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高中物理
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计算题
1.
(2024高三下·湖州模拟)
甲辰龙年,有研究者用如图装置实现“双龙戏珠”。图中
M
1
M
2
和
N
1
N
2
、
M
3
M
4
和
N
3
N
4
组成两对平行极板,将空间分隔为I、II、III三个区域,三个区域中有垂直于纸面的匀强磁场如图甲,磁感应强度均为
。两发射源紧靠极板放置,每秒每个发射源分别射出10
4
个垂直极板初速度大小
的正或负电子。正负电子每次经过狭缝均被加速,极板电压
U
MN
随时间变化由如图乙。经多次加速,正负电子恰能在荧光球表面上某点相遇,并被荧光球吸收发出荧光,实现“双龙戏珠”。已知电子比荷
, 电子质量
;以两发射源连线中点
O
为坐标原点,平行极板向右方向为
x
轴正方向;荧光球半径
, 球心位置在
x
轴上;极板
N
1
N
2
、
M
3
M
4
间距
。由于极板间距极小,忽略正负电子之间相互作用、过狭缝时间及正负电子穿越极板的动能损失、忽略场的边缘效应和相对论效应,计算时
。
(1) 正负电子各由哪个发射源射出?求电压
U
MN
的周期
T
;
(2) 求
t
=0时刻发射的正负电子相遇的时刻
t
0
和荧光球球心的位置
x
1
;
(3) 求正负电子每秒对荧光球的冲量
I
;
(4) 以“⌒”为一“龙节”,若同(2)在不改变“龙节”情况下,沿
x
轴微调荧光球的球心位置,求仍能使荧光球发光的球心位置范围。
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