某离子实验装置的基本原理如图甲所示。Ⅰ区宽度为d,左边界与…——2021 高考物理第 17 题答案解析

2021_省自主命题(山东)

2021 山东 第 17 题 解答题 区分题
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17. 某离子实验装置的基本原理如图甲所示。Ⅰ区宽度为d,左边界与x轴垂直交于坐标原点O,其内充满垂直于 $x O y$ 平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为 $B _ { 0 }$ ;Ⅱ区宽度为 L,左边界与 x 轴垂直交于 $O _ { 1 }$ 点,右边界与 x 轴垂直交于 $O _ { 2 }$ 点,其内充满沿 y 轴负方向的匀强电场。测试板垂直 x 轴置于Ⅱ区右边界,其中心 C与 $O _ { 2 }$ 点重合。从离子源不断飘出电荷量为 q、质量为 m 的正离子,加速后沿 x 轴正方向过 O 点,依次经Ⅰ区、Ⅱ区,恰好到达测试板中心C。已知离子刚进入Ⅱ区时速度方向与x 轴正方向的夹角为q。忽略离子间的相互作用,不计重力。

(1)求离子在Ⅰ区中运动时速度的大小v;

(2)求Ⅱ区内电场强度的大小E;

(3)保持上述条件不变,将Ⅱ区分为左右两部分,分别填充磁感应强度大小均为B(数值未知)方向相反且平行y轴的匀强磁场,如图乙所示。为使离子的运动轨迹与测试板相切于C点,需沿x轴移动测试板,求移动后C到 $O _ { 1 }$ 的距离S。


图甲


图乙

参考答案

(1) $\nu = { \frac { q B _ { 0 } d } { m \sin \theta } }$; (2) $E = \frac { 2 q B _ { 0 } ^ { 2 } d ^ { 2 } } { m L ^ { 2 } \tan ^ { 2 } \theta } \Bigg ( L \tan \theta + \frac { d } { \sin \theta } - \frac { d } { \tan \theta } \Bigg )$; (3) $S = { \frac { 6 { \left( { \sqrt { 3 } } + 1 \right) } } { 7 \pi } } L$

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