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题型:解答题 题类: 难易度:困难

广东金太阳2024-2025学年高三上学期8月大联考物理试题

如图(a)所示,在矩形MNPQ区域内存在周期性变化的匀强电场,电场的变化规律如图(b)所示,电场方向由M指向N时为正方向。在MQ上方存在方向垂直纸面向里的磁场区域1,NP下方存在方同垂直纸面向外的磁场区域Ⅱ,磁感应强度大小均为B且磁场区域足够大。在MN的中点S处有一电子发射源,能源源不断地发出质量为m、电荷量为-e、速度方向与MN垂直、大小为v0的电子。QP上有一电子吸收板。已知,MN=d,MQ=2d, , 且电子重力不计。

(1)、若t=0时刻发出的电子恰好能经过MQ的中点,求E0的大小;
(2)、求第(1)间中的电子最终打在吸收板上的位置;
(3)、若所有从电子源发出的电子都不会从MQ和NP边界进入磁场,请求出满足该情况的E0的取值范围,并论证在此情况下所有电子打在吸收板上时的速度均相同。
举一反三
医学检查中磁共振成像简化模型如图所示,其中一个重要的部件“四极铁”,能够提供梯度磁场,从而控制电子束在运动过程中汇聚或发散,图甲为该磁场的磁感线分布情况。一束电子从M板上均匀分布的小孔飘入(初速度可以忽略不计),经过平行板MN间电场加速后获得速度v,沿垂直纸面向里的方向进入“四极铁”空腔。电子质量为m,电量为e,不计粒子重力和粒子间相互作用。

(1)求加速电压大小,判断图甲中a、c和b、d两对电子,哪一对电子进入磁场后会彼此靠近;

(2)以图甲中磁场中心为坐标原点O建立坐标系,垂直纸面向里为x轴正方向,沿纸面向上为y轴正方向,在xOy平面内的梯度磁场如图乙所示,该磁场区域的宽度为d。在范围内,电子束沿x轴正方向射入磁场,磁感应强度且已知,以垂直xOy平面向里为磁场正方向)。电子速度大小均为v,穿过磁场过程中,电子的y坐标变化很小,可认为途经区域为匀强磁场。

①求从处射入磁场的电子,在磁场中运动的半径及速度偏转角的正弦值

②研究发现,所有电子通过磁场后,将聚焦到x轴上处。由于d很小,可认为电子离开磁场时,速度方向的反向延长线通过点,且速度方向的偏转角很小, , 求f的表达式;

③在处再放置一个磁场区域宽度为d的“四极铁”(中心线位于处),使②问中的电子束通过后速度方向变成沿x轴正方向,若该“四极铁”的磁感应强度 , 求

④如图丙,仪器实际工作中,加速电压U会在附近小幅波动,导致电子聚焦点发生变化。若要求聚焦点坐标偏差值不超过 , 求电压波动幅度的最大值。

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