(18分)如圖所示,在電子槍右側(cè)依次存在加速電場,兩水平放置的平行金屬板和豎直放置的熒光屏。加速電場的電壓為U1。兩平行金屬板的板長、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,打在熒光屏的中點O。不計電子在進入加速電場前的速度及電子重力。

(1)求電子進入兩金屬板間時的速度大小v0;
(2)若兩金屬板間只存在方向垂直紙面向外的勻強磁場,求電子到達熒光屏的位置與O點距離的最大值和此時磁感應強度B的大;
(3)若兩金屬板間只存在豎直方向的勻強電場,兩板間的偏轉(zhuǎn)電壓為U2,電子會打在熒光屏上某點,該點距O點距離為,求此時U1與U2的比值;若使電子打在熒光屏上某點,該點距O點距離為d,只改變一個條件的情況下,請你提供一種方案,并說明理由。
(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

試題分析:(1) 設電子經(jīng)電場加速后進入偏轉(zhuǎn)場區(qū)的速度大小為v0,由動能定理得
     ①             
     ②
(2) 偏轉(zhuǎn)場區(qū)中只有勻強磁場時,電子進入磁場區(qū)受洛侖茲力作用做勻速圓周運動,經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后,沿直線運動到熒光屏。磁場的磁感應強度越大,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,做直線運動到達熒光屏。它的位置與O點距離即為最大值,如圖所示。

電子做圓周運動,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)只有勻強電場時,電子進入偏轉(zhuǎn)區(qū)做勻加速曲線運動,如圖所示。

離開偏轉(zhuǎn)電場時沿電場方向的位移

速度方向偏轉(zhuǎn)角設為
打到熒光屏的位置距O點的距離     ⑧
可得  
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。
練習冊系列答案
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圖甲所示為回旋加速器的原理示意圖,一個扁圓柱形的金屬盒子,盒子被分成兩半(D形電極),分別與高壓交變電源的兩極相連,在裂縫處形成一個交變電場,高壓交流電源的Ut圖象如圖乙所示,圖中U×104V),t (×107s),在兩D形電極裂縫的中心靠近其中一個D形盒處有一離子源K,D形電極位于勻強磁場中,磁場方向垂直于D形電極所在平面,由下向上。從離子源K發(fā)出的氘核,在電場作用下,被加速進入盒中.又由于磁場的作用,沿半圓形的軌道運動,并重新進入裂縫。這時恰好改變電場方向,氘核在電場中又一次加速,如此不斷循環(huán)進行,最后在D形盒邊緣被特殊裝置引出。(忽略氘核在裂縫中運動的時間)

(1)寫出圖乙所示的高壓交流電源的交流電壓瞬時值的表達式;
(2)將此電壓加在回旋加速器上,給氘核加速,則勻強磁場的磁感強度應為多少?
(3)若要使氘核獲得5.00MeV的能量,需要多少時間?(設氘核正好在電壓達到峰值時通過D形盒的狹縫)
(4)D形盒的最大半徑R。

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如圖所示,在重力、電場力和洛倫茲力作用下,一帶電液滴做直線運動,下列關于帶電液滴的電性和運動的說法不正確的是(  )
A.液滴可能帶負電
B.液滴一定做勻速直線運動
C.不論液滴帶正電還是負電,運動軌跡為同一條直線
D.液滴不可能在垂直電場的方向上運動

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,空間存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場,電場的方向豎直向下,磁場方向水平(圖中垂直紙面向里),一帶電油滴P恰好處于靜止狀態(tài),則下列說法正確的是(  )
A.若僅撤去電場,P可能做勻加速直線運動
B.若僅撤去磁場,P可能做勻加速直線運動
C.若給P一初速度,P不可能做勻速直線運動
D.若給P一初速度,P可能做勻速圓周運動

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,a、b為豎直正對放置的平行金屬板構(gòu)成的偏轉(zhuǎn)電場,其中a板帶正電,兩板間的電壓為U,在金屬板下方存在一有界的勻強磁場,磁場的上邊界為與兩金屬板下端重合的水平面PQ,PQ下方的磁場范圍足夠大,磁場的磁感應強度大小為B,一比荷為帶正電粒子以速度為v0從兩板中間位置與a、b平等方向射入偏轉(zhuǎn)電場,不計粒子重力,粒子通過偏轉(zhuǎn)電場后從PQ邊界上的M點進入磁場,運動一段時間后又從PQ邊界上的N點射出磁場,設M、N兩點距離為x(M、N點圖中未畫出)。則以下說法中正確的是
A.只減小磁感應強度B的大小,則x減小
B.只增大初速度v0的大小,則x減小
C.只減小偏轉(zhuǎn)電場的電壓U的大小,則x不變
D.只減小為帶電粒子的比荷大小,則x不變

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(20分)靜止于A處的離子,經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器,并從P點垂直CF進入矩形區(qū)域的有界勻強磁場。靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻射分布的電場,已知圓弧虛線的半徑為R,其所在處場強為E、方向如圖所示:離子質(zhì)量為m、電荷量為q;=a、=1.5a,磁場方向垂直紙面向里;離子重力不計。
(1)求加速電場的電壓U;
(2)若離子能最終打在QF上,求磁感應強度B的取值范圍。

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(12分)如圖所示,水平放置的兩塊長直平行金屬板a、b相距d=0.10m,a、b間的電場強度為E=5.0×105N/C,b板下方整個空間存在著磁感應強度大小為B=6.0T、方向垂直紙面向里的勻強磁場.今有一質(zhì)量為m=4.8×10-25kg、電荷量為q=1.6×10-18C的帶正電的粒子(不計重力),從貼近a板的左端以v0 =1.0×106m/s的初速度水平射入勻強電場,剛好從狹縫P處穿過b板而垂直進入勻強磁場,最后粒子回到b板的Q處(圖中未畫出).求P、Q之間的距離L.

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如圖所示,在兩條平行的虛線內(nèi)存在著寬度為L、場強為E的勻強電場,在與右側(cè)虛線相距也為L處有一與電場平行的屏.現(xiàn)有一電荷量為+q、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力不計),以垂直于電場線方向的初速度v0射入電場中,v0方向的延長線與屏的交點為O.試求:

(1)粒子從射入到打到屏上所用的時間;
(2)粒子剛射出電場時的速度方向與初速度方向間夾角的正切值tanα;
(3)粒子打到屏上的點P到O點的距離x.

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科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

(18分)如圖所示,坐標系xOy在豎直平面內(nèi),x軸正方向水平向右,y軸正方向豎直向上。y<0的區(qū)域有垂直于坐標平面向外的勻強磁場,磁感應強度大小為B;在第一象限的空間內(nèi)有與x軸平行的勻強電場(圖中未畫出);第四象限有與x軸同方向的勻強電場;第三象限也存在著勻強電場(圖中未畫出)。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電微粒從第一象限的P點由靜止釋放,恰好能在坐標平面內(nèi)沿與x軸成θ=30°角的直線斜向下運動,經(jīng)過x軸上的a點進入y<0的區(qū)域后開始做勻速直線運動,經(jīng)過y軸上的b點進入x<0的區(qū)域后做勻速圓周運動,最后通過x軸上的c點,且Oa=Oc。已知重力加速度為g,空氣阻力可忽略不計。求:

(1)微粒的電性及第一象限電場的電場強度E1
(2)帶電微粒由P點運動到c點的過程中,其電勢能的變化量大小;
(3)帶電微粒從a點運動到c點所經(jīng)歷的時間。

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