2022年高考物理专题带电粒子在复合场中的运动 .pdf

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1、学习必备欢迎下载11. （ 14 分）如图21 所示，在直角坐标系xoy 的第一、四象限区域内存在边界平行y 轴的两个有界的匀强磁场：垂直纸面向外的匀强磁场、垂直纸面向里的匀强磁场。O、M、P、Q为磁场边界和x 轴的交点，OM=MP=L； 在第三象限存在沿y 轴正向的匀强电场。一质量为m带电 量 为q的 带 电 粒 子 从 电 场 中 坐 标 为(LL，2) 的点以速度0v沿 +x 方向射出，恰好经过原点O处射入区域又从M点射出区域（粒子的重力不计） 。（1）求第三象限匀强电场场强E的大小；（2）求区域内匀强磁场磁感应强度B的大小；（3）若带电粒子能再次回到原点O，问区域内磁场的宽度至少为多少

2、？粒子两次经过原点O的时间间隔为多少？O v0 y x M Q P 图 21 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页学习必备欢迎下载（ 14 分）解： （ 1）带电粒子在匀强电场中做类平抛运动. tvL02 , （ 1 分）（3）运动轨迹如图，在区域做匀速圆周的半径为：LR22（1 分）LLRd) 12(22 (1分 ) 运动时间：00142222vLvLt（1 分） ，00222vLvLt（1 分） ，003232223vLvLt（1 分），运动总时间：0321)22()(2vLtttt总（ 1 分）精选学习资料 -

3、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页学习必备欢迎下载 x 轴上 A点，如图（ a）所示。OA与 x 轴夹角 =0. 。（2）粒子 P在t0=T/4 时刻开始运动，在t=T/4 到t=T/2 时间内，沿顺时针方向运动1/4 个圆周，到达C点，此时磁场方向反转；继而，在t=T/2 到t=T 时间内，沿逆时针方向运动半个圆周，到达B 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页学习必备欢迎下载【考点定位】此题考查带电粒子在磁场中的圆周运动。精选学习资料 - - - -

4、- - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页学习必备欢迎下载6 （16 分） （2013 江苏常州模拟）如图，空间内存在水平向右的匀强电场，在虚线MN的右侧有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一质量为m、带电荷量为 +q的小颗粒自A点由静止开始运动，刚好沿直线运动至光滑绝缘的水平面C点，与水平面碰撞的瞬间小颗粒的竖直分速度立即减为零，而水平分速度不变，小颗粒运动至D处刚好离开水平面， 然后沿图示曲线DP轨迹运动，AC与水平面夹角 = 30，重力加速度为g，求：匀强电场的场强E；AD之间的水平距离d；已知小颗粒在轨迹DP上某处的最大速度为vm， 该处

5、轨迹的曲率半径是距水平面高度的k倍，则该处的高度为多大？ABDCPMN精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页学习必备欢迎下载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页学习必备欢迎下载8（ 20XX年高考四川理综卷）如图所示，正方形绝缘光滑水平台面WXYZ 边长 l=1.8m ，距地面 h=0.8m。平行板电容器的极板CD间距 d=0.1m 且垂直放置于台面。C板位于边界WX上，D板与边界 WZ相交处有一小孔。电容器外的台面区域内有磁感应强度B=1T

6、 ，方向竖直向上的匀强磁场。电荷量q=510-13C 的微粒静止于W处，在 CD间加上恒定电压U=2.5V，板间微粒经电场加速后由D板所开小孔进入磁场（微粒始终不与极板接触），然后由 XY边界离开台面。在微粒离开台面瞬时，静止于X正下方水平地面上A点的滑块获得一水平速度，在微粒落地时恰好与之相遇。假定微粒在真空中运动、极板间电场视为匀强电场，滑块视为质点。滑块与地面间的动摩擦因数=0.2 ，取 g=10m/s2。? 求微粒在极板间所受电场力的大小并说明两板的极性；? 求由 XY边界离开台面的微粒的质量范围；? 若微粒质量m0=1 10 -13kg ，求滑块开始运动所获得的速度。精选学习资料 -

7、 - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页学习必备欢迎下载11（ 20XX年高考安徽理综卷）如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy 平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从O点沿 y 轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t0 时间从 P点射出。? 求电场强度的大小和方向。? 若仅撤去磁场，带电粒子仍从O点以相同的速度射入，经t0/2 时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。? 若仅撤去电场，带电粒子仍从O点射入，且速度为原来

8、的4 倍，求粒子在磁场中运动的时间。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页学习必备欢迎下载11. 解析：（ 1）设带电粒子的质量为m ，电荷量为q，初速度为v，电场强度为E。可判断出粒子受到的洛伦磁力沿x 轴负方向，于是可知电场强度沿x 轴正方向BR且有： qEqvB，又 Rvt0 ，则 Et0 （2）仅有电场时，带电粒子在匀强电场中作类平抛运动t2R 在 y 方向位移： y v2，则 y231 设在水平方向位移为x，因射出位置在半圆形区域边界上，于是x2R，又有： x2 t43Ra(22 ，得 at 0 （3）仅有磁

9、场时，入射速度v 4v，带电粒子在匀强磁场中作匀2v3 速圆周运动，设轨道半径为r ，由牛顿第二定律有qvB mr 又 qE=ma ，联立解得： r 3 R32mR ，由几何关系：sin 2rsin 23TqB，则23 带电粒子在磁场中运动时间tR2 ，所以 tR 18t0 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页学习必备欢迎下载（ 20XX年高考北京理综卷）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图所示的矩形区域ACDG （AC边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，

10、A处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于 GA边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集。整个装置内部为真空。已知被加速度的两种正离子的质量分别是m1和 m2 （m1m2 ），电荷量均为q。加速电场的电势差为 U，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。? 求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1；? 当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点的间距s； ? 在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离。设磁感应强度大小可调，

11、GA边长为定值L，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在A处。离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页学习必备欢迎下载14（ 20XX年高考重庆理综卷）某仪器用电场和磁场来控制电子在材料表面上方的运动。如图所示， 材料表面上方矩形区域PPNN 充满竖直向下的匀强电场，宽为 d； 矩形区域NNM M充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，长为 3s，宽为 s；NN为磁场与电场之间的薄隔离层。一个电荷量为

12、e、质量为m 、初速为零的电子，从P点开始被电场加速经隔离层垂直进入磁场，电子每次穿越隔离层，运动方向不变，其动能损失是每次穿越前动能的10% ，最后电子仅能从磁场边界MN 飞出。不计电子所受重力。? 求电子第二次与第一次圆周运动半径之比；? 求电场强度的取值范围；? A 是 M N的中点，若要使电子在A、 M 间垂直于 AM 飞出，求电子在磁场区域中运动的时间。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页学习必备欢迎下载16（ 20XX年高考江苏理综卷）某种加速器的理想模型如图1 所示：两块相距很近的平行小极板中间各开有

13、一小孔a、b，两极板间电压uab 的变化图象如图2 所示，电压的最大值为U0、周期为T0，在两极板外有垂直纸面向里的匀强磁场。若将一质量为m0 、电荷量为q 的带正电的粒子从板内a 孔处静止释放，经电场加速后进入磁场，在磁场中运动时间T0 后恰能再次从 a 孔进入电场加速。现该粒子的质量增加了1m0 。( 粒子在两极板间的100 运动时间不计，两极板外无电场，不考虑粒子所受的重力) ? 若在 t=0 时刻将该粒子从板内a 孔处静止释放，求其第二次加速后从b 孔射出时的动能；? 现要利用一根长为L 的磁屏蔽管（磁屏蔽管置于磁场中时管内无磁场，忽略其对管外磁场的影响），使图1 中实线轨迹（圆心为O

14、）上运动的粒子从a 孔正下方相距L 处的 c 孔水平射出，请在答题卡图上的相应位置处画出磁屏蔽管；? 若将电压uab 的频率提高为原来的2 倍，该粒子应何时由板内a 孔处静止开始加速，才能经多次加速后获得最大动能？最大动能是多少？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页学习必备欢迎下载17（ 20XX年高考山东理综卷）扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆。其简化模型如图：、两处的条形匀强磁场区边界竖直，相距为L，磁场方向相反且垂直纸面。一质量为m 、电量为 -q 、重力不计的粒子，从靠近平行板电容

15、器MN 板处由静止释放，极板间电压为U，粒子经电场加速后平行于纸面射入区，射入时速度与水平和方向夹角 =30o，? 当区宽度L1=L、磁感应强度大小B1=B0时，粒子从区右边界射出时速度与水平方向夹角也为 30o，求 B0及粒子在区运动的时间t 。? 若区宽度L2=L1=L、磁感应强度大小B2=B1=B0 ，求粒子在区的最高点与区的最低点之间的高度差h。? 若 L2=L1=L、B1=B0 ，为使粒子能返回区，求B2应满足的条件。? 若 B1 B2， L1 L2，且已保证了粒子能从区右边界射出。为使粒子从区右边界射出的方向与从区左边界射出的方向总相同，求B1、B2、L1、L2 之间应满足的关系式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页