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2022年高考真题 物理 (河北卷)

(1)在时间内,电场强度为,带电粒子在电场中加速度,根据动量定理可知

解得粒子在时刻的速度大小为

方向竖直向上,粒子竖直向上运动的距离

时间内,根据粒子在磁场运动的周期可知粒子偏转,速度反向,根据可知粒子水平向右运动的距离为

粒子运动轨迹如图

所以粒子在时刻粒子的位置坐标为,即

(2)在时间内,电场强度为,粒子受到的电场力竖直向上,在竖直方向

解得时刻粒子的速度

方向竖直向上,粒子在竖直方向上运动的距离为

时间内,粒子在水平方向运动的距离为

此时粒子速度方向向下,大小为,在时间内,电场强度为,竖直方向

解得粒子在时刻的速度

粒子在竖直方向运动的距离

粒子运动的轨迹如图

时间内,静电力对粒子的做功大小为

电场力做正功;

(3)若粒子在磁场中加速两个半圆恰好能够到达点,则释放的位置一定在时间内,粒子加速度时间为,在竖直方向上

时间内粒子在水平方向运动的距离为

时间内,在竖直方向

时间内,粒子在水平方向运动的距离为

接收器位置为,根据距离的关系可知

解得

此时粒子已经到达点上方,粒子竖直方向减速至用时,则

竖直方向需要满足

解得在一个电场加速周期之内,所以成立,所以粒子释放的时刻为中间时刻

若粒子经过一个半圆到达点,则粒子在时间内释放不可能,如果在时间内释放,经过磁场偏转一次的最大横向距离,即直径,也无法到达点,所以考虑在时间内释放,假设粒子加速的时间为,在竖直方向上

之后粒子在时间内转动半轴,横向移动距离直接到达点的横坐标,即

解得

接下来在过程中粒子在竖直方向减速为的过程中

粒子要在点被吸收,需要满足

代入验证可知在一个周期之内,说明情况成立,所以粒子释放时刻为

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