验中:当滑动变阻器的滑片位于最左端,用某种频率的单色光照射K时,电流计G指针发生偏转;向右滑动滑片,当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时,电流计G指针恰好指向零。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验,若用赖曼系中波长最长的光照射时,遏止电压的大小为U1;若用巴耳末系中n=4的光照射金属时,遏止电压的大小为U2,金属表面层内存在一种力,阻碍电子的逃逸.电子要从金属中挣脱出来,必须克服这种阻碍做功,使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功。
已知电子电荷量的大小为e,真空中的光速为c,里德伯常量为R,试求:
a.赖曼系中波长最长的光对应的频率;
b.普朗克常量h和该金属的逸出功W0;
(2)光子除了有能量,还有动量,动量的表达式为p=(h为普朗克常量)
a.请你推导光子动量的表达式;
b.处于激发态的某氢原子以速度运动,当它向的基态跃迁时,沿与相反的方向辐射一个光子。辐射光子前后,可认为氢原子的质量为M不变。求辐射光子后氢原子的速度v(用h、R、M和表示)。
(1)如图所示的装置中,K为一金属板,A为金属电极,都密封在真空的玻璃管中,S为石英片封盖的窗口,单色光可通过石英片射到金属板K上,实验中:当滑动变阻器的滑片位于最左端,用某种频率的单色光照射K时,电流计G指针发生偏转;向右滑动滑片,当A比K的电势低到某一值Uc(遏止电压)时,电流计G指针恰好指向零。现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验,若用赖曼系中波长最长的光照射时,遏止电压的大小为U1;若用巴耳末系中n=4的光照射金属时,遏止电压的大小为U2,金属表面层内存在一种力,阻碍电子的逃逸.电子要从金属中挣脱出来,必须克服这种阻碍做功,使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的逸出功。
已知电子电荷量的大小为e,真空中的光速为c,里德伯常量为R,试求:
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【推荐3】光电倍增管是用来将光信号转化为电信号并加以放大的装置,其主要结构为多个相同且平行的倍增极。为简单起见,现只研究其第1倍增极和第2倍增极,其结构如图所示。两个倍增极平行且长度均为2a,几何位置如图所示(图中长度数据已知)。 当频率为的入射光照射到第1倍增极上表面时,从极板上逸出的光电子最大速率为vm。若加电场或磁场可使从第1倍增极逸出的部分光电子打到第2倍增极上表面,从而激发出更多的电子,实现信号放大。已知元电荷为e,电子质量为m,普朗克常量为h,只考虑电子在纸面内的运动,忽略相对论效应,不计重力。
(1)试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功W;
(2)为使更多光电子达到第2倍增极,可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源,则到达第2倍增极的电子的最大动能是多少;
(3)若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时,发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用,试求:
(I)磁感强度B的大小和方向;
(II)关闭光源后多长时间仍有光电子到达第2倍增极上表面。
可能用到的三角函数值:sin11.5°=0.20,sin15°=0.26,sin37°=0.60。
(1)试求制作第1倍增极的金属材料的逸出功W;
(2)为使更多光电子达到第2倍增极,可在接线柱AB间接入一个电动势为E的电源,则到达第2倍增极的电子的最大动能是多少;
(3)若仅在纸面内加上垂直纸面的匀强磁场时,发现速度为垂直第1倍增极出射的电子恰能全部到达第2倍增极上表面。忽略电场力的作用,试求:
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