(20分)一半徑R=0.6m的金屬圓筒有一圈細(xì)窄縫，形狀如圖所示。圓筒右側(cè)與一個(gè)垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)相切于P，圓筒接地，圓心O處接正極，正極與圓筒之間的電場(chǎng)類似于正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)，正極與圓筒之間電勢(shì)差U可調(diào)。正極附近放有一粒子源（粒子源與正極O間距離忽略不計(jì)）能沿紙面向四周釋放比荷q/m=1.5×l0⁵C/kg的帶正電粒子（粒子的初速度、重力均不計(jì)）。帶電粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后從縫中射出進(jìn)入磁場(chǎng)，已知磁場(chǎng)寬度d=0.4m，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.25T。

（1）若U=750V，求：①粒子達(dá)到細(xì)縫處的速度；②若有一粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短，求此粒子飛出磁場(chǎng)時(shí)與右邊界的夾角大小。
（2）只要電勢(shì)差U在合適的范圍內(nèi)變化，總有從向沿某一方向射出粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)后又回到O處，求電勢(shì)差U合適的范圍。

（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(jiǎn)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(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場(chǎng)。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v_M從右側(cè)噴出。I區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(qǐng)判斷I區(qū)中的磁場(chǎng)方向（按圖2說(shuō)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v_M與α的關(guān)系。

（20分）某學(xué)習(xí)小組為了研究影響帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的因素，制作了一個(gè)自動(dòng)控制裝置，如圖所示，滑片P可在R₂上滑動(dòng)，在以O(shè)為圓心，半徑為R=10cm的圓形區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)方向垂直紙面向外的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.10T。豎直平行放置的兩金屬板A、K相距為d，連接在電路中，電源電動(dòng)勢(shì)E=91V，內(nèi)阻r=1.0Ω，定值電阻R₁=10Ω，滑動(dòng)變阻器R₂的最大阻值為80Ω，S₁、S₂為A、K板上的兩個(gè)小孔，且S₁、S₂跟O在豎直極板的同一直線上，OS₂=2R，另有一水平放置的足夠長(zhǎng)的熒光屏D，O點(diǎn)跟熒光屏D點(diǎn)之間的距離為H。比荷為2.0×10⁵C/kg的離子流由S₁進(jìn)入電場(chǎng)后，通過(guò)S₂向磁場(chǎng)中心射去，通過(guò)磁場(chǎng)后落到熒光屏D上。離子進(jìn)入電場(chǎng)的初速度、重力、離子之間的作用力均可忽略不計(jì)。問(wèn)：

（1）判斷離子的電性，并分段描述離子自S₁到熒光屏D的運(yùn)動(dòng)情況？
（2）如果離子恰好垂直打在熒光屏上的N點(diǎn)，電壓表的示數(shù)多大？
（3）電壓表的最小示數(shù)是多少？要使離子打在熒光屏N點(diǎn)的右側(cè)，可以采取哪些方法？

帶電粒子在只考慮已知場(chǎng)力的情況下可能所處的狀態(tài)是（   ）

A．在磁場(chǎng)中做直線運(yùn)動(dòng)

B．在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

C．在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做類似拋體運(yùn)動(dòng)

D．在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)

如圖所示，在x軸下方的區(qū)域內(nèi)存在+y方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E。在x軸上方以原點(diǎn)O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于xoy平面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。-y軸上的A點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為d，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從A點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)電場(chǎng)加速后從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，不計(jì)粒子的重力。

（1）求粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；
（2）要使粒子進(jìn)人磁場(chǎng)之后不再經(jīng)過(guò)x軸，求電場(chǎng)強(qiáng)度的取值范圍；
（3）改變電場(chǎng)強(qiáng)度，使得粒子經(jīng)過(guò)x軸時(shí)與x軸成θ=30⁰的夾角，求此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t及經(jīng)過(guò)x軸的位置坐標(biāo)值x₀。

如圖所示，豎直放置的一對(duì)平行金屬板間的電勢(shì)差為U₁，水平放置的一對(duì)平行金屬板間的電勢(shì)差為U₂.一電子由靜止開(kāi)始經(jīng)U₁加速后，進(jìn)入水平放置的金屬板間，剛好從下板邊緣射出．不計(jì)電子重力，下列說(shuō)法正確的是：

A．增大U1，電子一定打在金屬板上

B．減小U1，電子一定打在金屬板上

C．減小U2，電子一定能從水平金屬板間射出

D．增大U2，電子一定能從水平金屬板間射出

(12分)一束電子流經(jīng)電壓U加速后，在距兩極板等距離處垂直進(jìn)入水平平行板間的勻強(qiáng)電場(chǎng)，如右圖所示，若兩板間距離d，板長(zhǎng)l，那么，要使電子能從平行板間飛出，兩個(gè)水平極板上最大能加多
大電壓？           

如圖所示，一電荷量為q，質(zhì)量為m的帶正電粒子，經(jīng)過(guò)水平方向的加速電場(chǎng)U，沿水平方向進(jìn)入豎直方向的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)U₂，已知粒子從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)下極板最左端的G點(diǎn)進(jìn)入，恰從上極板最右端A點(diǎn)離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，立即垂直射入一圓形區(qū)域的均強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，AC是圓形磁場(chǎng)區(qū)域的一條沿水平方向的直徑。粒子速度方向與AC成角，已知圓形區(qū)域的直徑為D、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁場(chǎng)方向垂直于圓平面指向外，，若此粒子在磁場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，速度的方向一共改變了，重力忽略不計(jì)，側(cè)下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)速度大小為
B.該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為
C.偏離電場(chǎng)的板間距為d和板長(zhǎng)L的比值
D. 加速電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)所加電壓比

如圖所示，在足夠長(zhǎng)的絕緣板上方距離為d的P點(diǎn)有一個(gè)粒子發(fā)射源，能夠在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率相等，比荷q／m=k的帶正電的粒子，不考慮粒子間的相互作用和粒子重力。

（1）若已知粒子的發(fā)射速率為v_o，在絕緣板上方加一電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，求同一時(shí)刻發(fā)射出的帶電粒子打到板上的最大時(shí)間差；
（2）若已知粒子的發(fā)射速率為v_o，在絕緣板的上方只加一方向垂直紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求帶電粒子能到達(dá)板上的長(zhǎng)度。
（3）若粒子的發(fā)射速率v_o未知，在絕緣板的上方只加一方向垂直紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度適當(dāng)?shù)膭驈?qiáng)磁場(chǎng)，使粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)半徑大小恰好為d，為使同時(shí)發(fā)射出的粒子打到板上的最大時(shí)間差與（1）中相等，求v_o的大小。