2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练专题1.27 现代科技中的静电场问题(原卷版)

（2）电子在聚焦时运动方向改变很小，可认为垂直打到工件上时的速度与从N中射出时的速度相同，并假设电子打在工件上被工件全部吸收不反弹，求电子束打到工件表面时对工件的作用力大小；

（3）已知MN两板间的距离为d，设在两板之间与M相距x到x+△x的空间内（△x足够小）电子数为△N，求

与x的关系式

2.(20分)（2018北京海淀二模）用电子加速器产生的高能电子束照射可使一些物质产生物理、化学和生物学效应，其中电子束焊接是发展最快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。 图14甲是电子束加工工件的示意图，电子枪产生热电子后被高压电源加速，经聚焦系统会聚成很细的电子束，打在工件上产生高压力和强能量，对工件进行加工。图14乙是电子加速系统，K是与金属板M距离很近的灯丝，电源E1给K加热可以产生初速度不计的热电子，N为金属网，M、N接在输出电压恒为U的高压电源E2上，M、N之间的电场近似为匀强电场。系统放置在真空环境中，通过控制系统排走工件上的多余电子，保证N与工件之间无电压。正常工作时，若单位时间内从K发出的电子数为n，经M、N之间的电场加速后大多数电子从金属网N的小孔射出，少部分电子打到金属网丝上被吸收，从而形成回路电流，电流表的示数稳定为I。已知电子的质量为m、电量为e，不计电子所受的重力和电子之间的相互作用。

M M K E1 N 高压 电源 N A S 甲 图14

乙 E2

（1）求单位时间内被金属网N吸收的电子数n′；

（2）若金属网N吸收电子的动能全部转化为内能，试证明其发热功率P=IU；

（3）a.电子在聚焦时运动方向改变很小，可认为垂直打到工件上时的速度与从N中射出时的速度相同，并假设电子打在工件上被工件全部吸收不反弹。求电子束打到工件表面时对工件的作用力大小；并说明为增

大这个作用力，可采取的合理可行的措施（至少说出两种方法）；

b. 已知MN梁板间的距离为d，设在两板之间与M相距x到x+△x的空间内（△x足够小）电子数为△N，求 与x的关系式。

3.（2018北京门头沟期末）（13分） 在现代科学实验和技术设备中经常用电场或磁场控制带电粒子的运动。如图甲所示的装置由两部分构成，电子枪部分实现对电子加速，由偏转电场实现对电子的偏转。金属丝附近的电子被加速后，沿着中心线O O′进入偏转场。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子重力及电子间的相互作用力，设电子刚刚离开金属丝时的速度为零。

（1）电子枪的加速电压为U0，求电子从金属板小孔穿出时的速度v0的大小；

（2）设平行板两板间距为d，两板长度均为L，两平行板板间所加电压为u，求电子射出偏转电场时在垂直于板面方向偏移的距离y；

(3)如何实现对电子精准控制，是设计者十分关心的问题。请你回答

①如果只改变偏转电场的电压u，能使电子穿过平行板，分析电压u的取值范围；

②如果在两板间加磁场控制该电子(如图乙所示)，仍能使电子穿过平行板，分析所加匀强磁场的磁感应强度B取值范围。

4.(2017·山西省重点中学高三联合考试)如图11所示为一多级加速器模型，一质量为m＝1.0×103 kg、电荷

－

量为q＝8.0×105 C的带正电小球(可视为质点)通过1、2级无初速度地进入第3级加速电场，之后沿位于轴

－

心的光滑浅槽，经过多级加速后从A点水平抛出，恰好能从MN板的中心小孔B垂直金属板进入两板间，A点在MN板左端M点正上方，倾斜平行金属板MN、PQ的长度均为L＝1.0 m，金属板与水平方向的夹角为θ＝37°，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度g＝10 m/s2。

(1)求A点到M点的高度以及多级加速电场的总电压U；

(2)若该平行金属板间有图示方向的匀强电场，且电场强度大小E＝100 V/m，要使带电小球不打在PQ板上，则两板间的距离d至少要多长？

5.反射式速调管是常用的微波器械之一，它利用电子团在电场中的振荡来产生微波，其震荡原理与下述过程类似．如图所示，在虚线MN两侧分别存在着方向相反的两个匀强电场，一带电微粒从A点由静止开始，在电场力作用下沿直线在A、B两点间往返运动．已知电场强度的大小分别是E1＝2.0×103 N/C和E2＝4.0×103 N/C，方向如图所示，带电微粒质量m＝1.0×10

－20

kg，带电荷量q＝－1.0×109C，A点距虚线MN的距离

－

d1＝1.0 cm，不计带电微粒的重力，忽略相对论效应．求：

(1)B点距虚线MN的距离d2；

(2)带电微粒从A点运动到B点所经历的时间t.