高三物理二輪專題復(fù)習(xí) 第三章 6帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí) 新人教版選修3-1（通用）

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1、專題十一 帶電粒子在場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（一） 【典型例題】 問題1.帶電粒子在獨(dú)立電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例1．如圖所示為研究電子槍中電子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)化模型示意圖。在Oxy平面的ABCD區(qū)域內(nèi)，存在兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)大小均為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)I和II，兩電場(chǎng)的邊界均是邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形（不計(jì)電子所受重力）。 （1）在該區(qū)域AB邊的中點(diǎn)處由靜止釋放電子，求電子離開ABCD區(qū)域的位置。 （2）在電場(chǎng)I區(qū)域內(nèi)適當(dāng)位置由靜止釋放電子，電子恰能從ABCD區(qū)域左下角D處離開，求所有釋放點(diǎn)的位置。 問題2.帶電粒子在獨(dú)立磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例2．如圖所示，真空室內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁

2、場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B＝0.60T，磁場(chǎng)內(nèi)有一塊平行感光板ab，板面與磁場(chǎng)方向平行，在距ab的距離l＝16cm處，有一個(gè)點(diǎn)狀的α粒子發(fā)射源S，它向各個(gè)方向發(fā)射α粒子，α粒子的速度都是v＝3.0×106m/s．已知α粒子的電量與質(zhì)量之比q/m＝5.0×107C/kg，現(xiàn)只考慮在紙平面中運(yùn)動(dòng)的α粒子，求ab上被α粒子打中的區(qū)域長(zhǎng)度． 問題3.帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 例3．如圖所示，在y > 0的空間中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)沿y軸負(fù)方向；在y < 0的空間中，存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直xy平面（紙面）向外．一電量為q

3、、質(zhì)量為m的帶正電的運(yùn)動(dòng)粒子，經(jīng)過y軸上y = h處的點(diǎn)P1時(shí)速率為v0，方向沿x軸正方向，然后經(jīng)過x軸上x = 2h處的P2點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)，并經(jīng)過y軸上y = – 2h處的P3點(diǎn)．不計(jì)粒子的重力，求 （1）電場(chǎng)強(qiáng)度的大?。? （2）粒子到達(dá)P2時(shí)速度的大小和方向； （3）磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小． 【課后限時(shí)訓(xùn)練】 1．真空室內(nèi)，一對(duì)原來不帶電的相同金屬極板P、Q水平正對(duì)固定放置，間距為d.在兩極板外部右側(cè)有一個(gè)半徑也為d的圓形區(qū)域，其圓心O處于兩極板的中心線上，區(qū)域內(nèi)部充滿方向垂直于紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一束等離子體（含有大量帶電量為+q或－q的帶電微粒，

4、正、負(fù)電荷的總數(shù)相同）從兩極板之間水平向右持續(xù)射入，射入時(shí)的速度大小都為v0，如圖所示．不計(jì)微粒的重力作用． （1）若兩極板之間的區(qū)域充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（方向垂直于紙面向內(nèi)）．求極板P、Q間最后穩(wěn)定的電壓U并指出兩板電勢(shì)的高低． （2）若兩極板之間沒有磁場(chǎng)，則微粒保持勻速向右運(yùn)動(dòng)直到射入圓形區(qū)．現(xiàn)只研究從最下方（圖中b點(diǎn)）射人的帶正電微粒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該微粒運(yùn)動(dòng)過程恰好經(jīng)過圓心O。已知微粒的質(zhì)量為m，求圓形區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和該微粒在圓形區(qū)域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．（不計(jì)微粒間的相互作用．） 2．“太空粒子探測(cè)器”是由加速、偏轉(zhuǎn)和收集三部分組成，其原理可簡(jiǎn)

5、化如下：如圖1所示，輻射狀的加速電場(chǎng)區(qū)域邊界為兩個(gè)同心平行半圓弧面，圓心為O，外圓弧面AB的半徑為L(zhǎng)，電勢(shì)為φ1，內(nèi)圓弧面CD的半徑為，電勢(shì)為φ2。足夠長(zhǎng)的收集板MN平行邊界ACDB，O到MN板的距離OP=L。假設(shè)太空中漂浮著質(zhì)量為m，電量為q的帶正電粒子，它們能均勻地吸附到AB圓弧面上，并被加速電場(chǎng)從靜止開始加速，不計(jì)粒子間的相互作用和其它星球?qū)αＷ右Φ挠绊憽? （1）求粒子到達(dá)O點(diǎn)時(shí)速度的大??； （2）如圖2所示，在邊界ACDB和收集板MN之間加一個(gè)半圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，圓心為O，半徑為L(zhǎng)，方向垂直紙面向內(nèi)，則發(fā)現(xiàn)從AB圓弧面收集到的粒子經(jīng)O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后有2/3能打到MN板上（不考慮過邊界A

6、CDB的粒子再次返回），求所加磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??； （3）同上問，從AB圓弧面收集到的粒子經(jīng)O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)后均不能到達(dá)收集板MN，求磁感應(yīng)強(qiáng)度所滿足的條件。試寫出定量反映收集板MN上的收集效率η與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系的相關(guān)式子。 NO.11參考答案 例1解：（1）設(shè)電子的質(zhì)量為m，電量為e，電子在電場(chǎng)I中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，出區(qū)域I時(shí)的為v0，此后電場(chǎng)II做類平拋運(yùn)動(dòng)，假設(shè)電子從CD邊射出，出射點(diǎn)縱坐標(biāo)為y，有 解得　y＝，所以原假設(shè)成立，即電子離開ABCD區(qū)域的位置坐標(biāo)為（－2L，） （2）設(shè)釋放點(diǎn)在電場(chǎng)區(qū)域I

7、中，其坐標(biāo)為（x，y），在電場(chǎng)I中電子被加速到v1，然后進(jìn)入電場(chǎng)II做類平拋運(yùn)動(dòng)，并從D點(diǎn)離開，有 解得　xy＝，即在電場(chǎng)I區(qū)域內(nèi)滿足方程的點(diǎn)即為所求位置。 例3解：（1）設(shè)粒子從P1到P2的時(shí)間為t，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E，粒子在電場(chǎng)中的加速度為a， qE ＝ ma v0t ＝ 2h （2）粒子到達(dá)P2時(shí)速度沿x方向的分量仍為v0，以v1表示速度沿y方向分量的大小，v表示速度的大小，θ表示速度和x軸的夾角，則有 v1＝v0 （3） 因?yàn)镺P2＝OP3，θ＝45°， P2P3為圓軌道的直徑，得r＝

8、 課后限時(shí)訓(xùn)練答案： 2解：（1）帶電粒子在電場(chǎng)中加速時(shí)，由動(dòng)能定理， （2分） 又U=φ1φ2 （2分） 所以： （1分) （2）從AB圓弧面收集到的粒子有2/3能打到MN板上，剛好不能打到MN上的粒子從磁場(chǎng)中出來后速度方向與MN平行，則入射的方向與AB之間的夾角是600，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖1，軌跡圓心角θ=600（2分） 根據(jù)幾何關(guān)系，粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r=L （2分） 由牛頓第二定律得： （1分） 聯(lián)立解得： （1分） （3）當(dāng)沿OD方向的粒子剛好打到MN上，則由幾何關(guān)系可知，（2分） 由牛頓第二定律得： （1分） 得：（1分）， 即（1分） 如圖2，設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為α， 由幾何關(guān)系可知： （2分） MN上的收集效率：（2分）