4.如圖所示,左側(cè)為粒子加速器,A中產(chǎn)生粒子的速度從0到某一很小值之間變化,粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q(q>0),經(jīng)過電壓U加速,穿過狹縫S1進(jìn)入中間的速度選擇器.選擇器中的電場(chǎng)強(qiáng)度為E0,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.粒子穿過狹縫S2進(jìn)入右側(cè)的粒子偏轉(zhuǎn)區(qū),最后要求落到屏上的P點(diǎn).已知偏轉(zhuǎn)區(qū)寬度為L(zhǎng),P點(diǎn)離O點(diǎn)的距離為L(zhǎng)/2,不計(jì)重力.
(1)求粒子剛進(jìn)入狹縫S1時(shí)速度v1的大。ú挥(jì)粒子在A中的速度);
(2)求粒子通過速度選擇器剛進(jìn)入狹縫S2時(shí)速度v2的大;
(3)請(qǐng)你提出一種簡(jiǎn)單方案,使粒子在偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)從S2飛入恰好能打到屏上的P點(diǎn).
要求:①在答卷圖上的粒子偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)畫出示意圖(注意規(guī)范);②求出你所用方案中涉及到的一個(gè)最關(guān)鍵的物理量的大。

分析 (1)粒子在電場(chǎng)中加速,應(yīng)用動(dòng)能定理可以求出粒子的速度.
(2)粒子在速度選擇器中做勻速直線運(yùn)動(dòng),應(yīng)用平衡條件可以求出粒子速度.
(3)可以在偏轉(zhuǎn)區(qū)加電場(chǎng)或磁場(chǎng),使粒子在偏轉(zhuǎn)區(qū)偏轉(zhuǎn),然后打在P點(diǎn),應(yīng)用類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律或牛頓第二定律分析答題.

解答 解:(1)粒子在加速器內(nèi)加速,由動(dòng)能定理得:qU=$\frac{1}{2}$mv12-0,
解得,粒子剛進(jìn)入狹縫S1時(shí)速度v1的大。簐1=$\sqrt{\frac{2qU}{m}}$;
(2)粒子在速度選擇器內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)滿足:qE0=qv2B0,
可得剛進(jìn)入狹縫S2時(shí)速度v2的大。簐2=$\frac{{E}_{0}}{{B}_{0}}$;
(3)方案一:在粒子偏轉(zhuǎn)區(qū)加勻強(qiáng)電場(chǎng),示意圖:

粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng):
L=v2t     $\frac{1}{2}$L=$\frac{1}{2}$$\frac{qE}{m}$t2   解得:E=$\frac{m{E}_{0}^{2}}{qL{B}_{0}^{2}}$;
方案二:在粒子偏轉(zhuǎn)區(qū)加勻強(qiáng)磁場(chǎng),示意圖:

粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由幾何知識(shí)得:
r2=L2+(r-$\frac{L}{2}$)2,解得:r=$\frac{5}{4}$L,
粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,
由牛頓第二定律得:qv2B=m$\frac{{v}_{2}^{2}}{r}$,解得:B=$\frac{4m{E}_{0}}{5qL{B}_{0}}$;
答:(1)粒子剛進(jìn)入狹縫S1時(shí)速度v1的大小為$\sqrt{\frac{2qU}{m}}$;
(2)粒子通過速度選擇器剛進(jìn)入狹縫S2時(shí)速度v2的大小為$\frac{{E}_{0}}{{B}_{0}}$;
(3)使粒子在偏轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)從S2飛入恰好能打到屏上的P點(diǎn).
①如圖所示;②加電場(chǎng)時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度:$\frac{m{E}_{0}^{2}}{qL{B}_{0}^{2}}$;加磁場(chǎng)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度:$\frac{4m{E}_{0}}{5qL{B}_{0}}$.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了粒子在磁場(chǎng)、復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),分析清楚粒子運(yùn)動(dòng)過程是解題的關(guān)鍵,應(yīng)用動(dòng)能定理、平衡條件、類平拋運(yùn)動(dòng)與牛頓第二定律可以解題.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:解答題

14.如圖所示,在“研究力的合成”實(shí)驗(yàn)中,需要將橡皮條的一端固定在水平木板上,另一端系上兩根細(xì)繩,細(xì)繩的另一端都有繩套.實(shí)驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧秤分別勾住繩套,并互成角度地拉橡皮條.某同學(xué)認(rèn)為在此過程中必須注意以下幾項(xiàng):
A.兩根細(xì)繩必須等長(zhǎng)
B.橡皮條應(yīng)與兩繩夾角的平分線在同一直線上
C.在使用彈簧秤時(shí)要注意使彈簧秤與木板平面平行
D.保證兩彈簧秤示數(shù)相等
E.兩個(gè)分力間的夾角不宜太大,也不宜太小
F.實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)將兩彈簧秤對(duì)拉,保證對(duì)拉時(shí)兩彈簧秤示數(shù)相等
其中正確的是CEF.(填入相應(yīng)的字母)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

15.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,有一條與磁場(chǎng)方向垂直的通電直導(dǎo)線,電流為2.0A,磁場(chǎng)中的導(dǎo)線長(zhǎng)度為0.30m,所受安培力的大小為0.30N.則該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多少?如果通過導(dǎo)線中的電流變?yōu)?.0A,則導(dǎo)線所受的安培力為多大?

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

12.關(guān)于元電荷和點(diǎn)電荷的理解正確的是( 。
A.元電荷就是電子
B.元電荷是表示跟電子所帶電量數(shù)值相等的電量
C.體積很小的帶電體就是點(diǎn)電荷
D.如果地球帶了電,地球不能看成點(diǎn)電荷

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

19.重為400N 的木箱放在水平地面上,用80N的力推木箱,木箱不動(dòng),則地面對(duì)木箱的摩擦力是靜摩擦力(“靜摩擦力”或“滑動(dòng)摩擦力”),大小為80N.

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

9.興趣小組用較粗的銅絲和鐵絲相隔約幾毫米插入蘋果中,制成了一個(gè)水果電池,其電壓約為1.5V.他們把電池和一個(gè)標(biāo)有“1.5V,0.3A”的小燈泡串聯(lián),發(fā)現(xiàn)并不能使小燈泡發(fā)光,為尋找原因,于是他們決定用電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線等實(shí)驗(yàn)器材測(cè)定水果電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻.
(1)試按如圖1原理圖在如圖2實(shí)物圖中畫線連接成實(shí)驗(yàn)電路.

(2)一位同學(xué)記錄的6組數(shù)據(jù)如下,試根據(jù)這些數(shù)據(jù)在如圖3中畫出U-I圖線.
I×10-3(A)2.03.54.26.07.17.9
U(V)1.421.351.331.251.201.16
(3)根據(jù)圖線讀出水果電池的電動(dòng)勢(shì):E=1.45V,電池的內(nèi)電阻r=50Ω

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

16.質(zhì)點(diǎn)做直線運(yùn)動(dòng)的v-t圖象如圖所示,則( 。
A.在1~3s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)做減速直線運(yùn)動(dòng)
B.在1~3s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的加速度a=-2m/s2
C.在2~3s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向與規(guī)定的正方向相反,加速度方向同1~2s內(nèi)的加速度方向相同
D.在0~3s內(nèi)質(zhì)點(diǎn)做單一方向的直線運(yùn)動(dòng)

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

13.讀出下列游標(biāo)卡尺測(cè)量的讀數(shù)
(1)小球直徑為5.45mm

(2)用游標(biāo)卡尺(游標(biāo)尺上有50個(gè)等分刻度)測(cè)量某工件的寬度時(shí),示數(shù)如圖所示,此工件的寬度為2.320cm

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

14.下列表示時(shí)刻的是( 。
A.2s內(nèi)
B.劉翔以12.91s獲得雅典奧運(yùn)會(huì)110m欄冠軍
C.第2s內(nèi)
D.物體在第5s末到達(dá)終點(diǎn)

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同步練習(xí)冊(cè)答案