（22分）離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)，某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡化原理如圖1所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)。I為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子II為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場。I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出。I區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速度范圍的電子。假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng)，截面如圖2所示（從左向右看）。電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角（0<α<90?）。推進(jìn)器工作時(shí)，向I區(qū)注入稀薄的氙氣。電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e。（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）。

（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大�。�
（2）為取得好的電離效果，請判斷I區(qū)中的磁場方向（按圖2說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；
（3）α為90?時(shí)，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；
（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vM與α的關(guān)系。

（1） （2）垂直紙面向外 （3） （4）

解析試題分析:（1）由動(dòng)能定律得 

（2）垂直紙面向外
（3）設(shè)電子運(yùn)動(dòng)的最大半徑為r，則

所以有，磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足
（4）如圖所示
根據(jù)幾何關(guān)系得：
解得：

考點(diǎn)：帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：填空題

如圖甲是某電場中的一條電場線，A、B是這條電場線上的兩點(diǎn)。若將一正電荷從A點(diǎn)靜止釋放，正電荷沿電場線從A到B運(yùn)動(dòng)過程中的速度圖線如圖乙所示。比較A、 B兩點(diǎn)電勢φ的高低和場強(qiáng)E的大�。害�A_____φB，EA_____EB。
（填“>”、“=”或“<”）

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科目：高中物理 來源： 題型：填空題

如圖所示，一平行板電容器跟一電源相接，當(dāng)S閉合時(shí)，平行板電容器極板A、B間的一帶電液滴恰好靜止.若將兩板間距離增大為原來的兩倍，那么液滴的運(yùn)動(dòng)加速度為___，液滴的電勢能將 ______（填“增大”、“不變”、“減小”），若先將S斷開，再將兩板間距離增大為原來的兩倍，液滴的運(yùn)動(dòng)加速度為_____.

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，真空中相距d="5" cm的兩塊平行金屬板A、B與電源連接(圖中未畫出)，其中B板接地（電勢為零），A板電勢變化的規(guī)律如圖所示.
將一個(gè)質(zhì)量m=2.0×10-23 kg，電量q=+1.6×10-15C的帶電粒子從緊臨B板處釋放，不計(jì)重力.求：

(1)在t=0時(shí)刻釋放該帶電粒子，釋放瞬間粒子加速度的大小;
(2)若在t=時(shí)刻從緊臨B板處無初速釋放該帶電粒子，粒子恰好不能到達(dá)A板，試求 A板電勢變化的周期為多大？

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示是研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路，、為兩正對的圓形金屬板，兩板間距為，板的半徑為，且。當(dāng)板正中受一頻率為的細(xì)束紫外線照射時(shí)，照射部位發(fā)射沿不同方向運(yùn)動(dòng)的光電子，形成光電流，從而引起電流表的指針偏轉(zhuǎn)。已知普朗克常量h、電子電荷量e、電子質(zhì)量m。

（1）若閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑片P逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現(xiàn)電流逐漸減小。當(dāng)電壓表示數(shù)為時(shí)，電流恰好為零。求：
①金屬板N的極限頻率；
②將圖示電源的正負(fù)極互換，同時(shí)逐漸增大極板間電壓，發(fā)現(xiàn)光電流逐漸增大，當(dāng)電壓達(dá)到之后，電流便趨于飽和。求此電壓。
（2）開關(guān)S斷開，在MN間加垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，逐漸增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，也能使電流為零，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少為多大時(shí)，電流為零。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（14分）如圖所示，在同一平面內(nèi)邊長均為l的正方形區(qū)域abcd和cdef中．分別存在平行于ab方向的勻強(qiáng)電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場．質(zhì)量為m電荷量為q的帶電粒子，以速度υ0沿ad方向從a點(diǎn)射入電場，并從dc邊的中點(diǎn)O射出，不計(jì)重力．

（1）求電場強(qiáng)度的大��；
（2）若粒子垂直于ef邊界射出磁場，求它在電、磁場中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間；
（3）磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小在什么范圍內(nèi)時(shí)，粒子才能從de邊界射出磁場？

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，在坐標(biāo)系右側(cè)存在一寬度為、垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B；在左側(cè)存在與y軸正方向成角的勻強(qiáng)電場。一個(gè)粒子源能釋放質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，粒子的初速度可以忽略。粒子源在點(diǎn)P(，)時(shí)發(fā)出的粒子恰好垂直磁場邊界EF射出；將粒子源沿直線PO移動(dòng)到Q點(diǎn)時(shí)，所發(fā)出的粒子恰好不能從EF射出。不計(jì)粒子的重力及粒子間相互作用力。求：

（1）勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度；
（2）粒子源在Q點(diǎn)時(shí)，粒子從發(fā)射到第二次進(jìn)入磁場的時(shí)間。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（17分）平面直角坐標(biāo)系中，第1象限存在沿軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度垂直于軸射入電場，經(jīng)軸上的N點(diǎn)與軸正方向成60º角射入磁場，最后從軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)與軸正方向成60º角射出磁場，如圖所示。不計(jì)粒子重力，求：

（1）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R；
（2）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間；
（3）勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小E。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，在正交坐標(biāo)系xOy的第一、四象限內(nèi)分別存在兩個(gè)大小相等、方向不同的勻強(qiáng)電場，兩組平行且等間距的實(shí)線分別表示兩個(gè)電場的電場線，每條電場線與x軸所夾的銳角均為60°.一質(zhì)子從y軸上某點(diǎn)A沿著垂直于電場線的方向射入第一象限，僅在電場力的作用下第一次到達(dá)x軸上的B點(diǎn)時(shí)速度方向正好垂直于第四象限內(nèi)的電場線，之后第二次到達(dá)x軸上的C點(diǎn)．求OB與BC的比值。

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