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题型:解答题 题类: 难易度:困难

重庆市重庆乌江新高考协作体2024-2025学年高三上学期9月月考物理试题

利用电磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示,在坐标系的轴左侧存在沿轴负方向的匀强电场,轴右侧存在垂直于平面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场。现有一质量为 , 电荷量为的带正电粒子,从P点以大小为的初速度沿轴正方向发射,恰好经过坐标原点O进入右侧磁场,再经过M点(未画出)返回轴左侧,粒子经过M点时在轴左侧增加与右侧相同的磁场(图中未画出),粒子从M点到达N点(未画出)时速度方向第一次与轴平行。不计带电粒子的重力,已知。求:

(1)、匀强电场的电场强度的大小;
(2)、粒子从点运动到点的时间;
(3)、粒子在点时的速度大小
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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