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题型:综合题 题类: 难易度:困难

辽宁省名校联盟2023届高三下学期物理一模考试试卷

如图所示,半圆形粒子源均匀地产生质量为m、电荷为的粒子。粒子源的电势为U,在粒子源中心放置一接地的粒子接收器P,粒子通过接收器后将会进入到垂直纸面向内的匀强磁场中,磁感应强度大小为B。磁场的右边界与左边界平行且无限长,磁场宽度为 , 右边界的段覆盖有粒子吸收膜,可以吸收落在上面的粒子。右边界的段以及左边界都覆盖有弹性膜,当粒子与右边界段发生碰撞时,平行界面速度不变,垂直界面速度反向,且大小降为原来的;当粒子与左边界发生碰撞时,平行界面速度不变,垂直界面速度减为0。当粒子在弹性膜上静止时,就会沉降在弹性膜表面。(不计粒子重力)

(1)、粒子源提供的粒子初速度为零,求粒子到达接收器P的速度v(未知)的大小;
(2)、粒子源提供的粒子初速度为零,求粒子被吸收膜吸收的比例;
(3)、若粒子源提供的粒子初速度可以任意调控,接收器只允许速度垂直于磁场边界的粒子通过,求初速度为运动的粒子最终停的位置。
举一反三
在空间中一足够长圆柱形区域内存在匀强磁场,磁场的方向沿轴线向右,磁感应强度为 , 在轴线上有一粒子源,可以每秒发射N个质量为m,电荷量为+q,速度为的粒子。不计重力和粒子间的相互作用力。

(1)如图1所示,使粒子源沿垂直轴线的方向发射粒子,粒子恰好不会飞出磁场区域,求磁场区域的半径R;

(2)如图2所示,在磁场区域半径满足(1)的前提下,在右侧磁场范围内垂直轴线放一块足够大收集板A,将大量粒子沿与轴线成向右射出,为保证所有粒子在A上均汇聚于一点,求粒子源到极板A的水平距离;

(3)如图3所示,大量粒子沿与轴线成向右均匀射出,粒子源到A的距离满足(2)问,在A的中心挖一小孔,可使粒子通过。将收集板B平行放置于A右侧,并在AB极板间加上电压。粒子打在B板上即被完全吸收,求收集板B所受的作用力F与极板间电压的关系;

(4)实验室中,常利用亥姆霍兹线圈产生匀强磁场,当一对亥姆霍兹线圈间的距离增大时,即可生成磁感应强度随空间缓慢变化的磁场,如图4所示,其磁感应强度两端强,中间弱。带电粒子可以在端点处“反射”而被束缚其中,即“磁约束”。粒子的运动满足如下规律:带电粒子在垂直磁场方向的速度分量与此处的磁感应强度B之间满足: , 现假设该磁场中的最大磁感应强度和最小磁感应强度之比为 , 在该磁场的中部最弱区域有一带电粒子源,与轴线成发射粒子束,要使这些粒子能被束缚在该磁场区域,求的最小值。

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