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题型：解答题题类：难易度：困难

浙江省浙南名校2023-2024学年高二下学期6月期末物理试题

霍尔推进器主要包括以下步骤：霍尔效应使电子被约束在一个磁场中，并通过电场被加速，电子撞击推进剂（氙气、氩气等）分子，导致电子被剥离，形成离子。形成的离子在电场的作用下沿着轴向加速，加速后的离子向外喷出，反冲产生推力。在某局部区域可简化为如图所示的模型。XOY平面内存在方向向右的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B，质量为m、电荷量为e的电子从坐标O点沿Y轴正方向入射，不计重力及电子间相互作用。

（1）若离子质量为M，加速后以v速度沿轴向方向喷出，单位时间喷出离子数为n，求推进器产生的推力F；

（2）在某局部区域内，当电子入射速度为 $\text{[math]}$ 时，电子沿Y轴做直线运动，求 $\text{[math]}$ 的大小；

（3）在某局部区域内，若电子入射速度为 $\text{[math]}$ ，电子的运动轨迹如图中的虚线所示，求运动到离Y轴的最远距离x和回到Y轴坐标y。

举一反三

如图所示，半径为 $\text{[math]}$ 的圆形区域的圆心位于直角坐标系的坐标原点 $\text{[math]}$ ，该圆形区域内有垂直于坐标平面的匀强磁场（未画出）在 $\text{[math]}$ 区域存在沿 $\text{[math]}$ 轴负方向的匀强电场，场强大小为 $\text{[math]}$ ，磁场区域外右侧有宽度为 $\text{[math]}$ 的粒子源， $\text{[math]}$ 为粒子源两端点， $\text{[math]}$ 连线垂直于 $\text{[math]}$ 轴，粒子源中点 $\text{[math]}$ 位于 $\text{[math]}$ 轴上，且均匀持续向 $\text{[math]}$ 轴负方向发射质量为 $\text{[math]}$ ，电荷量为 $\text{[math]}$ ，速率为 $\text{[math]}$ 的粒子，已知从粒子源中点 $\text{[math]}$ 发生的粒子，经过磁场后，恰能从圆与 $\text{[math]}$ 轴负半轴的交点 $\text{[math]}$ 处沿 $\text{[math]}$ 轴负方向射出磁场。不计粒子重力及粒子间的相互作用，求：

（1）匀强磁场的磁感应强度及方向；

（2）从进入磁场开始计时，至第3次经过 $\text{[math]}$ 轴，粒子经历的最长时间；

（3）粒子离开 $\text{[math]}$ 点进入电场后，再次经过 $\text{[math]}$ 轴时离 $\text{[math]}$ 点的最大距离。

如图所示，在xOy坐标系的第二象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，第一象限和第三象限内均存在电场强度大小为E、方向竖直向下的匀强电场。在与y轴平行且相距为d的竖直线MN上的A点（图中未画出）处放置一个粒子源，它能无初速地释放大量质量为m、电荷量为q、且带负电的粒子，这些粒子经电场加速后均沿y轴正方向进入第二象限，并均垂直y轴通过 $\text{[math]}$ 点。不计粒子重力及粒子间相互作用。

如图所示，在平面直角坐标系xOy中， $\text{[math]}$ 四点的坐标分别为 $\text{[math]}$ 。 $\text{[math]}$ 内（包含边界）有垂直坐标平面向里的匀强磁场（磁感应强度大小B未知）；第Ⅰ、Ⅳ象限（含y轴）存在电场强度大小相同的匀强电场，方向分别沿y轴负方向和正方向。质量为m、电荷量为 $\text{[math]}$ 的带电粒子在坐标平面内从P点沿与x轴负方向成θ角的方向射入第Ⅰ象限，经电场偏转后从Q点以速率 $\text{[math]}$ 垂直y轴射进磁场，经磁场偏转后恰好未从SK边界射出磁场，然后粒子分别第二次通过x轴、y轴。粒子重力不计，整个装置处于真空中。

如图， $\text{[math]}$ 轴上方区域存在垂直纸面向里的匀强磁场， $\text{[math]}$ 轴下方区域存在垂直 $\text{[math]}$ 轴向上的匀强电场，一个带正电的粒子从 $\text{[math]}$ 点以初速度为 $\text{[math]}$ 射入磁场，初速度方向与 $\text{[math]}$ 轴夹角为 $\text{[math]}$ ，粒子经过 $\text{[math]}$ 点后再次经过 $\text{[math]}$ 点形成闭合曲线。已知 $\text{[math]}$ 间距为 $\text{[math]}$ ，不计重力。求：

（1）粒子在匀强磁场中运动的轨道半径；

（2）电场强度与磁感应强度之比。

甲辰龙年，有研究者用如图装置实现“双龙戏珠”。图中M₁M₂和N₁N₂、M₃M₄和N₃N₄组成两对平行极板，将空间分隔为I、II、III三个区域，三个区域中有垂直于纸面的匀强磁场如图甲，磁感应强度均为 $\text{[math]}$ 。两发射源紧靠极板放置，每秒每个发射源分别射出10⁴个垂直极板初速度大小 $\text{[math]}$ 的正或负电子。正负电子每次经过狭缝均被加速，极板电压U_M_N随时间变化由如图乙。经多次加速，正负电子恰能在荧光球表面上某点相遇，并被荧光球吸收发出荧光，实现“双龙戏珠”。已知电子比荷 $\text{[math]}$ ，电子质量 $\text{[math]}$ ；以两发射源连线中点O为坐标原点，平行极板向右方向为x轴正方向；荧光球半径 $\text{[math]}$ ，球心位置在x轴上；极板N₁N₂、M₃M₄间距 $\text{[math]}$ 。由于极板间距极小，忽略正负电子之间相互作用、过狭缝时间及正负电子穿越极板的动能损失、忽略场的边缘效应和相对论效应，计算时 $\text{[math]}$ 。

（1）正负电子各由哪个发射源射出？求电压U_M_N的周期T；

（2）求t=0时刻发射的正负电子相遇的时刻t₀和荧光球球心的位置x₁；

（3）求正负电子每秒对荧光球的冲量I；

（4）以“⌒”为一“龙节”，若同（2）在不改变“龙节”情况下，沿x轴微调荧光球的球心位置，求仍能使荧光球发光的球心位置范围。

如图所示，在 $\text{[math]}$ 坐标系 $\text{[math]}$ 区域内存在平行于 $\text{[math]}$ 轴、电场强度大小为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 未知）的匀强电场，分界线 $\text{[math]}$ 将 $\text{[math]}$ 区域分为区域Ⅰ和区域Ⅱ，区域Ⅰ存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 未知）的匀强磁场，区域Ⅱ存在垂直直面向里、磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ 的匀强磁场及沿 $\text{[math]}$ 轴负方向、电场强度大小为 $\text{[math]}$ 的匀强电场。一质量为 $\text{[math]}$ 、电荷量为 $\text{[math]}$ 的带正电粒子从 $\text{[math]}$ 点以初速度 $\text{[math]}$ 垂直电场方向进入第二象限，经 $\text{[math]}$ 点进入区域Ⅰ，此时速度与 $\text{[math]}$ 轴正方向的夹角为 $\text{[math]}$ ，经区域Ⅰ后由分界线 $\text{[math]}$ 上的 $\text{[math]}$ 点（图中未画出）垂直分界线进入区域Ⅱ，不计粒子重力及电磁场的边界效应。求：

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