如圖甲所示為太空飛船在太空遨游的示意圖。磁聚焦式霍爾推進(jìn)器可作為太空飛船的發(fā)動機(jī),該發(fā)動機(jī)的原理如圖乙所示,系統(tǒng)捕獲宇宙中大量存在的等離子體,經(jīng)系統(tǒng)處理后,從下方以恒定速率v1向上射入垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B1區(qū)域Ⅰ內(nèi)。當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場后(柵極:由金屬細(xì)絲組成的篩網(wǎng)狀極板),自動關(guān)閉區(qū)域Ⅰ系統(tǒng)(關(guān)閉粒子進(jìn)入通道、撤去磁場B1)。區(qū)域Ⅱ內(nèi)有一垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場B2、其邊界是與上下平行極板相切的直徑為D的圓(圓與下板相切于極板中央A),圓內(nèi)放在A處的放射源能夠向極板上方各個方向均勻發(fā)射速度大小相同的氙原子核,氙原子核經(jīng)過該磁場區(qū)域后形成寬度為D的平行氙粒子束,經(jīng)過柵極MN、PQ之間的電場加速后從PQ噴出。在區(qū)域Ⅰ加速氙原子核的過程中探測器獲得反向推力。不計氙原子核、等離子體的重力,不計粒子之間相互作用與相對論效應(yīng),已知B1=B2=B,極板長RM=SN=2D,柵極MN和PQ間距為d,氙原子核的質(zhì)量為m、電荷量為q。
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(1)當(dāng)柵極MN、PQ間形成穩(wěn)定的電場時,求電場強(qiáng)度E;
(2)求氙原子核從PQ噴出時的動能;
(3)因區(qū)域Ⅱ內(nèi)磁場發(fā)生器產(chǎn)生故障,導(dǎo)致磁場均勻分布在整個區(qū)域Ⅱ中(即兩平行板之間),導(dǎo)致沿垂直于極板RM發(fā)射的氙原子核恰好能夠從M點垂直于柵極MN進(jìn)入電場加速,求:
①區(qū)域Ⅱ中磁感應(yīng)強(qiáng)度B'的大??;
②未能進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅰ的氙原子核占A處發(fā)射粒子總數(shù)的百分比。
【考點】帶電粒子在疊加場中做直線運(yùn)動;帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動;從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度解決電場中的問題;牛頓第二定律與向心力結(jié)合解決問題.
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:128引用:1難度:0.1
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1.電子的發(fā)現(xiàn)揭開了人類對原子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識.湯姆生用來測定電子的比荷的實驗裝置如圖所示.真空管內(nèi)的陰極K發(fā)出的電子(不計初速度、重力和電子間的相互作用).經(jīng)加速電壓加速后,穿過A′中心的小孔沿中心軸OO′的方向進(jìn)入到兩塊水平正對放置的平行極板P和P′間的區(qū)域.
當(dāng)P和P′極板間不加偏轉(zhuǎn)電壓時,電子束打在熒光屏的中心O點處,形成了一個亮點;當(dāng)P和P′極板間加上偏轉(zhuǎn)電壓U后,亮點偏離到O′點,(O′與O點的豎直間距為d,水平間距可忽略不計).若此時,在P和P′間,再加上一個方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時,亮點重新回到O點.已知極板水平方向的長度為L1,極板間距為b,極板右端到熒光屏的距離為L2(如圖所示).求:
(1)加偏轉(zhuǎn)電壓U后,板間區(qū)域的電場強(qiáng)度大小和方向
(2)再加入磁場后,分析電子重新回到O點的原因,并求出能打在O點的電子速度的大?。?br />(3)根據(jù)實驗現(xiàn)象和條件,推導(dǎo)電子比荷的表達(dá)式.發(fā)布:2024/12/31 8:0:1組卷:46引用:0難度:0.9 -
2.如圖所示,豎直放置的兩個平行金屬板間存在勻強(qiáng)電場,與兩板上邊緣等高處有兩個質(zhì)量相同的帶電小球,小球A從緊靠左極板處由靜止開始釋放,小球B從兩板正中央由靜止開始釋放,兩小球最終都能運(yùn)動到右極板上的同一位置,則從開始釋放到運(yùn)動至有極板的過程中,下列判斷正確的是( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/29 18:0:2組卷:77引用:6難度:0.7 -
3.如圖所示,一個質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的圓環(huán),套在一根固定的足夠長的水平粗糙絕緣直桿上,環(huán)直徑略大于桿直徑.直桿處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場中,圓環(huán)以初速度v0使其向右運(yùn)動,最終圓環(huán)處于平衡狀態(tài),已知重力加速度為g,則( ?。?/h2>
發(fā)布:2024/12/29 21:0:1組卷:33引用:3難度:0.8
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