（18分）如圖所示，在電子槍右側(cè)依次存在加速電場(chǎng)，兩水平放置的平行金屬板和豎直放置的熒光屏。加速電場(chǎng)的電壓為U1。兩平行金屬板的板長(zhǎng)、板間距離均為d。熒光屏距兩平行金屬板右側(cè)距離也為d。電子槍發(fā)射的質(zhì)量為m、電荷量為–e的電子，從兩平行金屬板的中央穿過(guò)，打在熒光屏的中點(diǎn)O。不計(jì)電子在進(jìn)入加速電場(chǎng)前的速度及電子重力。

（1）求電子進(jìn)入兩金屬板間時(shí)的速度大小v0；
（2）若兩金屬板間只存在方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求電子到達(dá)熒光屏的位置與O點(diǎn)距離的最大值和此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大��；
（3）若兩金屬板間只存在豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2，電子會(huì)打在熒光屏上某點(diǎn)，該點(diǎn)距O點(diǎn)距離為，求此時(shí)U1與U2的比值；若使電子打在熒光屏上某點(diǎn)，該點(diǎn)距O點(diǎn)距離為d，只改變一個(gè)條件的情況下，請(qǐng)你提供一種方案，并說(shuō)明理由。

（1）（2）（3），改變加速電壓U1或偏轉(zhuǎn)電壓U2的大小，即可改變電子打到熒光屏的的位置

解析試題分析：(1) 設(shè)電子經(jīng)電場(chǎng)加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)場(chǎng)區(qū)的速度大小為v0，由動(dòng)能定理得
     ①             
     ②
(2) 偏轉(zhuǎn)場(chǎng)區(qū)中只有勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)，電子進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)受洛侖茲力作用做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后,沿直線運(yùn)動(dòng)到熒光屏。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，偏轉(zhuǎn)越大，電子偏轉(zhuǎn)的臨界狀態(tài)是恰好從上板的右端射出，做直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)熒光屏。它的位置與O點(diǎn)距離即為最大值，如圖所示。

電子做圓周運(yùn)動(dòng)，有         ③
由圖可得      ④                                                  
⑤                            
可得       ⑥           
由③式和  
得         ⑦
（3）偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)只有勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)區(qū)做勻加速曲線運(yùn)動(dòng)，如圖所示。

離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)沿電場(chǎng)方向的位移

速度方向偏轉(zhuǎn)角設(shè)為，
打到熒光屏的位置距O點(diǎn)的距離     ⑧
可得  
由可知，改變加速電壓U1或偏轉(zhuǎn)電壓U2的大小，即可改變電子打到熒光屏的的位置：
方案一：保持U1的大小不變，將偏轉(zhuǎn)電壓U2加倍即可。
方案二：保持U2的大小不變，將加速電壓U1減半即可。
考點(diǎn)：帶電粒子在電場(chǎng)磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，在某空間建立一坐標(biāo)xOy，其間充滿著x正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)E =2.0V/m和垂直xoy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度B=2.5T。今有一帶負(fù)電微粒質(zhì)量kg，電量q=-5×10-7 C。在該空間恰能做勻速直線運(yùn)動(dòng)。求：

（1）試分析該題中重力可否忽略不計(jì)（需通過(guò)計(jì)算說(shuō)明）。
（2）該微粒運(yùn)動(dòng)的速度。
（3）若該微粒飛經(jīng)y軸的某點(diǎn)M時(shí)，突然將磁場(chǎng)撤去而只保留電場(chǎng)，則微粒將再次經(jīng)過(guò)y軸的N點(diǎn)，則微粒從M到N運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為多長(zhǎng)，M、N兩點(diǎn)間的距離為多大？（圖中M、N在坐標(biāo)上未標(biāo)出）          

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，x軸的上方存在方向與x軸正方向成1350角的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E＝1×103V/m，x軸的下方存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T。有一個(gè)質(zhì)量為m＝1×10-11kg，電荷量為q＝1×10-7C的帶正電粒子，從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v＝2×103 m/s沿與x軸負(fù)方向成45°角方向進(jìn)入磁場(chǎng)，設(shè)x軸上下方的電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域足夠大，不計(jì)粒子重力。求：

（1）粒子從O點(diǎn)出發(fā)到第一次經(jīng)過(guò)x軸前，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑。
（2）粒子從O點(diǎn)出發(fā)到第一次經(jīng)過(guò)x軸所經(jīng)歷的時(shí)間。
（3）粒子從O點(diǎn)出發(fā)到第四次經(jīng)過(guò)x軸的坐標(biāo)。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

（8分）在真空室內(nèi)取坐標(biāo)系xOy，在x軸上方存在兩個(gè)方向都垂直于紙面向外的磁場(chǎng)區(qū)Ⅰ和II（如圖），平行于x軸的虛線MM’和NN’是它們的邊界線，兩個(gè)區(qū)域在y方向上的寬度都為d、在x方向上都足夠長(zhǎng)．Ⅰ區(qū)和II區(qū)內(nèi)分別充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B和的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一帶正電的粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，從坐標(biāo)原點(diǎn)O以大小為v的速度沿y軸正方向射入Ⅰ區(qū)的磁場(chǎng)中．不計(jì)粒子的重力作用．

（1）如果粒子只是在Ⅰ區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)而沒(méi)有到達(dá)II區(qū)，那么粒子的速度v滿足什么條件？粒子運(yùn)動(dòng)了多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)x軸？
（2）如果粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程經(jīng)過(guò)II區(qū)而且最后還是從x軸離開(kāi)磁場(chǎng)，那么粒子的速度v又滿足什么條件？并求這種情況下粒子到達(dá)x軸的坐標(biāo)范圍？

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

在邊長(zhǎng)為2a的正△ABC內(nèi)存在垂直紙面向里的磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，有一帶正電q，質(zhì)量為m的粒子從距A點(diǎn)的D點(diǎn)垂直AB方向進(jìn)入磁場(chǎng)，如下圖所示，求：

(1)粒子速率應(yīng)滿足什么條件，粒子能從AB間射出；
(2)粒子速率應(yīng)滿足什么條件，粒子能從AC間射出。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

質(zhì)譜儀是一種分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示。離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為q的鉀離子，離子出來(lái)時(shí)速度很小，可視為零。離子經(jīng)過(guò)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)半圓周到達(dá)照相底片上的P點(diǎn)。

(1)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度；
(2)求P點(diǎn)到入口S1的距離x；
(3)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于儀器不完善，加速電壓在平均值U附近變化U，求需要以多大相對(duì)精確度U/U維持加速電壓值，才能使鉀39、鉀41的同位素束在照相底片上不發(fā)生覆蓋。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

（8分）一帶電量大小為q，質(zhì)量為m的小球，從水平面上a點(diǎn)以初速度v0豎直向上射入如圖所示的水平方向勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間。求：

（1）小球帶正電還是負(fù)電；
（2）小球運(yùn)動(dòng)到離水平面豎直高度為h的b點(diǎn)時(shí)的速度大小；
（3）小球運(yùn)動(dòng)到離水平面豎直高度為h的b點(diǎn)時(shí)，小球所受的磁場(chǎng)力大小。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

（18分）如圖所示，帶電平行金屬板PQ和MN之間的距離為d；兩金屬板之間有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。如圖建立坐標(biāo)系，x軸平行于金屬板，與金屬板中心線重合，y軸垂直于金屬板。區(qū)域I的左邊界在y軸，右邊界與區(qū)域II的左邊界重合，且與y軸平行；區(qū)域II的左、右邊界平行。在區(qū)域I和區(qū)域II內(nèi)分別存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，區(qū)域I內(nèi)的磁場(chǎng)垂直于Oxy平面向外，區(qū)域II內(nèi)的磁場(chǎng)垂直于Oxy平面向里。一電子沿著x軸正向以速度v0射入平行板之間，在平行板間恰好沿著x軸正向做直線運(yùn)動(dòng)，并先后通過(guò)區(qū)域I和II。已知電子電量為e，質(zhì)量為m，區(qū)域I和區(qū)域II沿x軸方向?qū)挾染鶠?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic5/tikupic/7e/8/ui9zf2.png" style="vertical-align:middle;" />。不計(jì)電子重力。

（1）求兩金屬板之間電勢(shì)差U；
（2）求電子從區(qū)域II右邊界射出時(shí)，射出點(diǎn)的縱坐標(biāo)y；
（3）撤除區(qū)域I中的磁場(chǎng)而在其中加上沿x軸正向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，使得該電子剛好不能從區(qū)域II的右邊界飛出。求電子兩次經(jīng)過(guò)y軸的時(shí)間間隔t。

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：計(jì)算題

（12分）．飛行時(shí)間質(zhì)譜儀可以根據(jù)帶電粒子的飛行時(shí)間對(duì)氣體分子進(jìn)行分析。如圖所示，在真空狀態(tài)下，脈沖閥P噴出微量氣體，經(jīng)激光照射產(chǎn)生不同的正離子，自a板小孔進(jìn)入a、b之間的加速電場(chǎng)，從b板小孔射出，沿中心線進(jìn)入M、N間的方形區(qū)域，然后到達(dá)緊靠在其右端的探測(cè)器。已知a、b間的電壓為U0，間距為d，極板M、N的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，間距均為0.2L，不計(jì)離子重力及經(jīng)過(guò)a板時(shí)的初速度。

（1）若M、N板間無(wú)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，求出比荷為k（q/m）的離子從a板到探測(cè)器的飛行時(shí)間
（2）若在M、N間只加上偏轉(zhuǎn)電壓U1，請(qǐng)說(shuō)明不同的正離子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的軌跡是否重合
（3）若在M、N間只加上垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，已知進(jìn)入a、b間的正離子有一價(jià)和二價(jià)兩種，質(zhì)量均為m，元電荷為e，試問(wèn)：
①要使所有離子均通過(guò)M、N之間的區(qū)域從右側(cè)飛出，求所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值
②要使所有離子均打在上極板M上，求所加磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足的條件。

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