某種粒子加速器的設(shè)計(jì)方案如圖所示,M、N為兩塊垂直于紙面水平放置的圓形正對平行金屬板,兩金屬板中心均有小孔(孔的直徑大小可忽略不計(jì)),板間距離為h。兩板間接一直流電源,每當(dāng)粒子進(jìn)入M板的小孔時(shí),控制兩板的電勢差為U,粒子得到加速,當(dāng)粒子離開N板時(shí),兩板的電勢差立刻變?yōu)榱恪山饘侔逋獠看嬖谥?、下兩個(gè)范圍足夠大且有理想平面邊界的勻強(qiáng)磁場,上方磁場的下邊界cd與金屬板M在同一水平面上,下方磁場的上邊界ef與金屬板N在同一水平面上,兩磁場平行邊界間的距離也為h,磁場方向垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在兩平行金屬板右側(cè)形成與金屬板間距離一樣為h的無電場、無磁場的狹縫區(qū)域。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從M板小孔處無初速度釋放,粒子在MN板間被加速,粒子離開N板后進(jìn)入下方磁場中運(yùn)動。若空氣阻力、粒子所受的重力以及粒子在運(yùn)動過程中產(chǎn)生的電磁輻射均可忽略不計(jì),不考慮相對論效應(yīng)、兩金屬板間電場的邊緣效應(yīng)以及電場變化對于外部磁場和粒子運(yùn)動的影響。
(1)為使帶電粒子經(jīng)過電場加速后不打到金屬板上,請說明圓形金屬板的半徑R應(yīng)滿足什么條件;
(2)在ef邊界上的P點(diǎn)放置一個(gè)目標(biāo)靶,P點(diǎn)到N板小孔O的距離為s時(shí),粒子恰好可以擊中目標(biāo)靶。對于擊中目標(biāo)靶的粒子,求:
①其進(jìn)入電場的次數(shù)n;
②其在電場中運(yùn)動的總時(shí)間與在磁場中運(yùn)動的總時(shí)間之比。
【考點(diǎn)】帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動;牛頓第二定律的簡單應(yīng)用;動能定理的簡單應(yīng)用;牛頓第二定律與向心力結(jié)合解決問題;從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度解決電場中的問題.
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評】
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發(fā)布:2024/6/27 10:35:59組卷:254引用:3難度:0.1
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1.如圖,半徑為d的圓形區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,磁場垂直圓所在的平面。一帶電量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子從圓周上a點(diǎn)對準(zhǔn)圓心O射入磁場,從b點(diǎn)折射出來,若α=60°,則帶電粒子射入磁場的速度大小為( ?。?/h2>
發(fā)布:2025/1/6 0:30:5組卷:272引用:2難度:0.6 -
2.如圖所示,三角形ABC內(nèi)有垂直于三角形平面向外的勻強(qiáng)磁場,AB邊長為L,∠CAB=30°,∠B=90°,D是AB邊的中點(diǎn)?,F(xiàn)在DB段上向磁場內(nèi)射入速度大小相同、方向平行于BC的同種粒子(不考慮粒子間的相互作用和粒子重力),若從D點(diǎn)射入的粒子恰好能垂直AC邊射出磁場,則AC邊上有粒子射出的區(qū)域長度為( )
發(fā)布:2025/1/3 0:30:3組卷:300引用:1難度:0.5 -
3.如圖1所示,在xOy坐標(biāo)系中,兩平行極板P、Q垂直于y軸且關(guān)于x軸對稱,極板長度和板間距均為l,緊靠極板的右邊緣的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域由ΔAB0和矩形0BCD構(gòu)成,其中∠OAB=60°,OD=OA.磁場方向垂直于xOy平面向里,D、A位于y軸上。位于極板左側(cè)的粒子源沿x軸向右接連發(fā)射質(zhì)量為m,電荷量為+q、速度相同的帶電粒子,現(xiàn)在0~3t0時(shí)間內(nèi)兩板間加上如圖2所示的電壓,已知t=0時(shí)刻進(jìn)入兩板間的粒子,在t0時(shí)刻射入磁場時(shí),恰好不會從磁場邊界射出磁場區(qū)域且圓心在x軸上,上述l、m、q、t0為已知量,U0=
,不考慮P、Q兩板電壓的變化對磁場的影響,也不考慮粒子的重力及粒子間的相互影響,求:ml2qt02
(1)t=0時(shí)刻進(jìn)入兩板間的帶電粒子射入磁場時(shí)的速度;
(2)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及磁場區(qū)域的面積;
(3)t=t0時(shí)刻進(jìn)入兩板間的帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動的時(shí)間。發(fā)布:2024/12/30 0:0:1組卷:79引用:2難度:0.7
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