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题型:解答题 题类: 难易度:困难

2025届浙江省宁波市高三上学期一模考试物理试题

物理学家在科研时经常利用电磁场加速和约束高能粒子。在如图所示的空间直角坐标系中,的空间内充满匀强磁场,大小为 , 方向可调,初始时沿轴负方向。坐标为(0,0,L)的点有一粒子源,可沿平面内的第一象限与轴负方向成角发射粒子。粒子第一次运动到平面时轨迹恰好与轴相切。已知粒子质量为 , 电荷量为 , 不计粒子重力和粒子间的相互作用。

(1)、求粒子初速度的大小。
(2)、将磁场方向调整为沿轴正方向,求

①粒子运动到平面的时间;

②粒子经过平面时的坐标与坐标的表达式。(可用三角函数表示)

(3)、保持空间的初始磁场和粒子发射方向不变,在此空间再充满沿轴负方向的匀强电场,电场强度大小满足 , 求粒子运动过程中距平面的最大距离
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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