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题型:解答题 题类: 难易度:困难

2025届广东珠三角六校高三上学期第三次联考模拟测试物理试卷

某款电子偏转仪器由边长为L的立方体空间OABC-O1A1B1C1构成,如图所示。电子发射器位于顶部A1O1的中点M,可向O1A1B1C1平面内各个方向均匀射出速率均为v的电子。在立体空间任意两个对立面可放置两块面积较大、与电源相连的金属板,从而实现在立方体空间内产生匀强电场,以控制电子的运动。已知电子质量为m、电荷量大小为e,电子打在金属板上将被吸收不再反弹进入电场,不计电子重力及电子间的相互作用力。问:

(1)、当两块金属板分别放置在ABB1A1面和OCC1O1面时,若恰好无电子运动到OCC1O1面,则与金属板相连的电源电压U1是多少?
(2)、当两块金属板分别放置在OABC面和O1A1B1C1面时,若恰好有电子打在底部BC的中点Q,则与金属板相连的电源电压U2是多少?
(3)、在(2)的基础上,设电子从发射器射出的速度与中线MP的夹角为θ,求电子从M点运动到立体空间边缘的过程,电场力做功W与θ的函数关系。
举一反三
我国的东方超环(EAST)是研究可控核聚变反应的超大型科学实验装置。该装置需要将高速运动的离子变成中性粒子,没有被中性化的离子对实验装置有很大的破坏作用,因此需要利用“偏转系统”将其从粒子束中剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图1所示,包含中性粒子和带电离子的混合粒子进入由一对平行带电极板构成的匀强电场区域,混合粒子进入电场时速度方向与极板平行,极板右侧存在匀强磁场区域。离子在电场磁场区域发生偏转,中性粒子继续沿原方向运动,到达接收器。已知离子带正电、电荷量为q,质量为m,速度为v,两极板间距为d。离子和中性粒子的重力可忽略不计,不考虑粒子间的相互作用。

(1)两极板间不加电压,只利用磁场使离子发生偏转,若恰好所有离子均被图1中的吞噬板吞噬,求磁场的磁感应强度的大小B。

(2)以下极板左端点为坐标原点建立坐标系,沿板建立x轴,垂直板建立y轴,如图1所示。假设离子在混合粒子束中是均匀分布的,单位时间内通过y轴单位长度进入电场的离子数为n。在两极板间加电压U,恰好所有离子均被吸附在下极板。

a.求极板的长度L,并分析落在x轴上坐标为范围内的离子,进入电场时通过y轴的坐标范围。

b.离子落在极板上的数量分布呈现一定的规律,若单位时间内落在下极板x位置附近单位长度上的离子数量为 , 求随x变化的规律,在图2中作出图像,说明图线与横轴所围面积的物理意义。(若远小于x,则

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