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（22分）離子推進器是太空飛行器常用的動力系統(tǒng)，某種推進器設計的簡化原理如圖1所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個工作區(qū)。I為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價正離子II為加速區(qū)，長度為L，兩端加有電壓，形成軸向的勻強電場。I區(qū)產生的正離子以接近0的初速度進入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側噴出。I區(qū)內有軸向的勻強磁場，磁感應強度大小為B，在離軸線R/2處的C點持續(xù)射出一定速度范圍的電子。假設射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運動，截面如圖2所示（從左向右看）。電子的初速度方向與中心O點和C點的連線成α角（0<α<90?）。推進器工作時，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)內不與器壁相碰且能到達的區(qū)域越大，電離效果越好。已知離子質量為M；電子質量為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小；
（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，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的關系。

（1） （2）垂直紙面向外 （3） （4）

解析試題分析:（1）由動能定律得 

（2）垂直紙面向外
（3）設電子運動的最大半徑為r，則

所以有，磁感應強度滿足
（4）如圖所示
根據幾何關系得：
解得：

考點：帶電粒子在電磁場中的運動

練習冊系列答案
相關習題

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。若將一正電荷從A點靜止釋放，正電荷沿電場線從A到B運動過程中的速度圖線如圖乙所示。比較A、 B兩點電勢φ的高低和場強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S閉合時，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，那么液滴的運動加速度為___，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，液滴的運動加速度為_____.

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

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.
將一個質量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，不計重力.求：

(1)在t=0時刻釋放該帶電粒子，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：計算題

如圖所示是研究光電效應現象的實驗電路，、為兩正對的圓形金屬板，兩板間距為，板的半徑為，且。當板正中受一頻率為的細束紫外線照射時，照射部位發(fā)射沿不同方向運動的光電子，形成光電流，從而引起電流表的指針偏轉。已知普朗克常量h、電子電荷量e、電子質量m。

（1）若閉合開關S，調節(jié)滑片P逐漸增大極板間電壓，可以發(fā)現電流逐漸減小。當電壓表示數為時，電流恰好為零。求：
①金屬板N的極限頻率；
②將圖示電源的正負極互換，同時逐漸增大極板間電壓，發(fā)現光電流逐漸增大，當電壓達到之后，電流便趨于飽和。求此電壓。
（2）開關S斷開，在MN間加垂直于紙面的勻強磁場，逐漸增大磁感應強度，也能使電流為零，求磁感應強度B至少為多大時，電流為零。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

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

（1）求電場強度的大�。�
（2）若粒子垂直于ef邊界射出磁場，求它在電、磁場中運動的總時間；
（3）磁場的磁感應強度大小在什么范圍內時，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：計算題

如圖所示，在坐標系右側存在一寬度為、垂直紙面向外的有界勻強磁場，磁感應強度的大小為B；在左側存在與y軸正方向成角的勻強電場。一個粒子源能釋放質量為m、電荷量為+q的粒子，粒子的初速度可以忽略。粒子源在點P(，)時發(fā)出的粒子恰好垂直磁場邊界EF射出；將粒子源沿直線PO移動到Q點時，所發(fā)出的粒子恰好不能從EF射出。不計粒子的重力及粒子間相互作用力。求：

（1）勻強電場的電場強度；
（2）粒子源在Q點時，粒子從發(fā)射到第二次進入磁場的時間。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（17分）平面直角坐標系中，第1象限存在沿軸負方向的勻強電場，第Ⅳ象限存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B。一質量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度垂直于軸射入電場，經軸上的N點與軸正方向成60º角射入磁場，最后從軸負半軸上的P點與軸正方向成60º角射出磁場，如圖所示。不計粒子重力，求：

（1）粒子在磁場中運動的軌道半徑R；
（2）粒子從M點運動到P點的總時間；
（3）勻強電場的場強大小E。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

如圖所示，在正交坐標系xOy的第一、四象限內分別存在兩個大小相等、方向不同的勻強電場，兩組平行且等間距的實線分別表示兩個電場的電場線，每條電場線與x軸所夾的銳角均為60°.一質子從y軸上某點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x軸上的B點時速度方向正好垂直于第四象限內的電場線，之后第二次到達x軸上的C點．求OB與BC的比值。

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