1 . 一种能精准控制带电粒子运动轨迹和运动时间装置的原理如图所示。在xOy平面内的区域内,第一象限内存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场,第四象限内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,两磁场磁感应强度的大小关系为。处于O点的粒子源,能沿与x轴成角的方向,向第一象限发射质量为m、带电量为q、速度为的正粒子,粒子最终从x轴上的点射出磁场,不计粒子的重力。
(1)求磁感应强度的最小值;
(2)若,求粒子在磁场中通过的路程。
(1)求磁感应强度的最小值;
(2)若,求粒子在磁场中通过的路程。
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2 . 太空粒子探测器是由加速、偏转和收集三部分组成,其原理可简化如下:如图a所示,辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面,圆心为O,外圆弧面AB与内圆弧面CD的电势差为U。足够长的收集板MN平行于边界ACDB,O到MN的距离为L,ACDB和MN之间存在垂直纸面向里的匀强磁场。假设太空中漂浮着质量为m,电荷量为q的带正电粒子,它们能均匀地吸附到外圆弧面AB上,并从静止开始加速,不计粒子重力、粒子间的相互作用及碰撞。1.若某粒子沿着垂直ACDB的电场线向右加速运动。
(1)该粒子经过电场过程中,其电势能的变化量为___________ ,到达O点时的速度大小为___________ ;
(2)该粒子在刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向___________
A.向上 B.向下 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外
(3)若ACDB和MN之间磁场的磁感应强度为,该粒子在磁场中做圆周运动的半径__________ 及运动时间___________ 。
2.若ACDB和MN之间仅存在方向向右、电场强度为E的匀强电场,如图b所示。不同粒子经过加速电场从O点出发运动到MN板,则到达MN板的这些粒子间距最大为多少?
(1)该粒子经过电场过程中,其电势能的变化量为
(2)该粒子在刚进入磁场时所受洛伦兹力的方向
A.向上 B.向下 C.垂直纸面向里 D.垂直纸面向外
(3)若ACDB和MN之间磁场的磁感应强度为,该粒子在磁场中做圆周运动的半径
2.若ACDB和MN之间仅存在方向向右、电场强度为E的匀强电场,如图b所示。不同粒子经过加速电场从O点出发运动到MN板,则到达MN板的这些粒子间距最大为多少?
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3 . “称”出电子的质量
1897年真空管阴极射线实验证明了电子的存在。电子的发现,和X射线、放射性一起,成为十九世纪末物理学的三大发现。通过测量电子的比荷(带电粒子电荷量与质量的比)和电荷量大小,人类第一次“称”出了电子的质量。
(1)如图所示为阴极射线管,电子经过电压为U1的直流高压电源加速后,进入长度为L、间距为d、垂直于纸面的匀强磁场区域,磁感应强度为B。电子运动轨迹如图,离开磁场时速度方向偏转了α。①磁场的方向为_______ ;
②(计算)求电子的比荷。
(2)1903年威尔逊想到一种测量电子电量的方法。如图,一个大玻璃筒内有过饱和蒸汽,当带电微粒通过时,就会形成以带电微粒为核心液滴。实验可观察到某液滴在重力和粘滞阻力f作用下最终以v0匀速运动。已知该球形液滴密度为ρ,在空气中运动时受到的粘滞阻力f与液滴的半径r、液滴的速度 成正比,即,粘滞系数η已知。求:
①该带电液滴的体积为_______ ;
②威尔逊改进了实验,给云室施加场强为E的竖直方向电场,使得该液滴能悬停在空中,那么带电微粒的电荷量为_______ ;
③(简答)在威尔逊云室实验的基础上,分析物理学家最后是如何得到电子电荷量的_______ 。
1897年真空管阴极射线实验证明了电子的存在。电子的发现,和X射线、放射性一起,成为十九世纪末物理学的三大发现。通过测量电子的比荷(带电粒子电荷量与质量的比)和电荷量大小,人类第一次“称”出了电子的质量。
(1)如图所示为阴极射线管,电子经过电压为U1的直流高压电源加速后,进入长度为L、间距为d、垂直于纸面的匀强磁场区域,磁感应强度为B。电子运动轨迹如图,离开磁场时速度方向偏转了α。①磁场的方向为
②(计算)求电子的比荷。
(2)1903年威尔逊想到一种测量电子电量的方法。如图,一个大玻璃筒内有过饱和蒸汽,当带电微粒通过时,就会形成以带电微粒为核心液滴。实验可观察到某液滴在重力和粘滞阻力f作用下最终以v0匀速运动。已知该球形液滴密度为ρ,在空气中运动时受到的粘滞阻力f与液滴的半径r、液滴的速度 成正比,即,粘滞系数η已知。求:
①该带电液滴的体积为
②威尔逊改进了实验,给云室施加场强为E的竖直方向电场,使得该液滴能悬停在空中,那么带电微粒的电荷量为
③(简答)在威尔逊云室实验的基础上,分析物理学家最后是如何得到电子电荷量的
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4 . 如图所示,匀强磁场中位于P处的粒子源可以沿垂直于磁场向纸面内的各个方向发射质量为m、电荷量为q、速率为v的带正电粒子,P到荧光屏MN的距离为d、设荧光屏足够大,不计粒子重力及粒子间的相互作用。下列判断正确的是( )
A.若磁感应强度,则发射出的粒子到达荧光屏的最短时间为 |
B.若磁感应强度,则同一时刻发射出的粒子到达荧光屏的最大时间差为 |
C.若磁感应强度,则荧光屏上形成的亮线长度为 |
D.若磁感应强度,则荧光屏上形成的亮线长度为 |
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5 . 如图所示,矩形ABCD内部存在磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于纸面,已知AD边长为2L,AB边长为L,E、F分别为AB、AD的中点。分别在E点和B点沿水平方向向右射入一个质量为m、电荷量为q的粒子,粒子的速度大小分别为v1和v2,从E点射入的粒子从F点射出,从B点射入的粒子从D点射出,两粒子在磁场中的运动时间分别为t1、t2,粒子所受的重力不计,下列说法正确的是( )
A.v2=2v1 | B.v2=4v1 | C.t1=t2 | D.t2=2t1 |
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6 . 如图所示,真空区域内有宽度为d、 磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里,MN、PQ 是磁场的边界。质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子(不计重力),沿着与MN夹角θ为30°的方向以某一速度射入磁场中,粒子恰好未能从PQ边界射出磁场。下列说法不正确的是( )
A.可求出粒子在磁场中运动的半径 |
B.可求出粒子在磁场中运动的加速度大小 |
C.若仅减小射入速度,则粒子在磁场中运动的时间一定变短 |
D.若仅增大磁感应强度,则粒子在磁场中运动的时间一定变短 |
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7 . 如图所示,边长为a的正方形区域内有一方向垂直正方形平面向里的匀强磁场,边上有一点S,,两个质量相同、带等量异种电荷的粒子均从S点平行于方向射入磁场。带正电粒子甲与带负电粒子乙重力均不计,不考虑甲、乙两粒子间的作用,下列说法正确的是( )
A.若两粒子分别从M、Q两点射出磁场,则甲与乙的初速度大小之比为 |
B.若两粒子分别垂直、边射出磁场,则甲与乙初速度之比为 |
C.若两个粒子的初速度相同,则甲与乙在磁场中运动时间之比可能 |
D.若两粒子在磁场中运动时间相等,则甲与乙的初速度大小之比一定为 |
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153次组卷
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2卷引用:2024届内蒙古呼和浩特市第二中学高三下学期二模考试物理试题(1)
8 . 我国的东方超环(EAST)是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子,没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用,因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图1所示,包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域,混合粒子进入电场时速度方向与极板平行,极板右侧存在匀强磁场区域。离子在电场磁场区域发生偏转,中性粒子继续沿原方向运动,到达接收器。已知离子带正电、电荷量为q,质量为m,速度为v,两极板间距为d。离子和中性粒子的重力可忽略不计,不考虑粒子间的相互作用。
(1)两极板间不加电压,只利用磁场使离子发生偏转,若恰好所有离子均被图1中的吞噬板吞噬,求磁场的磁感应强度的大小B。
(2)以下极板左端点为坐标原点建立坐标系,沿板建立x轴,垂直板建立y轴,如图1所示。假设离子在混合粒子束中是均匀分布的,单位时间内通过y轴单位长度进入电场的离子数为n。在两极板间加电压U,恰好所有离子均被吸附在下极板。
a.求极板的长度L,并分析落在x轴上坐标为范围内的离子,进入电场时通过y轴的坐标范围。
b.离子落在极板上的数量分布呈现一定的规律,若单位时间内落在下极板x位置附近单位长度上的离子数量为,求随x变化的规律,在图2中作出图像,说明图线与横轴所围面积的物理意义。(若远小于x,则)
(1)两极板间不加电压,只利用磁场使离子发生偏转,若恰好所有离子均被图1中的吞噬板吞噬,求磁场的磁感应强度的大小B。
(2)以下极板左端点为坐标原点建立坐标系,沿板建立x轴,垂直板建立y轴,如图1所示。假设离子在混合粒子束中是均匀分布的,单位时间内通过y轴单位长度进入电场的离子数为n。在两极板间加电压U,恰好所有离子均被吸附在下极板。
a.求极板的长度L,并分析落在x轴上坐标为范围内的离子,进入电场时通过y轴的坐标范围。
b.离子落在极板上的数量分布呈现一定的规律,若单位时间内落在下极板x位置附近单位长度上的离子数量为,求随x变化的规律,在图2中作出图像,说明图线与横轴所围面积的物理意义。(若远小于x,则)
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9 . 如图所示,边长的正方形区域(含边界)内,存在着垂直于区域的横截面(纸面)向外的匀强磁场,磁感应强度。带电平行金属板、间形成了匀强电场(不考虑金属板在其他区域形成的电场),放在边上,两板左端、恰在边上,两板右端、间有一绝缘挡板,中间有一小孔。金属板长度、板间距、挡板长度均为。在和的中间位置有一离子源,能够正对孔不断发射出各种速率的带正电离子,离子的电荷量均为,质量均为。不计离子的重力,忽略离子之间的相互作用及离子打到金属板或挡板上后的反弹。
(1)当电场强度时,求能够沿连线穿过孔的离子的速率;
(2)电场强度取值在一定范围时,可使沿连线穿过并进入磁场区域的离子直接从边射出,求满足条件的电场强度的范围。
(1)当电场强度时,求能够沿连线穿过孔的离子的速率;
(2)电场强度取值在一定范围时,可使沿连线穿过并进入磁场区域的离子直接从边射出,求满足条件的电场强度的范围。
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10 . 如图所示,长方体所在空间存在与方向平行的匀强磁场,一粒子源无初速度释放一质量为m、带电量为的带电粒子,经电压U加速后,从O点沿OQ方向射入磁场区域,并从点离开长方体区域。已知长方体OM、边的长度均为d,OQ的长度为,不计粒子的重力及其相互作用,下列说法正确的是( )
A.粒子进入磁场区域的初速度为 |
B.磁感应强度的大小为 |
C.若减少加速电压U,粒子可能从射出 |
D.若增加加速电压U,粒子可能从中点射出 |
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