江蘇省沭陽(yáng)縣高中物理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)壓軸題易錯(cuò)題一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)壓軸題1．下圖為某種離子加速器的設(shè)計(jì)方案.兩個(gè)半圓形金屬盒內(nèi)存在相同的垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng).其中和是間距為的兩平行極板，其上分別有正對(duì)的兩個(gè)小孔和，，P為靶點(diǎn)，（為大于1的整數(shù)）。極板間存在方向向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，兩極板間電壓為。質(zhì)量為、帶電量為的正離子從點(diǎn)由靜止開始加速，經(jīng)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域.當(dāng)離子打到極板上區(qū)域（含點(diǎn)）或外殼上時(shí)將會(huì)被吸收。兩虛線之間的區(qū)域無(wú)電場(chǎng)和磁場(chǎng)存在，離子可勻速穿過(guò)。忽略相對(duì)論效應(yīng)和離子所受的重力。求：（1）離子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)僅加速一次后能打到P點(diǎn)所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度大??；（2）能使離子打到P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的所有可能值；（3）打到P點(diǎn)的能量最大的離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間?！緛?lái)源】2015年全國(guó)普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（重慶卷帶解析)【答案】（1）（2），（3），【解析】【分析】帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)公式?！驹斀狻浚?）離子經(jīng)電場(chǎng)加速，由動(dòng)能定理：可得磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)：剛好打在P點(diǎn)，軌跡為半圓，由幾何關(guān)系可知：聯(lián)立解得；（2）若磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，設(shè)離子經(jīng)過(guò)一次加速后若速度較小，圓周運(yùn)動(dòng)半徑較小，不能直接打在P點(diǎn)，而做圓周運(yùn)動(dòng)到達(dá)右端，再勻速直線到下端磁場(chǎng)，將重新回到O點(diǎn)重新加速，直到打在P點(diǎn)。設(shè)共加速了n次，有：且：解得：，要求離子第一次加速后不能打在板上，有且：解得：，故加速次數(shù)n為正整數(shù)最大取即：；（3）加速次數(shù)最多的離子速度最大，取，離子在磁場(chǎng)中做n-1個(gè)完整的勻速圓周運(yùn)動(dòng)和半個(gè)圓周打到P點(diǎn)。由勻速圓周運(yùn)動(dòng)：電場(chǎng)中一共加速n次，可等效成連續(xù)的勻加速直線運(yùn)動(dòng).由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可得：2．如圖甲所示，間距為d、垂直于紙面的兩平行板P、Q間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)．取垂直于紙面向里為磁場(chǎng)的正方向，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。t=0時(shí)刻，一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子（不計(jì)重力），以初速度由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁場(chǎng)且平行于板面的方向射入磁場(chǎng)區(qū)．當(dāng)和取某些特定值時(shí)，可使時(shí)刻入射的粒子經(jīng)時(shí)間恰能垂直打在P板上（不考慮粒子反彈）。上述為已知量。（1）若，求；（2）若，求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的大?。唬?）若，為使粒子仍能垂直打在P板上，求?！緛?lái)源】2014年全國(guó)普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合能力測(cè)試物理（山東卷帶解析)【答案】（1）（2）（3）或【解析】【分析】【詳解】（1）設(shè)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，由牛頓第二定律得……①據(jù)題意由幾何關(guān)系得……②聯(lián)立①②式得……③（2）設(shè)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，加速度大小為，由圓周運(yùn)動(dòng)公式得……④據(jù)題意由幾何關(guān)系得……⑤聯(lián)立④⑤式得……⑥（3）設(shè)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，周期為，由圓周運(yùn)動(dòng)公式得……⑦由牛頓第二定律得……⑧由題意知，代入⑧式得……⑨粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，、為圓心，、連線與水平方向夾角為，在每個(gè)內(nèi)，只有A、B兩個(gè)位置才有可能垂直擊中P板，且均要求，由題意可知……⑩設(shè)經(jīng)歷完整的個(gè)數(shù)為（，1，2，3．．．．．．）若在B點(diǎn)擊中P板，據(jù)題意由幾何關(guān)系得……?當(dāng)n=0時(shí)，無(wú)解；當(dāng)n=1時(shí)聯(lián)立⑨?式得或（）……?聯(lián)立⑦⑨⑩?式得……?當(dāng)時(shí)，不滿足的要求；若在B點(diǎn)擊中P板，據(jù)題意由幾何關(guān)系得……?當(dāng)時(shí)無(wú)解當(dāng)時(shí)，聯(lián)立⑨?式得或（）……?聯(lián)立⑦⑧⑨⑩?式得……?當(dāng)時(shí)，不滿足的要求。【點(diǎn)睛】3．壓力波測(cè)量?jī)x可將待測(cè)壓力波轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，其原理如圖1所示，壓力波p（t）進(jìn)入彈性盒后，通過(guò)與鉸鏈O相連的“”型輕桿L，驅(qū)動(dòng)桿端頭A處的微型霍爾片在磁場(chǎng)中沿x軸方向做微小振動(dòng)，其位移x與壓力p成正比（）．霍爾片的放大圖如圖2所示，它由長(zhǎng)×寬×厚=a×b×d，單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n的N型半導(dǎo)體制成，磁場(chǎng)方向垂直于x軸向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為．無(wú)壓力波輸入時(shí)，霍爾片靜止在x=0處，此時(shí)給霍爾片通以沿方向的電流I，則在側(cè)面上D1、D2兩點(diǎn)間產(chǎn)生霍爾電壓U0.（1）指出D1、D2兩點(diǎn)那點(diǎn)電勢(shì)高；（2）推導(dǎo)出U0與I、B0之間的關(guān)系式（提示：電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為I=nevbd，其中e為電子電荷量）；（3）彈性盒中輸入壓力波p（t），霍爾片中通以相同的電流，測(cè)得霍爾電壓UH隨時(shí)間t變化圖像如圖3，忽略霍爾片在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所的電動(dòng)勢(shì)和阻尼，求壓力波的振幅和頻率．（結(jié)果用U0、U1、t0、α、及β）【來(lái)源】浙江新高考2018年4月選考科目物理試題【答案】(1)D1點(diǎn)電勢(shì)高(2)(3)，【解析】【分析】由左手定則可判定電子偏向D2邊，所以D1邊電勢(shì)高；當(dāng)電壓為U0時(shí)，電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力等于洛倫茲力，根據(jù)電流I與自由電子定向移動(dòng)速率v之間關(guān)系為I=nevbd求出U0與I、B0之間的關(guān)系式；圖像結(jié)合輕桿運(yùn)動(dòng)可知，0-t0內(nèi)，輕桿向一側(cè)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)又返回至原點(diǎn)，則可知輕桿的運(yùn)動(dòng)周期，當(dāng)桿運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，電壓最小，結(jié)合U0與I、B0之間的關(guān)系式求出壓力波的振幅．解：（1）電流方向?yàn)镃1C2，則電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)镃2C1，由左手定則可判定電子偏向D2邊，所以D1邊電勢(shì)高；（2）當(dāng)電壓為U0時(shí)，電子不再發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故電場(chǎng)力等于洛倫茲力①由電流

得：②將②帶入①得（3）圖像結(jié)合輕桿運(yùn)動(dòng)可知，0-t0內(nèi)，輕桿向一側(cè)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)又返回至原點(diǎn)，則輕桿的運(yùn)動(dòng)周期為T=2t0所以，頻率為:

當(dāng)桿運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)點(diǎn)時(shí)，電壓最小，即取U1，此時(shí)取x正向最遠(yuǎn)處為振幅A，有：所以：解得：根據(jù)壓力與唯一關(guān)系可得因此壓力最大振幅為：4．小明受回旋加速器的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了如圖1所示的“回旋變速裝置”．兩相距為d的平行金屬柵極板M、N，板M位于x軸上，板N在它的正下方．兩板間加上如圖2所示的幅值為U0的交變電壓，周期．板M上方和板N下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．粒子探測(cè)器位于y軸處，僅能探測(cè)到垂直射入的帶電粒子．有一沿x軸可移動(dòng)、粒子出射初動(dòng)能可調(diào)節(jié)的粒子發(fā)射源，沿y軸正方向射出質(zhì)量為m、電荷量為q（q＞0）的粒子．t=0時(shí)刻，發(fā)射源在（x，0）位置發(fā)射一帶電粒子．忽略粒子的重力和其它阻力，粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不計(jì)．（1）若粒子只經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并在y=y0處被探測(cè)到，求發(fā)射源的位置和粒子的初動(dòng)能；（2）若粒子兩次進(jìn)出電場(chǎng)區(qū)域后被探測(cè)到，求粒子發(fā)射源的位置x與被探測(cè)到的位置y之間的關(guān)系【來(lái)源】【省級(jí)聯(lián)考】浙江省2019屆高三上學(xué)期11月選考科目考試物理試題【答案】（1），（2）見解析【解析】【詳解】（1）發(fā)射源的位置，粒子的初動(dòng)能：；（2）分下面三種情況討論：（i）如圖1，由，和，，及，得；（ii）如圖2，由，和，及，得；（iii）如圖3，由，和，及，得；5．扭擺器是同步輻射裝置中的插入件，能使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生扭擺．其簡(jiǎn)化模型如圖：Ⅰ、Ⅱ兩處的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)邊界豎直，相距為L(zhǎng)，磁場(chǎng)方向相反且垂直紙面．一質(zhì)量為m，電量為-q，重力不計(jì)的粒子，從靠近平行板電容器MN板處由靜止釋放，極板間電壓為U，粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后平行于紙面射入Ⅰ區(qū)，射入時(shí)速度與水平和方向夾角（1）當(dāng)Ⅰ區(qū)寬度、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小時(shí)，粒子從Ⅰ區(qū)右邊界射出時(shí)速度與水平方向夾角也為，求B0及粒子在Ⅰ區(qū)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t0（2）若Ⅱ區(qū)寬度磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，求粒子在Ⅰ區(qū)的最高點(diǎn)與Ⅱ區(qū)的最低點(diǎn)之間的高度差h（3）若、，為使粒子能返回Ⅰ區(qū)，求B2應(yīng)滿足的條件（4）若，，且已保證了粒子能從Ⅱ區(qū)右邊界射出．為使粒子從Ⅱ區(qū)右邊界射出的方向與從Ⅰ區(qū)左邊界射出的方向總相同，求B1、B2、L1、、L2、之間應(yīng)滿足的關(guān)系式．【來(lái)源】2011年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試物理卷（山東)【答案】（1）（2）（3）（或）（4）【解析】圖1（1）如圖1所示，設(shè)粒子射入磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)的速度為，在磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，由動(dòng)能定理和牛頓第二定律得①②由幾何知識(shí)得③聯(lián)立①②③，帶入數(shù)據(jù)得④設(shè)粒子在磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為⑤⑥聯(lián)立②④⑤⑥式，帶入數(shù)據(jù)得⑦（2）設(shè)粒子在磁場(chǎng)Ⅱ區(qū)做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，有牛頓第二定律得⑧由幾何知識(shí)得⑨聯(lián)立②③⑧⑨式，帶入數(shù)據(jù)得⑩圖2（3）如圖2所示，為時(shí)粒子能再次回到Ⅰ區(qū)，應(yīng)滿足[或]⑾聯(lián)立①⑧⑾式，帶入數(shù)據(jù)得（或）⑿圖3圖4（4）如圖3（或圖4）所示，設(shè)粒子射出磁場(chǎng)Ⅰ區(qū)時(shí)速度與水平方向得夾角為，有幾何知識(shí)得⒀[或]⒁[或]聯(lián)立②⑧式得⒂聯(lián)立⒀⒁⒂式得⒃【點(diǎn)睛】（1）加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理求出粒子獲得的速度．畫出軌跡，由幾何知識(shí)求出半徑，根據(jù)牛頓定律求出B0．找出軌跡的圓心角，求出時(shí)間；（2）由幾何知識(shí)求出高度差；（3）當(dāng)粒子在區(qū)域Ⅱ中軌跡恰好與右側(cè)邊界相切時(shí)，粒子恰能返回Ⅰ區(qū)，由幾何知識(shí)求出半徑，由牛頓定律求出B2滿足的條件；（4）由幾何知識(shí)分析L1、L2與半徑的關(guān)系，再牛頓定律研究關(guān)系式．6．在如圖甲所示的直角坐標(biāo)系中，兩平行極板MN垂直于y軸，N板在x軸上且其左端與坐標(biāo)原點(diǎn)O重合，極板長(zhǎng)度l=0.08m，板間距離d=0.09m，兩板間加上如圖乙所示的周期性變化電壓，兩板間電場(chǎng)可看作勻強(qiáng)電場(chǎng)．在y軸上(0，d/2)處有一粒子源，垂直于y軸連續(xù)不斷向x軸正方向發(fā)射相同的帶正電的粒子，粒子比荷為=5×107C／kg，速度為v0=8×105m/s．t=0時(shí)刻射入板間的粒子恰好經(jīng)N板右邊緣打在x軸上.不計(jì)粒子重力及粒子間的相互作用，求:(1)電壓U0的大?。?2)若沿x軸水平放置一熒光屏，要使粒子全部打在熒光屏上，求熒光屏的最小長(zhǎng)度；(3)若在第四象限加一個(gè)與x軸相切的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，半徑為r=0.03m，切點(diǎn)A的坐標(biāo)為(0.12m，0)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=，方向垂直于坐標(biāo)平面向里．求粒子出磁場(chǎng)后與x軸交點(diǎn)坐標(biāo)的范圍．【來(lái)源】【市級(jí)聯(lián)考】山東省濟(jì)南市2019屆高三第三次模擬考試?yán)砭C物理試題【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【詳解】(1)對(duì)于t=0時(shí)刻射入極板間的粒子：解得：(2)時(shí)刻射出的粒子打在x軸上水平位移最大：所放熒光屏的最小長(zhǎng)度即：(3)不同時(shí)刻射出極板的粒子沿垂直于極板方向的速度均為vy.速度偏轉(zhuǎn)角的正切值均為：即：所有的粒子射出極板時(shí)速度的大小和方向均相同.由分析得，如圖所示，所有粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)后發(fā)生磁聚焦由磁場(chǎng)中的一點(diǎn)B離開磁場(chǎng).由幾何關(guān)系，恰好經(jīng)N板右邊緣的粒子經(jīng)x軸后沿磁場(chǎng)圓半徑方向射入磁場(chǎng)，一定沿磁場(chǎng)圓半徑方向射出磁場(chǎng)；從x軸射出點(diǎn)的橫坐標(biāo)：.由幾何關(guān)系，過(guò)A點(diǎn)的粒子經(jīng)x軸后進(jìn)入磁場(chǎng)由B點(diǎn)沿x軸正向運(yùn)動(dòng).綜上所述，粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)后第二次打在x軸上的范圍為：7．正、負(fù)電子從靜止開始分別經(jīng)過(guò)同一回旋加速器加速后，從回旋加速器D型盒的邊緣引出后注入到正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)中．正、負(fù)電子對(duì)撞機(jī)置于真空中．在對(duì)撞機(jī)中正、負(fù)電子對(duì)撞后湮滅成為兩個(gè)同頻率的光子．回旋加速器D型盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，回旋加速器的半徑為R，加速電壓為U；D型盒縫隙間的距離很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)．電子的質(zhì)量為m、電量為e，重力不計(jì)．真空中的光速為c，普朗克常量為h．（1）求正、負(fù)電子進(jìn)入對(duì)撞機(jī)時(shí)分別具有的能量E及正、負(fù)電子對(duì)撞湮滅后產(chǎn)生的光子頻率v（2）求從開始經(jīng)回旋加速器加速到獲得最大能量的過(guò)程中，D型盒間的電場(chǎng)對(duì)電子做功的平均功率（3）圖甲為正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的最后部分的簡(jiǎn)化示意圖．位于水平面的粗實(shí)線所示的圓環(huán)真空管道是正、負(fù)電子做圓周運(yùn)動(dòng)的“容器”，正、負(fù)電子沿管道向相反的方向運(yùn)動(dòng)，在管道內(nèi)控制它們轉(zhuǎn)變的是一系列圓形電磁鐵．即圖中的A1、A2、A4……An共有n個(gè)，均勻分布在整個(gè)圓環(huán)上．每個(gè)電磁鐵內(nèi)的磁場(chǎng)都是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度都相同，方向豎直向下．磁場(chǎng)區(qū)域的直徑為d．改變電磁鐵內(nèi)電流大小，就可以改變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而改變電子偏轉(zhuǎn)的角度．經(jīng)過(guò)精確調(diào)整，首先實(shí)現(xiàn)電子在環(huán)形管道中沿圖甲中粗虛線所示的軌道運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電子經(jīng)過(guò)每個(gè)電磁鐵時(shí)射入點(diǎn)和射出點(diǎn)都在電磁鐵的同一直徑的兩端，如圖乙所示．這就為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電子的對(duì)撞做好了準(zhǔn)備．求電磁鐵內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小【來(lái)源】2019年天津市濱海新區(qū)塘沽一中高三三模理綜物理試卷【答案】(1)，；(2)；(3)【解析】【詳解】解：(1)正、負(fù)電子在回旋加速器中磁場(chǎng)里則有：解得正、負(fù)電子離開回旋加速器時(shí)的速度為：正、負(fù)電子進(jìn)入對(duì)撞機(jī)時(shí)分別具有的能量：正、負(fù)電子對(duì)撞湮滅時(shí)動(dòng)量守恒，能量守恒，則有：正、負(fù)電子對(duì)撞湮滅后產(chǎn)生的光子頻率：(2)從開始經(jīng)回旋加速器加速到獲得最大能量的過(guò)程，設(shè)在電場(chǎng)中加速次，則有：解得：正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期為：正、負(fù)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：D型盒間的電場(chǎng)對(duì)電子做功的平均功率：(3)設(shè)電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，由幾何關(guān)系可得解得：根據(jù)洛倫磁力提供向心力可得：電磁鐵內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。?．回旋加速器的工作原理如圖甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間有狹縫（間距），勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，被加速粒子的質(zhì)量為，電荷量為，加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓值的大小為，周期為T，與粒子在磁場(chǎng)中的周期相同．一束該種粒子在時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫，其初速度視為零.粒子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫均做加速運(yùn)動(dòng)；粒子重力不計(jì)，不考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，不考慮粒子間的相互作用.求：（1）勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；（2）粒子從飄入狹縫至動(dòng)能最大所需的總時(shí)間；（3）實(shí)際中粒子的質(zhì)量會(huì)隨速度的增加而增大，加速后的質(zhì)量與原來(lái)質(zhì)量的關(guān)系：，則①粒子質(zhì)量增加后估計(jì)最多還能再加速多少次（需要簡(jiǎn)述理由）？②若粒子質(zhì)量最終增加，那么粒子最終速度為光速的多少倍（結(jié)果保留一位有效數(shù)字）？【來(lái)源】【全國(guó)百?gòu)?qiáng)校】天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué)2019屆高三考前熱身訓(xùn)練物理試題【答案】（1）（2）（3）100次；0.2【解析】【詳解】解：(1)依據(jù)牛頓第二定律，結(jié)合洛倫茲力提供向心，則有：電壓周期與粒子在磁場(chǎng)中的周期相同：可得，(2)粒子運(yùn)動(dòng)半徑為時(shí)：且解得：粒子被加速次達(dá)到動(dòng)能，則有：不考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，又有粒子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)與回旋半周的相同，得粒子從飄入狹縫至動(dòng)能最大所需的總時(shí)間：(3)粒子在磁場(chǎng)中的周期：，質(zhì)量增加，周期增大，再加速次數(shù)不超過(guò)次加速后的質(zhì)量與原來(lái)質(zhì)量的關(guān)系：，粒子最終速度為：即粒子最終速度為光速的0.2倍9．如圖所示，空間有相互平行、相距和寬度也都為L(zhǎng)的I、II兩區(qū)域，I、II區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，I區(qū)域磁場(chǎng)向內(nèi)、磁感應(yīng)強(qiáng)度為，II區(qū)域磁場(chǎng)向外，大小待定?，F(xiàn)有一質(zhì)量為，電荷量為的帶電粒子，從圖中所示的一加速電場(chǎng)中的MN板附近由靜止釋放被加速，粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后平行紙面與I區(qū)磁場(chǎng)邊界成45°角進(jìn)入磁場(chǎng)，然后又從I區(qū)右邊界成45°角射出。(1)求加速電場(chǎng)兩極板間電勢(shì)差；(2)若II區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度也是時(shí)，則粒子經(jīng)過(guò)I區(qū)的最高點(diǎn)和經(jīng)過(guò)II區(qū)的最低點(diǎn)之間的高度差是多少？(3)為使粒子能返回I區(qū)，II區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足什么條件？并求出粒子從左側(cè)進(jìn)入I區(qū)到從左側(cè)射出I區(qū)需要的最長(zhǎng)時(shí)間?！緛?lái)源】河南省南陽(yáng)中學(xué)2019屆高三下學(xué)期第十七次考試?yán)砭C物理試題【答案】(1)(2)(3)，【解析】【詳解】(1)畫出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的示意圖，如圖所示：粒子在加速電場(chǎng)中根據(jù)動(dòng)能定理可得粒子在I區(qū)域做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得根據(jù)幾何關(guān)系可得：聯(lián)立可得加速電場(chǎng)兩極板間電勢(shì)差(2)粒子在II區(qū)域運(yùn)動(dòng)的半徑與I區(qū)域相同，高度差由圖中幾何關(guān)系可得：可得：(3)畫出粒子剛好從II區(qū)域右邊界穿出磁場(chǎng)的臨界狀態(tài)，即軌跡圓與右邊界相切的情況．根據(jù)幾何關(guān)系可得，解得可知當(dāng)時(shí)，粒子在II區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)，即粒子從左側(cè)進(jìn)入Ⅰ區(qū)到從左側(cè)射出Ⅰ區(qū)的時(shí)間最長(zhǎng)粒子兩次在I區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為粒子兩次在磁場(chǎng)之間的時(shí)間為粒子在II區(qū)域運(yùn)動(dòng)的時(shí)間總時(shí)間10．“801所”設(shè)計(jì)的磁聚焦式霍爾推進(jìn)器可作為太空飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)，其原理如下：系統(tǒng)捕獲宇宙中大量存在的等離子體(由電量相同的正、負(fù)離子組成)經(jīng)系統(tǒng)處理后．從下方以恒定速率v1,向上射入有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1、垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域I內(nèi)．當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)后．自動(dòng)關(guān)閉區(qū)域I系統(tǒng)(關(guān)閉粒子進(jìn)入通道、撤去磁場(chǎng)B1)．區(qū)域Ⅱ內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2、垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)右邊界是直徑為D、與上下極板相切的半圓(圓與下板相切于極板中央A)．放在A處的放射源能夠向各個(gè)方向均勻發(fā)射速度大小相等的氙原子核，氙原子核經(jīng)過(guò)該區(qū)域后形成寬度為D的平行氙粒子束，經(jīng)過(guò)柵極MN、PQ之間的電場(chǎng)加速后從PQ噴出．在加速氙原子核的過(guò)程中探測(cè)器獲得反向推力(不計(jì)氙原子核、等離子體的重力．不計(jì)粒子之間相互作用與相對(duì)論效應(yīng))．已知極板長(zhǎng)RM=2D，柵極MN和PQ間距為d，氙原子核的質(zhì)量為m、電荷量為q，求：(1)當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場(chǎng)時(shí)，