带电粒子在电场中类平抛运动和磁场中的偏转试题
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高中物理带电粒子在电场中的运动题20套(带答案)一、高考物理精讲专题带电粒子在电场中的运动1.如图所示,xOy平面处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外.点P — L,0处有一粒子源,可向各个方向发射速率不同、电荷量为q、质量为m的带负电3粒子.不考虑粒子的重力.(1)若粒子1经过第一、二、三象限后,恰好沿x轴正向通过点Q (0, -L),求其速率V1;(2)若撤去第一象限的磁场,在其中加沿y轴正向的匀强电场,粒子2经过第一、二、三象限后,也以速率V1沿x轴正向通过点Q,求匀强电场的电场强度E以及粒子2的发射速率V2;(3)若在xOy平面内加沿y轴正向的匀强电场E。
,粒子3以速率V3沿y轴正向发射,求在运动过程中其最小速率v.某同学查阅资料后,得到一种处理相关问题的思路:带电粒子在正交的匀强磁场和匀强电场中运动,若所受洛伦兹力与电场力不平衡而做复杂的曲线运动时,可将带电粒子的初速度进行分解,将带电粒子的运动等效为沿某一方向的匀速直线运动和沿某一时针方向的匀速圆周运动的合运动. 请尝试用该思路求解.222.BLq (3) J E°v2且【答案】(1) 2BLq⑵3m 9m 1 B v B【解析】【详解】2(1)粒子1在一、二、三做匀速圆周运动,则qvi B m"r12 . 2.3 .由几何憨可知:r1 L r1 ——L得到:V i 2BL q 3m(2)粒子2在第一象限中类斜劈运动,有:在第二、三象限中原圆周运动,由几何关系:又 v 2 V i 22Eh,得到:V 22痴BLq9m(3)如图所示,将 V 3分解成水平向右和 v 和斜向的V ,则qvB而 V V 2 V 2所以,运动过程中粒子的最小速率为2.如图所示,竖直面内有水平线 MN 与竖直线PQ 交于P 点,O 在水平线MN 上,OP 间距为d, 一质量为 m 、电量为q 的带正电粒子,从 。
处以大小为V o 、方向与水平线夹角为 0= 60o 的速度,进入大小为 日的匀强电场中,电场方向与竖直方向夹角为0= 60o,粒子到达PQ 线上的A 点时,其动能为在 。
1、一带电粒子以一定的初速度垂直进入匀强电场,在电场中做类平抛运动。
下列说法正确的是:A. 粒子的电势能一直减小B. 粒子的动能一直增大C. 粒子的速度方向与电场力方向的夹角一直减小D. 粒子的加速度方向与电场力方向相反(答案:A)2、一个带正电的粒子,在电场中仅受电场力作用,从A点运动到B点。
在此过程中,粒子的速度大小随时间变化的图象可能是:A. 速度大小不变B. 速度大小均匀增大C. 速度大小先减小后增大D. 速度大小先增大后减小(答案:C,若粒子先做减速运动,电场力方向与初速度方向相反,后做加速运动,则可能出现此情况)3、带电粒子以相同的速度分别垂直进入水平方向的匀强电场和匀强磁场中,粒子将:A. 在电场和磁场中都做匀速圆周运动B. 在电场中做类平抛运动,在磁场中做匀速圆周运动C. 在电场和磁场中都做匀变速曲线运动D. 在电场中做匀变速直线运动,在磁场中做匀速直线运动(答案:B)4、一带电粒子在电场中运动,只受电场力作用,下列说法正确的是:A. 粒子的运动轨迹一定与电场线重合B. 粒子的速度方向一定与电场力方向相同C. 粒子的速度大小一定变化D. 粒子的动能可能不变(答案:D,如粒子在匀强电场中做匀速圆周运动,动能不变)5、一初速度为零的带电粒子,经过电压为U的加速电场后,垂直进入电势差为U的匀强偏转电场。
已知加速电场和偏转电场的宽度相同,下列说法正确的是:A. 偏转距离随着加速电压U的增大而增大B. 偏转距离与加速电压U无关C. 粒子从偏转电场射出时的速度随着加速电压U的增大而增大D. 粒子从偏转电场射出时的速度方向与加速电压U无关(答案:B)6、带电粒子在电场中偏转时,下列说法正确的是:A. 电场力对粒子一定做正功B. 电场力对粒子可能不做功C. 粒子的电势能可能增加D. 粒子的动能一定增加(答案:B,若粒子初速度与电场力方向垂直且向电场力反方向偏转,则电场力先做负功,电势能增加,动能减小)7、一带电粒子在匀强电场中运动,电场力与运动方向成某一角度,粒子只受电场力作用。
高考物理《带电粒子在电场中的加速和偏转》真题练习含答案1.下列粒子(不计重力)从静止状态开始经过电压为U 的电场加速后,速度最小的是( )A .氚核(31 H )B .氘核(21 H )C .α粒子(42 He )D .质子(11 H ) 答案:A解析:设粒子的质量为m ,电荷量为q ,从静止状态经过电压为U 的电场加速后获得的速度大小为v ,根据动能定理有qU =12mv 2,解得v =2qUm,由上式可知粒子的比荷越小,v 越小,四个选项中氚核的比荷最小,所以氚核的速度小,B 、C 、D 错误,A 正确.2.[2024·江西省临川一中期中考试](多选)如图为某直线加速器简化示意图,设n 个金属圆筒沿轴线排成一串,各筒相间地连到正负极周期性变化的电源上,带电粒子以一定的初速度沿轴线射入后可实现加速,则( )A .带电粒子在每个圆筒内都做匀速运动B .带电粒子只在圆筒间的缝隙处做加速运动C .直线加速器电源可以用恒定电流D .从左向右各筒长度之比为1∶3∶5∶7… 答案:AB解析:由于同一个金属筒所在处的电势相同,内部无场强,故粒子在筒内必做匀速直线运动;而前后两筒间有电势差,故粒子每次穿越缝隙时将被电场加速,A 、B 正确;粒子要持续加速,电场力要对其做正功,所以电源正负极要改变,C 错误;设粒子进入第n 个圆筒中的速度为v n .则第n 个圆筒的长度为L =v n T 2 ,根据动能定理得(n -1)qU =12 mv 2n -12 mv 20 ,联立解得L =T 2v 20 +2(n -1)qUm,可知从左向右各筒长度之比不等于1∶3∶5∶7…,D 错误.3.[2024·湖南岳阳市三模]示波管原理图如图甲所示.它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空.如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加电压,电子束从电子枪射出后沿直线运动,打在荧光屏中心,产生一个亮斑如图乙所示.若板间电势差U XX′和U YY′随时间变化关系图像如丙、丁所示,则荧光屏上的图像可能为()答案:A解析:U XX′和U YY′均为正值,电场强度方向由X指向X′,Y指向Y′,电子带负电,电场力方向与电场强度方向相反,所以分别向X、Y方向偏转,可知A正确.4.[2024·广东省广州市一中期中考试](多选)如图,质量相同的带电粒子P、Q以相同的速度沿垂直于电场方向射入匀强电场中,P从平行板间正中央射入,Q从下极板边缘处射入,它们都打到上极板同一点,不计粒子重力.则()A.它们运动的时间不同B.Q所带的电荷量比P大C.电场力对它们做的功一样大D.Q的动能增量大答案:BD解析:两粒子在电场中均做类平抛运动,运动的时间为t =xv 0,由于x 、v 0相等,可知它们运动的时间相同,A 错误;根据y =12 at 2可得a =2yt 2 ,知Q 的加速度是P 的两倍;再根据牛顿第二定律有qE =ma ,可知Q 的电荷量是P 的两倍,B 正确;由W =qEd 知,静电力对两粒子均做正功,由前分析知Q 的电荷量是P 的两倍,Q 沿电场方向上的位移y 是P 的两倍,则静电力对Q 做的功是P 的4倍.根据动能定理,静电力做的功等于动能变化量,可知Q 的动能增量大,C 错误,D 正确.5.如图所示,含有大量11 H 、21 H 、42 He 的粒子流无初速度进入某一加速电场,然后沿平行金属板中心线上的O 点进入同一偏转电场,最后打在荧光屏上.不计粒子重力和阻力,下列说法正确的是( )A .荧光屏上出现两个亮点B .三种粒子同时到达荧光屏C .三种粒子打到荧光屏上动能相同D .三种粒子打到荧光屏上速度方向相同 答案:D解析:加速过程使粒子获得速度v 0,由动能定理得qU 1=12mv 20 ,解得v 0= 2qU 1m.偏转过程经历的时间t =l v 0 ,偏转过程加速度a =qU 2md ,所以偏转的距离y =12 at 2=U 2l 24U 1d ,可见经同一电场加速的带电粒子在同一偏转电场中的偏移量,与粒子q 、m 无关,只取决于加速电场和偏转电场.偏转角度θ满足tan θ=U 2l2U 1d ,三种粒子出射速度方向相同,也与g 、m 无关,D 正确;三种粒子都带正电,所以出现一个亮点,A 错误;根据y =12 at 2,时间跟q 、m 有关,B 错误;根据动能定理和W =qU ,可知动能跟q 有关,C 错误.6.如图所示,在竖直向上的匀强电场中,A 球位于B 球的正上方,质量相等的两个小球以相同初速度水平抛出,它们最后落在水平面上同一点,其中只有一个小球带电,不计空气阻力,下列判断不正确的是( )A .如果A 球带电,则A 球一定带负电B .如果A 球带电,则A 球的电势能一定增加C .如果B 球带电,则B 球一定带正电D .如果B 球带电,则B 球的电势能一定增加 答案:B解析:两个小球以相同初速度水平抛出,它们最后落在水平面上同一点,水平方向做匀速直线运动,则有x =v 0t ,可知两球下落时间相同;两小球下落高度不同,根据公式h =12at 2,A 球的加速度大于B 球加速度,故若A 球带电,必定带负电,受到向下的电场力作用,电场力做正功,电势能减小;若B 球带电,必定带正电,受到向上的电场力作用,电场力做负功,电势能增加.本题选择错误的,故选B .7.(多选)如图所示,两实线所围成的环形区域内有一径向电场,场强方向沿半径向外,电场强度大小可表示为E =ar ,r 为电场中某点到环心O 的距离,a 为常量.电荷量相同、质量不同的两粒子在半径r 不同的圆轨道运动.不考虑粒子间的相互作用及重力,则( )A .两个粒子均带负电B .质量大的粒子动量较小C .若将两个粒子交换轨道,两个粒子仍能做匀速圆周运动D .若去掉电场加上垂直纸面的匀强磁场,两个粒子一定同时做离心运动或向心运动 答案:AC解析:两个粒子做圆周运动,则所受电场力指向圆心,可知两粒子均带负电,A 正确;根据Eq =a r q =m v 2r ,可得mv 2=aq ,与轨道半径无关,则若将两个粒子交换轨道,两个粒子仍能做匀速圆周运动,C 正确;粒子的动量p =mv =2mE k =maq ,质量大的粒子动量较大,B 错误;若撤去电场加上垂直纸面的匀强磁场,若能做匀速圆周运动,则满足qvB =m v 2r ,qB =mv r =p r ,两粒子电荷量相等,则qB 相等;若qB >pr粒子做向心运动;当qB <p r 时粒子做离心运动,但是与pr 的关系不能确定,即两个粒子不一定能同时做离心运动或向心运动,D 错误.8.如图所示,xOy 为竖直平面内的一个直角坐标系,在y 1=0.5 m 的直线的上方有沿y轴正方向范围足够大的匀强电场,电场强度大小E =9.3×10-7 V /m ,在y 轴上y 2=1.0 m 处有一放射源S ,x 轴上有一个足够大的荧光屏,放射源S 在如图180°范围内,向x 轴发射初速度v 0=200 m /s 的电子,电子质量为9.3×10-31 kg ,电量为1.6×10-19 C ,整个装置放在真空中,不计重力作用.求:(1)从放射源S 发射的每个电子打到荧光屏上的动能;(2)水平向右射出的电子在离开电场时沿x 轴方向前进的距离; (3)从放射源S 发射的电子打到荧光屏上的范围.答案:(1)9.3×10-26 J (2)0.5 m (3)-0.75 m ≤x ≤0.75 m解析:(1)所有电子达到荧光屏上的动能相同,由动能定理得 eEL =E k -12mv 20 其中L =y 2-y 1得每个电子打到荧光屏上的动能:E k =9.3×10-26 J(2)平行x 轴方向的粒子在电场中运动的时间最长,沿x 轴方向运动距离最大,设电子在电场中加速运动时间为t ,沿场强方向加速,eE =may 2-y 1=12at 2在离开电场时沿x 轴方向前进的距离x 1=v 0t解得水平向右射出的电子在离开电场时沿x 轴方向前进的距离:x 1=0.5 m (3)平行x 轴方向发射的粒子射出电场时沿y 轴的速度大小为v y =at 射出电场后匀速运动,沿x 方向前进的距离为x 2,x 2y 1 =v 0v y解得Δx =x 1+x 2=0.75 m由对称性可知,水平向左射出的电子到达荧光屏时的坐标值:x′=-0.75 m故荧光屏接收到电子的范围:-0.75 m ≤x ≤0.75 m .9.[2024·福建省福州一中期中考试]如图建立竖直平面内坐标系,α射线管由平行金属板A 、B 和平行于金属板(场强的方向竖直向下)的细管C 组成.放置在第Ⅱ象限,细管C 离两板等距,细管C 开口在y 轴上.放射源P 在A 极板左端,可以沿特定方向发射某一速度的α粒子(带正电).若极板长为L ,间距为d ,当A 、B 板加上某一电压时,α粒子刚好能以速度v 0(已知)从细管C 水平射出,进入位于第Ⅰ象限的静电分析器并恰好做匀速圆周运动.静电分析器中电场的电场线为沿半径方向指向圆心O ,场强大小为E 0.已知α粒子电荷量为q ,质量为m ,重力不计.求:(1)α粒子在静电分析器中的运动半径r ; (2)A 、B 极板间所加的电压U.答案:(1)r =mv 20 E 0q (2)U =mv 20 d2qL 2解析:(1)α粒子在静电分析器中运动时满足 E 0q =m v 20r解得r =mv 20E 0q(2)粒子在两板间的逆过程为类平抛运动,则12 d =12 Uq 2dmt 2,L =v 0t解得A 、B 极板间所加的电压U =mv 20 d2qL 210.如图所示,水平虚线MN 和水平地面之间有水平向右的匀强电场,MN 到地面的距离为h =3 m ,光滑绝缘长木板PQ 直立在地面上,电场与木板表面垂直,一个质量为m =0.1kg ,带电量为q =+1×10-3 C 的物块贴在长木板右侧的A 点由静止释放,物块做初速度为零的加速直线运动,刚好落在地面上的C 点,已知A 点离地面的高度h 1=1.8 m ,C 点离木板的距离为L =2.4 m ,重力加速度g 取10 m /s 2,不计物块的大小,木板足够长,求:(1)匀强电场的电场强度E 的大小;(2)改变物块贴在木板右侧由静止释放的位置,使物块由静止释放后仍能落在C 点,则改变后的位置离地面的高度为多少.答案:(1)1.33×103 N /C (2)3.2 m解析:(1)物块在A 点由静止释放,做初速度为零的匀加速直线运动,设运动的时间为t 1则在水平方向L =12 at 21根据牛顿第二定律qE =ma 在竖直方向h 1=12 gt 21解得E =1.33×103 N /C(2)要使物块改变位置后由静止释放也能到达C 点,这个位置必须在电场外,设物块进电场后在电场中运动的时间为t 2,则L =12 at 22设物块刚进电场时的速度为v ,则h =vt 2+12 gt 22解得v =2 m /s设释放的位置离地面的高度为H ,则H =h +v 22g =3.2 m .。
高一物理电荷在电场中的偏转试题答案及解析1.(12分)两平行金属板A、B水平放置,两板间距cm,板长cm,一个质量为kg的带电微粒,以m/s的水平初速度从两板间正中央射入,如图所示,取m/s2。
(1)当两板间电压V时,微粒恰好不发生偏转,求微粒的电量和电性。
(2)要使微粒不打到金属板上,求两板间的电压的取值范围?【答案】(1) C ,微粒带负电(2)-600V<UAB<2600V【解析】(1)微粒恰好不偏转时有:(2分)解得 C (1分)微粒带负电(1分)(2)粒子能穿过电场需用时间(1分)设粒子偏转的最大加速度,则最大侧移量解得m/s2(2分)当粒子恰好打在下极板边缘时,两板间的电压为U1则,解得V(2分)当粒子恰好打在上极板边缘,两极板间的电压为解得V(1分)则微粒不能打到金属板上的电压范围为-600V<UAB<2600V(2分)【考点】考查了带电粒子在电场中的偏转2.如图,板间距为d、板长为4d的水平金属板A和B上下正对放置,并接在电源上.现有一质量为m、带电量+q的质点沿两板中心线以某一速度水平射入,当两板间电压U=U,且A接负时,该质点就沿两板中心线射出;A接正时,该质点就射到B板距左端为d的C处.取重力加速度为g,不计空气阻力.求(1)质点射入两板时的速度;(2)当A接负时,为使带电质点能够从两板间射出,两板所加恒定电压U的范围.【答案】(1)(2)【解析】:(1)当两板加上电压且A板为负时,有:…①A板为正时,设带电质点射入两极板时的速度为v,向下运动的加速度为a,经时间t射到C点,有:…②又水平方向有…③竖直方向有…④由①②③④得:…⑤(2)要使带电质点恰好能从两板射出,设它在竖直方向运动的加速度为a1、时间为t1,应有:…⑥…⑦由⑥⑦⑧得:…⑧若的方向向上,设两板所加恒定电压为,有:…⑨若的方向向下,设两板所加恒定电压为,有:…⑩⑧⑨⑩解得:,所以,所加恒定电压范围为:【考点】考查了带电粒子在电场中的偏转3.如图所示,静止的电子在加速电压为U1的电场作用下从O经P板的小孔(位于P板的中点)射出,又垂直进入平行金属板间的电场,在偏转电压为U2的电场作用下偏转一段距离.现使U1加倍,要想使电子的运动轨迹不发生变化,应该 ()A.使U2加倍B.使U2变为原来的4倍C.使U2变为原来的倍D.使U2变为原来的【答案】A【解析】电子先经过加速电场加速,后经偏转电场偏转,根据结论,分析要使U1加倍,想使电子的运动轨迹不发生变化时,两种电压如何变化。
第八章 静电场带电粒子在电场中的偏转【考点预测】1. 带电粒子在电场中的类平抛2. 带电粒子在电场中的类斜抛3. 带电粒子在电场中的圆周运动4. 带电粒子在电场中的一般曲线运动【方法技巧与总结】带电粒子在匀强电场中的偏转带电粒子在匀强电场中偏转的两个分运动(1)沿初速度方向做匀速直线运动,t =l v 0(如图).(2)沿静电力方向做匀加速直线运动①加速度:a =F m =qE m =qUmd②离开电场时的偏移量:y =12at 2=qUl 22m d v 20③离开电场时的偏转角:tan θ=v y v 0=qUlm d v 201.两个重要结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时,偏移量和偏转角总是相同的.证明:在加速电场中有qU 0=12mv 20在偏转电场偏移量y =12at 2=12·qU 1md ·l v 0 2偏转角θ,tan θ=v y v 0=qU 1lm d v 20得:y =U 1l 24U 0d ,tan θ=U 1l2U 0dy 、θ均与m 、q 无关.(2)粒子经电场偏转后射出,速度的反向延长线与初速度延长线的交点O 为粒子水平位移的中点,即O 到偏转电场边缘的距离为偏转极板长度的一半.2.功能关系当讨论带电粒子的末速度v 时也可以从能量的角度进行求解:qU y =12mv 2-12mv 20,其中U y =U dy ,指初、末位置间的电势差.【题型归纳目录】题型一:带电粒子在电场中的类平抛题型二:带电粒子在周期性电场中的运动题型三:带电粒子在电场中的偏转的实际应用题型四:带电粒子在电场中的非平抛曲线运动【题型一】电荷守恒定律【典型例题】1如图所示,在立方体的塑料盒内,其中AE 边竖直,质量为m 的带正电小球(可看作质点),第一次小球从A 点以水平初速度v 0沿AB 方向抛出,小球在重力作用下运动恰好落在F 点。
M 点为BC 的中点,小球与塑料盒内壁的碰撞为弹性碰撞,落在底面不反弹。
高考物理高考物理带电粒子在磁场中的运动解题技巧和训练方法及练习题(含答案)一、带电粒子在磁场中的运动专项训练1.如图所示,在两块水平金属极板间加有电 压U 构成偏转电场,一束比荷为510/qC kg m=的带正电的粒子流(重力不计),以速度v o =104m/s 沿 水平方向从金属极板正中间射入两板.粒子经电 场偏转后进入一具有理想边界的半圆形变化磁场 区域,O 为圆心,区域直径AB 长度为L =1m , AB 与水平方向成45°角.区域内有按如图所示规 律作周期性变化的磁场,已知B 0=0. 5T ,磁场方向 以垂直于纸面向外为正.粒子经偏转电场后,恰好从下极板边缘O 点与水平方向成45°斜向下射入磁场.求:(1)两金属极板间的电压U 是多大?(2)若T o =0.5s ,求t =0s 时刻射人磁场的带电粒子在磁场中运动的时间t 和离开磁场的位置.(3)要使所有带电粒子通过O 点后的运动过程中 不再从AB 两点间越过,求出磁场的变化周期B o ,T o 应满足的条件.【答案】(1)100V (2)t=5210s π-⨯,射出点在AB 间离O 点0.042m (3)5010s 3T π-<⨯【解析】试题分析:(1)粒子在电场中做类平抛运动,从O 点射出使速度代入数据得U=100V (2)粒子在磁场中经过半周从OB 中穿出,粒子在磁场中运动时间射出点在AB 间离O 点(3)粒子运动周期,粒子在t=0、….时刻射入时,粒子最可能从AB 间射出如图,由几何关系可得临界时 要不从AB 边界射出,应满足得考点:本题考查带电粒子在磁场中的运动2.如图纸面内的矩形 ABCD 区域存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,对边 AB ∥CD 、AD ∥BC ,电场方向平行纸面,磁场方向垂直纸面,磁感应强度大小为 B .一带电粒子从AB 上的 P 点平行于纸面射入该区域,入射方向与 AB 的夹角为 θ(θ<90°),粒子恰好做匀速直线运动并从 CD 射出.若撤去电场,粒子以同样的速度从P 点射入该区域,恰垂直 CD 射出.已知边长 AD=BC=d ,带电粒子的质量为 m ,带电量为 q ,不计粒子的重力.求:(1)带电粒子入射速度的大小;(2)带电粒子在矩形区域内作直线运动的时间; (3)匀强电场的电场强度大小.【答案】(1)cos qBd m θ(2)cos sin m qB θθ (3)2cos qB dm θ【解析】 【分析】画出粒子的轨迹图,由几何关系求解运动的半径,根据牛顿第二定律列方程求解带电粒子入射速度的大小;带电粒子在矩形区域内作直线运动的位移可求解时间;根据电场力与洛伦兹力平衡求解场强. 【详解】(1) 设撤去电场时,粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R ,画出运动轨迹如图所示,轨迹圆心为O .由几何关系可知:cos d Rθ=洛伦兹力做向心力:200v qv B m R= 解得0cos qBdv m θ=(2)设带电粒子在矩形区域内作直线运动的位移为x ,有sin d xθ= 粒子作匀速运动:x=v 0t 联立解得cos sin m t qB θθ=(3)带电粒子在矩形区域内作直线运动时,电场力与洛伦兹力平衡:Eq=qv 0B解得2qB dE mcos θ=【点睛】此题关键是能根据粒子的运动情况画出粒子运动的轨迹图,结合几何关系求解半径等物理量;知道粒子作直线运动的条件是洛伦兹力等于电场力.3.如图所示,在平面直角坐标系xOy 的第二、第三象限内有一垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场区域△ABC ,A 点坐标为(0,3a ),C 点坐标为(0,﹣3a ),B 点坐标为(3a -,-3a ).在直角坐标系xOy 的第一象限内,加上方向沿y 轴正方向、场强大小为E=Bv 0的匀强电场,在x=3a 处垂直于x 轴放置一平面荧光屏,其与x 轴的交点为Q .粒子束以相同的速度v 0由O 、C 间的各位置垂直y 轴射入,已知从y 轴上y =﹣2a 的点射入磁场的粒子在磁场中的轨迹恰好经过O 点.忽略粒子间的相互作用,不计粒子的重力. (1)求粒子的比荷;(2)求粒子束射入电场的纵坐标范围;(3)从什么位置射入磁场的粒子打到荧光屏上距Q 点最远?求出最远距离.【答案】(1)0v Ba(2)0≤y≤2a (3)78y a =,94a【解析】 【详解】(1)由题意可知, 粒子在磁场中的轨迹半径为r =a 由牛顿第二定律得Bqv 0=m 2v r故粒子的比荷v q m Ba= (2)能进入电场中且离O 点上方最远的粒子在磁场中的运动轨迹恰好与AB 边相切,设粒子运动轨迹的圆心为O ′点,如图所示.由几何关系知O ′A =r ·ABBC=2a 则OO ′=OA -O ′A =a即粒子离开磁场进入电场时,离O 点上方最远距离为OD =y m =2a所以粒子束从y 轴射入电场的范围为0≤y ≤2a (3)假设粒子没有射出电场就打到荧光屏上,有3a =v 0·t 02019222qE y t a a m ==>, 所以,粒子应射出电场后打到荧光屏上粒子在电场中做类平抛运动,设粒子在电场中的运动时间为t ,竖直方向位移为y ,水平方向位移为x ,则 水平方向有x =v 0·t竖直方向有212qE y t m=代入数据得x设粒子最终打在荧光屏上的点距Q 点为H ,粒子射出电场时与x 轴的夹角为θ,则00tan y x qE x v m v v v θ⋅===有H =(3a -x )·tan θ=当=y =98a 时,H 有最大值 由于98a <2a ,所以H 的最大值H max =94a ,粒子射入磁场的位置为y =98a -2a =-78a4.如图所示,在长度足够长、宽度d=5cm 的区域MNPQ 内,有垂直纸面向里的水平匀强磁场,磁感应强度B=0.33T .水平边界MN 上方存在范围足够大的竖直向上的匀强电场,电场强度E=200N/C .现有大量质量m=6.6×10﹣27kg 、电荷量q=3.2×10﹣19C 的带负电的粒子,同时从边界PQ 上的O 点沿纸面向各个方向射入磁场,射入时的速度大小均为V=1.6×106m/s ,不计粒子的重力和粒子间的相互作用.求:(1)求带电粒子在磁场中运动的半径r ;(2)求与x 轴负方向成60°角射入的粒子在电场中运动的时间t ;(3)当从MN 边界上最左边射出的粒子离开磁场时,求仍在磁场中的粒子的初速度方向与x 轴正方向的夹角范围,并写出此时这些粒子所在位置构成的图形的曲线方程. 【答案】(1)r=0.1m (2)43.310t s -=⨯ (3)3060~o o 曲线方程为222x y R +=(30.1,0.1R m m x m =≤≤) 【解析】 【分析】 【详解】(1)洛伦兹力充当向心力,根据牛顿第二定律可得2v qvB m r=,解得0.1r m =(2)粒子的运动轨迹如图甲所示,由几何关系可知,在磁场中运动的圆心角为30°,粒子平行于场强方向进入电场,粒子在电场中运动的加速度qE a m= 粒子在电场中运动的时间2v t a= 解得43.310t s -=⨯(3)如图乙所示,由几何关系可知,从MN 边界上最左边射出的粒子在磁场中运动的圆心角为60°,圆心角小于60°的粒子已经从磁场中射出,此时刻仍在磁场中的粒子运动轨迹的圆心角均为60°,则仍在磁场中的粒子的初速度方向与x 轴正方向的夹角范围为30°~60° 所有粒子此时分别在以O 点为圆心,弦长0.1m 为半径的圆周上,曲线方程为22x y R += 30.1,0.120R m m x m ⎛⎫=≤≤ ⎪ ⎪⎝⎭【点睛】带电粒子在组合场中的运动问题,首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况,再选择合适方法处理.对于匀变速曲线运动,常常运用运动的分解法,将其分解为两个直线的合成,由牛顿第二定律和运动学公式结合求解;对于磁场中圆周运动,要正确画出轨迹,由几何知识求解半径5.在如图甲所示的直角坐标系中,两平行极板MN 垂直于y 轴,N 板在x 轴上且其左端与坐标原点O 重合,极板长度l =0.08m ,板间距离d =0.09m ,两板间加上如图乙所示的周期性变化电压,两板间电场可看作匀强电场.在y 轴上(0,d /2)处有一粒子源,垂直于y 轴连续不断向x 轴正方向发射相同的带正电的粒子,粒子比荷为qm=5×107C /kg ,速度为v 0=8×105m/s .t =0时刻射入板间的粒子恰好经N 板右边缘打在x 轴上.不计粒子重力及粒子间的相互作用,求:(1)电压U 0的大小;(2)若沿x 轴水平放置一荧光屏,要使粒子全部打在荧光屏上,求荧光屏的最小长度; (3)若在第四象限加一个与x 轴相切的圆形匀强磁场,半径为r =0.03m ,切点A 的坐标为(0.12m ,0),磁场的磁感应强度大小B =23T ,方向垂直于坐标平面向里.求粒子出磁场后与x 轴交点坐标的范围.【答案】(1)40 2.1610V U =⨯ (2)0.04m x ∆= (3)0.1425m x ≥【解析】【分析】 【详解】(1)对于t =0时刻射入极板间的粒子:0l v T = 7110T s -=⨯211()22T y a =2y T v a= 22yT y v = 122dy y =+ Eq ma =U E d=解得:40 2.1610V U =⨯(2)2Tt nT =+时刻射出的粒子打在x 轴上水平位移最大:032A T x v = 所放荧光屏的最小长度A x x l ∆=-即:0.04x m ∆= (3)不同时刻射出极板的粒子沿垂直于极板方向的速度均为v y . 速度偏转角的正切值均为:0tan y v v β=37β=ocos37v v=o 6110m/s v =⨯即:所有的粒子射出极板时速度的大小和方向均相同.2v qvB m R=0.03m R r ==由分析得,如图所示,所有粒子在磁场中运动后发生磁聚焦由磁场中的一点B 离开磁场.由几何关系,恰好经N 板右边缘的粒子经x 轴后沿磁场圆半径方向射入磁场,一定沿磁场圆半径方向射出磁场;从x 轴射出点的横坐标:tan 53C A Rx x ︒=+0.1425m C x =.由几何关系,过A 点的粒子经x 轴后进入磁场由B 点沿x 轴正向运动. 综上所述,粒子经过磁场后第二次打在x 轴上的范围为:0.1425m x ≥6.如图所示,在平面直角坐标系xOy 平面内,直角三角形abc 的直角边ab 长为6d ,与y 轴重合,∠bac=30°,中位线OM 与x 轴重合,三角形内有垂直纸面向里的匀强磁场.在笫一象限内,有方向沿y 轴正向的匀强电场,场强大小E 与匀强磁场磁感应强度B 的大小间满足E=v 0B .在x=3d 的N 点处,垂直于x 轴放置一平面荧光屏.电子束以相同的初速度v 0从y 轴上-3d≤y≤0的范围内垂直于y 轴向左射入磁场,其中从y 轴上y=-2d 处射入的电子,经磁场偏转后,恰好经过O 点.电子质量为m,电量为e,电子间的相互作用及重力不计.求 (1)匀强磁杨的磁感应强度B(2)电子束从y 轴正半轴上射入电场时的纵坐标y 的范围; (3)荧光屏上发光点距N 点的最远距离L【答案】(1)0mv ed ; (2)02y d ≤≤;(3)94d ; 【解析】(1)设电子在磁场中做圆周运动的半径为r ; 由几何关系可得r =d电子在磁场中做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:200v ev B m r=解得:0mv B ed=(2)当电子在磁场中运动的圆轨迹与ac 边相切时,电子从+ y 轴射入电场的位置距O 点最远,如图甲所示.设此时的圆心位置为O ',有:sin 30rO a '=︒3OO d O a ='-' 解得OO d '=即从O 点进入磁场的电子射出磁场时的位置距O 点最远 所以22m y r d ==电子束从y 轴正半轴上射入电场时的纵坐标y 的范围为02y d ≤≤设电子从02y d ≤≤范围内某一位置射入电场时的纵坐标为y ,从ON 间射出电场时的位置横坐标为x ,速度方向与x 轴间夹角为θ,在电场中运动的时间为t ,电子打到荧光屏上产生的发光点距N 点的距离为L ,如图乙所示:根据运动学公式有:0x v t =212eE y t m=⋅ y eE v t m=tan y v v θ=tan 3Ld xθ=- 解得:(32)2L d y y =-⋅ 即98y d =时,L 有最大值 解得:94L d =当322d y y -=【点睛】本题属于带电粒子在组合场中的运动,粒子在磁场中做匀速圆周运动,要求能正确的画出运动轨迹,并根据几何关系确定某些物理量之间的关系;粒子在电场中的偏转经常用化曲为直的方法,求极值的问题一定要先找出临界的轨迹,注重数学方法在物理中的应用.7.在如图所示的xoy 坐标系中,一对间距为d 的平行薄金属板竖直固定于绝缘底座上,底座置于光滑水平桌面的中间,极板右边与y 轴重合,桌面与x 轴重合,o 点与桌面右边相距为74d,一根长度也为d 的光滑绝缘细杆水平穿过右极板上的小孔后固定在左极板上,杆离桌面高为1.5d ,装置的总质量为3m .两板外存在垂直纸面向外、磁感应强度为B 的匀强磁场和匀强电场(图中未画出),假设极板内、外的电磁场互不影响且不考虑边缘效应.有一个质量为m 、电量为+q 的小环(可视为质点)套在杆的左端,给极板充电,使板内有沿x 正方向的稳恒电场时,释放小环,让其由静止向右滑动,离开小孔后便做匀速圆周运动,重力加速度取g .求:(1)环离开小孔时的坐标值; (2)板外的场强E 2的大小和方向;(3)讨论板内场强E 1的取值范围,确定环打在桌面上的范围. 【答案】(1)环离开小孔时的坐标值是-14d ;(2)板外的场强E2的大小为mgq,方向沿y轴正方向;(3)场强E1的取值范围为22368qB d qB dm m~,环打在桌面上的范围为1744d d-~.【解析】【详解】(1)设在环离开小孔之前,环和底座各自移动的位移为x1、x2.由于板内小环与极板间的作用力是它们的内力,系统动量守恒,取向右为正方向,根据动量守恒定律,有:mx1-3mx2=0 ①而x1+x2=d ②①②解得:x1=34d③x2=1 4 d环离开小孔时的坐标值为:x m=34d-d=-14d(2)环离开小孔后便做匀速圆周运动,须qE2=mg解得:2mgEq=,方向沿y轴正方向(3)环打在桌面上的范围可画得如图所示,临界点为P、Q,则若环绕小圆运动,则R=0.75d ④根据洛仑兹力提供向心力,有:2v qvB mR=⑤环在极板内做匀加速运动,设离开小孔时的速度为v,根据动能定理,有:qE1x1=12mv2⑥联立③④⑤⑥解得:2 138qB d Em=若环绕大圆运动,则R2=(R-1.5d)2+(2d)2 解得:R=0.48d ⑦联立③⑤⑥⑦解得:216qB dE m≈ 故场强E 1的取值范围为223 68qB d qB dm m~,环打在桌面上的范围为1744d d -~.8.电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成.偏转电场的极板由相距为d 的两块水平平行放置的导体板组成,如图甲所示.大量电子由静止开始,经加速电场加速后,连续不断地沿平行板的方向从两板正中间OO ’射入偏转电场.当两板不带电时,这些电子通过两板之间的时间为2t 0;:当在两板间加最大值为U 0、周期为2t 0的电压(如图乙所示)时,所有电子均能从两板间通过,然后进入竖直宽度足够大的匀强酸场中,最后打在竖直放置的荧光屏上.已知磁场的水平宽度为L ,电子的质量为m 、电荷量为e ,其重力不计.(1)求电子离开偏转电场时的位置到OO ’的最远位置和最近位置之间的距离 (2)要使所有电子都能垂直打在荧光屏上, ①求匀强磁场的磁感应强度B②求垂直打在荧光屏上的电子束的宽度△y 【答案】(1)2010U e y t dm ∆= (2)①00U t B dL =②2010U e y y t dm∆=∆= 【解析】 【详解】(1)由题意可知,从0、2t 0、4t 0、……等时刻进入偏转电场的电子离开偏转电场时的位置到OO ′的距离最大,在这种情况下,电子的最大距离为:2222000max 00000311222y U e U e U e y at v t t t t dm dm dm=+=+= 从t 0、3t 0、……等时刻进入偏转电场的电子离开偏转电场时的位置到OO ′的距离最小,在这种情况下,电子的最小距离为:220min 001122U e y at t dm== 最远位置和最近位置之间的距离:1max min y y y ∆=-,2010U e y t dm∆=(2)①设电子从偏转电场中射出时的偏向角为θ,由于电子要垂直打在荧光屏上,所以电子在磁场中运动半径应为:sin L R θ=设电子离开偏转电场时的速度为v 1,垂直偏转极板的速度为v y ,则电子离开偏转电场时的偏向角为θ,1sin y v v θ=,式中00y U ev t dm= 又:1mv R Be =解得:00U tB dL=②由于各个时刻从偏转电场中射出的电子的速度大小相等,方向相同,因此电子进入磁场后做圆周运动的半径也相同,都能垂直打在荧光屏上.由第(1)问知电子离开偏转电场时的位置到OO ′的最大距离和最小距离的差值为△y 1, 所以垂直打在荧光屏上的电子束的宽度为:2010U e y y t dm∆=∆=9.如图所示,在第一象限内存在匀强电场,电场方向与x 轴成45°角斜向左下,在第四象限内有一匀强磁场区域,该区域是由一个半径为R 的半圆和一个长为2R 、宽为2R的矩形组成,磁场的方向垂直纸面向里.一质量为m 、电荷量为+q 的粒子(重力忽略不计)以速度v 从Q(0,3R)点垂直电场方向射入电场,恰在P(R ,0)点进入磁场区域.(1)求电场强度大小及粒子经过P 点时的速度大小和方向; (2)为使粒子从AC 边界射出磁场,磁感应强度应满足什么条件;(3)为使粒子射出磁场区域后不会进入电场区域,磁场的磁感应强度应不大于多少?【答案】(1) 224mv E qR=2v ,速度方向沿y 轴负方向(2)8222mv mvB≤≤(3)()22713mvqR-【解析】【分析】【详解】(1)在电场中,粒子沿初速度方向做匀速运动132cos4522cos45RL R R=-︒=︒1L vt=沿电场力方向做匀加速运动,加速度为a22sin452L R R=︒=2212L at=qEam=设粒子出电场时沿初速度和沿电场力方向分运动的速度大小分别为1v、2v,合速度v' 1v v=、2v at=,2tanvvθ=联立可得224mvEqR=进入磁场的速度22122v v v v=+='45θ=︒,速度方向沿y轴负方向(2)由左手定则判定,粒子向右偏转,当粒子从A点射出时,运动半径12Rr=由211mvqv Br=''得122mvBqR=当粒子从C点射出时,由勾股定理得()222222R R r r ⎛⎫-+= ⎪⎝⎭解得258r R =由222mv qv B r =''得2825mvB qR=根据粒子在磁场中运动半径随磁场减弱而增大,可以判断,当82225mv mvB qR qR≤≤时,粒子从AC 边界射出(3)为使粒子不再回到电场区域,需粒子在CD 区域穿出磁场,设出磁场时速度方向平行于x 轴,其半径为3r ,由几何关系得222332R r r R ⎛⎫+-= ⎪⎝⎭解得()3714R r +=由233mv qv B r =''得()322713mv B qR-= 磁感应强度小于3B ,运转半径更大,出磁场时速度方向偏向x 轴下方,便不会回到电场中10.如图所示,在竖直平面内建立直角坐标系,y 轴沿竖直方向.在x = L 到x =2L 之间存在竖直向上的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场,一个比荷(qm)为k 的带电微粒从坐标原点以一定初速度沿+x 方向抛出,进入电场和磁场后恰好在竖直平面内做匀速圆周运动,离开电场和磁场后,带电微粒恰好沿+x 方向通过x 轴上x =3L 的位置,已知匀强磁场的磁感应强度为B ,重力加速度为g .求:(1)电场强度的大小; (2)带电微粒的初速度;(3)带电微粒做圆周运动的圆心坐标.【答案】(1)g k (2)2gkB(3)2222232(,)28g k B L L k B g -【解析】 【分析】 【详解】(1)由于粒子在复合场中做匀速圆周运动,则:mg =qE ,又=qk m解得g E k=(2)由几何关系:2R cos θ=L ,粒子做圆周运动的向心力等于洛伦兹力:2v qvB m r= ;由cos y v vθ=在进入复合场之前做平抛运动:y gt =v0L v t =解得02g v kB=(3)由212h gt =其中2kBL t g = ,则带电微粒做圆周运动的圆心坐标:'32O x L =; 222'222sin 8O g k B L y h R k B g θ=-+=-11.一个氘核(21H )和一个氚核(31H )聚变时产生一个中子(10n )和一个α粒子(42e H )。
带电粒子在电场中的运动专题练习知识点:1.带电粒子经电场加速:处理方法,可用动能定理、牛顿运动定律或用功能关系。
qU =mv t 2/2-mv 02/2 ∴ v t = ,若初速v 0=0,则v = 。
2.带电粒子经电场偏转: 处理方法:灵活应用运动的合成和分解。
带电粒子在匀强电场中作类平抛运动, U 、 d 、 l 、 m 、 q 、 v 0已知。
(1)穿越时间: (2)末速度:(3)侧向位移:(4)偏角:1、如图所示,长为L 、倾角为θ的光滑绝缘斜面处于电场中, 一带电量为+q 、质量为m 的小球,以初速度v 0从斜面底端 A 点开始沿斜面上滑,当到达斜面顶端B 点时,速度仍为v 0,则 ( )A .A 、B 两点间的电压一定等于mgLsin θ/qB .小球在B 点的电势能一定大于在A 点的电势能C .若电场是匀强电场,则该电场的电场强度的最大值一定为mg/qD .如果该电场由斜面中点正止方某处的点电荷产生,则该点电荷必为负 电荷2、如图所示,质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中0点自由释放后,分别抵达B 、C 两点,若AB=BC ,则它们带电荷量之比q 1:q 2等于( ) A .1:2 B .2:1C .1:2D .2:13.如图所示,两块长均为L 的平行金属板M 、N 与水平面成α角放置在同一竖直平面,充电后板间有匀强电场。
一个质量为m 、带电量为q 的液滴沿垂直于电场线方向射人电场,并沿虚线通过电场。
下列判断中正确的是( )。
A 、电场强度的大小E =mgcos α/qB 、电场强度的大小E =mgtg α/qC 、液滴离开电场时的动能增量为-mgLtg αD 、液滴离开电场时的动能增量为-mgLsin α4.如图所示,质量为m 、电量为q 的带电微粒,以初速度V 0从A 点竖直向上射入水平方向、电场强度为E 的匀强电场中。
当微粒经过B 点时速率为V B =2V 0,而方向与E 同向。
高三物理电荷在电场中的偏转试题答案及解析1.如图所示,在第一、二象限存在场强均为E的匀强电场,其中第一象限的匀强电场的方向沿x轴正方向,第二象限的电场方向沿x轴负方向。
在第三、四象限矩形区域ABCD内存在垂直于纸面向外的匀强磁场,矩形区域的AB边与x轴重合。
M是第一象限中无限靠近y轴的一点,在M沿y轴负方向开始运动,恰好从N点进入磁场,点有一质量为m、电荷量为e的质子,以初速度v若,不计质子的重力,试求:(1)N点横坐标d;(2)若质子经过磁场最后能无限靠近M点,则矩形区域的最小面积是多少;(3)在(2)的前提下,该质子由M点出发返回到无限靠近M点所需的时间。
【答案】(1)(2)(3)【解析】(1)粒子从M点到N点做类平抛运动,沿x轴正方向做匀加速运动,沿y轴负方向做,则由平抛运动规律得:匀速直线运动,设运动时间为t1在x轴方向上有在y轴方向上有:根据牛顿第二定律得:以上各式联立解得:,(2)根据运动的对称性作出质子的运动轨迹如图所示,则,即设粒子到达N点时沿x轴正方向分速度为vx质子进入磁场时的速度大小为由几何关系知:质子进入磁场时速度方向与x轴正方向夹角为45o质子在磁场中做圆周运动的半径为AB边的最小长度为BC边的最小长度为所以矩形区域的最小面积为(3)由几何关系知:质子在磁场中运动的圆心角为,运动时间根据线速度的定义知:根据对称性,质子在第二象限运动时间与在第一象限运动时间相等,质子在第一象限运动时间所以该质子由M点出发返回到无限靠近M点所需的时间为:【考点】本题考查带电粒子在组合电磁场中的运动问题,意在考查考生综合分析、利用牛顿运动定律和圆周运动知识分析处理带电粒子在电场力和洛仑兹力作用下做不同形式的运动问题的能力。
2.如图所示,金属板放在垂直于它的匀强磁场中,当金属板中有电流通过时,在金属板的上表面A和下表面A′之间会出现电势差,这种现象称为霍尔效应。
若匀强磁场的磁感应强度为B,金属板宽度为h、厚度为d,通有电流I,稳定状态时,上、下表面之间的电势差大小为U。
7.〔08四川卷〕24.如图,一半径为R 的光滑绝缘半球面开口向下,固定在水平面上。
整个空间存在匀强磁场,磁感应强度方向竖直向下。
一电荷量为q 〔q >0〕、质量为m 的小球P 在球面上做水平的匀速圆周运动,圆心为O ’。
球心O到该圆周上任一点的连线与竖直方向的夹角为θ〔0<θ<)2π。
为了使小球能够在该圆周上运动,求磁感应强度大小的最小值及小球P 相应的速率。
重力加速度为g 。
解析:据题意,小球P 在球面上做水平的匀速圆周运动,该圆周的圆心为O ’。
P 受到向下的重力mg 、球面对它沿OP 方向的支持力N 和磁场的洛仑兹力f =qvB ①式中v 为小球运动的速率。
洛仑兹力f 的方向指向O ’。
根据牛顿第二定律0cos =-mg N θ ②θsin sin 2R v m N f =- ③ 由①②③式得0cos sin sin 22=+-θθθqR v m qBR v ④ 由于v 是实数,必须满足 θθθcos sin 4sin 22gR m qBR -⎪⎭⎫ ⎝⎛=∆≥0 ⑤ 由此得B ≥θcos 2R g q m⑥ 可见,为了使小球能够在该圆周上运动,磁感应强度大小的最小值为 θcos 2min R g q mB =⑦ 此时,带电小球做匀速圆周运动的速率为mR qB v 2sin min θ= ⑧ 由⑦⑧式得θθsin cos gR v = ⑨ 8.〔08重庆卷〕25.题25题为一种质谱仪工作原理示意图.在以O 为圆心,OH 为对称轴,夹角为2α的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁场.对称于OH 轴的C 和D分别是离子发射点和收集点.CM 垂直磁场左边界于M ,且OM=d.现有一正离子束以小发散角〔纸面内〕从C 射出,这些离子在CM 方向上的分速度均为v 0.假设该离子束中比荷为q m的离子都能会聚到D ,试求: 〔1〕磁感应强度的大小和方向〔提示:可考虑沿CM 方向运动的离子为研究对象〕; 〔2〕离子沿与CM 成θ角的直线CN 进入磁场,其轨道半径和在磁场中的运动时间; 〔3〕线段CM 的长度.解析:〔1〕设沿CM 方向运动的离子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R由12R '=200mv qv B R = R=d得B =0mv qd磁场方向垂直纸面向外〔2〕设沿CN 运动的离子速度大小为v ,在磁场中的轨道半径为R ′,运动时间为t 由v cos θ=v 0得v =0cos v θR ′=mv qB=cos d θ方法一:设弧长为st =s vs=2(θ+α)×R ′t =02v R '⨯+)(αθ 〔09年全国卷Ⅰ〕26〔21分〕如图,在x 轴下方有匀强磁场,磁感应强度大小为B ,方向垂直于xy 平面向外。
专题40 带电粒子在电场中类平抛运动和磁场中的偏转高考命题潜规则解密40:带电粒子在电场中的类平抛运动、在磁场中的偏转规则验证:2012年新课标理综第25题、2011全国理综第25题、2008天津理综第23题、2008宁夏理综第24题命题规律:带电粒子在电场中的类平抛运动、在磁场中的偏转是带电粒子在电场磁场中运动的重要题型,是高考考查的重点和热点,一般以压轴题出现,难度大、分值高、区分度大。
命题分析考查方式一考查带电粒子在倾斜边界电场中的类平抛运动、在磁场中的匀速圆周运动【命题分析】电粒子在倾斜边界上的类平抛运动可迁移在斜面上的平抛运动问题的分析方法、在磁场中的匀速圆周运动可依据洛伦兹力等于向心力列方程解答。
此类题难度中等。
典例1.(2012年新课标理综第25题)如图,一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面(纸面)。
在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场,一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域,在圆上的b3。
现将点离开该区域,离开时速度方向与直线垂直。
圆心O到直线的距离为R5磁场换为平行于纸面且垂直于直线的匀强电场,同一粒子以同样速度沿直线在a 点射入柱形区域,也在b点离开该区域。
若磁感应强度大小为B,不计重力,求电场强度的大小。
典例2(2011全国理综第25题)如图,与水平面成45°角的平面MN将空间分成I和II两个区域。
一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从平面MN上的P0点水平向右射入I区。
粒子在I区运动时,只受到大小不变、方向竖直向下的电场作用,电场强度大小为E;在II区运动时,只受到匀强磁场的作用,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里。
求粒子首次从II区离开时到出发点P0的距离。
粒子的重力可以忽略。
考查方式二考查带电粒子在电场中的类平抛运动、在有界磁场中的匀速圆周运动【命题分析】电粒子在电场中的类平抛运动可迁移平抛运动问题的分析方法、在磁场中的匀速圆周运动可依据洛伦兹力等于向心力列方程解答。
此类题难度中等。
典例3(2008天津理综第23题)在平面直角坐标系xOy中,第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第IV象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成60º角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图所示.不计粒子重力,求:⑴M、N两点间的电势差U MN;⑵粒子在磁场中运动的轨道半径r;⑶粒子从M点运动到P点的总时间t.典例4(2008宁夏理综第24题) 如图所示,在xOy平面的第一象限有一匀强电场,电场的方向平行于y轴向下;在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场,磁感应强度的大小为B,方向垂直于纸面向外。
有一质量为m,带有电荷量+q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场。
质点到达x轴上A点时,速度方向与x轴的夹角ϕ,A点与原点O的距离为d。
接着,质点进入磁场,并垂直于OC飞离磁场。
不计重力影响。
若OC与x轴的夹角为ϕ,求(1)粒子在磁场中运动速度的大小:(2)匀强电场的场强大小。
【2012模拟题精选训练题】1.(20分)(2012年贵州省黔东南州一模)如图所示,一带电微粒质量为m=2.0×10-11kg、电荷量q=+1.0×10-5C,从静止开始经电压为U1=100V的电场加速后,水平进入两平行金属板间的偏转电场中,微粒射出电场时的偏转角θ=30º,并接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D=34.6cm的匀强磁场区域。
已知偏转电场中金属板长L=20cm,两板间距d=17.3cm,重力忽略不计。
求:⑴带电微粒进入偏转电场时的速率v1;⑵偏转电场中两金属板间的电压U2;⑶为使带电微粒不会由磁场右边射出,该匀强磁场的磁感应强度B至少多大?2.(2012四川资阳二模)如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限有沿y轴负方向的匀强电场;第四象限无电场和磁场。
现有一质量为m、电荷量为q的粒子以速度v0从y轴上的M点沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经x轴上的N点和P点最后又回到M点,设OM=L,ON=2L。
求:(1)电场强度E的大小;(2)匀强磁场的磁感应强度的大小和方向;(3)粒子从M点进入电场经N、P点最后又回到M点所用的时间。
3(2012沈阳四校联考)如图所示,在xoy平面内,第Ⅲ象限内的直线OM是电场与磁场的边界,OM与负14x轴成45°角.在x<0且OM的左侧空间存在着负x方向的匀强电场E,场强大小为0.32N/C;在y<0且OM的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场B,磁感应强度大小为0.1T.一不计重力的带负电的微粒,从坐标原点O沿y轴负方向以v0=2×103m/s的初速度进入磁场,最终离开电磁场区域.已知微粒的电荷量q=5×10-18C,质量m=1×10-24kg,求:(1)带电微粒第一次经过磁场边界的位置坐标;(2)带电微粒在磁场区域运动的总时间;(3)带电微粒最终离开电磁场区域的位置坐标.4(2012年4月山东莱芜模拟)如图所示,真空中有一以(r,0)为圆心、半径为r的圆柱形匀强磁场区域,磁场的磁感强度大小为B,方向垂直纸面向里.磁场的上方有两等大的平行金属板MN,两板间距离为2r.从O点向不同方向发射速率相同的质子,质子的运动轨迹均在纸面内.当质子进入两板间时两板间可立即加上如图所示的电压,且电压从t=0开始变化,电压的最大值为2216eTmr,已知质子的电荷量为e,质量为m EMBE,质子在磁场中的偏转半径也为r,不计重力,求:(1)质子进入磁场时的速度大小;(2)若质子沿x轴正方向射入磁场,到达M板所需的时间为多少?(3)若质子沿与x 轴正方向成某一角度θ的速度射入磁场时,粒子离开磁场后能够平行于金属板进入两板间,求θ的范围以及质子打到M 板时距坐标原点O 的距离。
5.(2012年4月四川眉山二模)如图所示,在平面直角坐标系xoy 中的第一象限内存在磁感应强度大小为B 、方向垂直于坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出);在第二象限内存在沿x 轴负方向的匀强电场。
一粒子源固定在x 轴上坐标为),(0L 的A 点。
粒子源沿y 轴正方向释放出速度大小为v 的电子,电子恰好能通过y 轴上坐标为),(L 20的C 点,电子经过磁场偏转后恰好垂直通过第一象限内与x 轴正方向成15°角的射线ON (已知电子的质量为m ,电荷量为e ,不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用)。
求:(1)匀强电场的电场强度E 的大小;(2)电子离开电场时的速度方向与y 轴正方向的夹角θ;(3)圆形磁场的最小半径R m。
6.(2012年4月湖北七市州联考)如图所示,在一平面直角坐标系所确定的平面内存在着两个匀强磁场区域,以一、三象限角平分线为界.上方区域磁场B1,垂直纸面向外,下方区城磁场B2,也垂直纸面向外.且有B1 =2B2=2B(B 为已知量).在边界上坐标为(l,1)的位置里有一粒子发射源S.不断向y轴负方向发射各种速率的带电粒子.所有粒子带电均为+q,质量均为m.这些粒子只受磁场力在平面内运动,试问:(1)发射之后能够在第一次经过两磁场边界时到达0点的粒子,其速度应确足什么条件?(2)发射之后能够在第三次经过两磁场边界时到达O点的粒子,其速度应满足什么条件?(3)这些粒子中到达0点所走的最长路程为多少?7.(20分)(2012年4月四川资阳三模)如图所示,直角坐标系的Y轴左方为垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.垂直x轴竖直放置一个足够大接收屏PO,它离原点距离为Og =L /2 ;直角坐标系的第一象限和第四象限的abc0, Ocdf均是边长为L的正方形,其内以a、f为圆心各有一垂直纸面方向的半径为乙的1/4圆形匀强磁场区域,磁感应强度的大小均为B. bd为一线状发射装置,射出一束质量为m、电荷量为s的电子,以相同的初速度沿纸面垂直于bd边射入两个正方形区域,电子从bd边上的任意点入射,都只能从原点O 射出,进入Y轴左方磁场.不考虑电子之间的相互作用,不计重力.求:(I)第一象限和第四象限中匀强磁场区域的磁感应强度的方向和电子初速度v0的大小;(2)电子打到接收屏PQ上的范围;(3)打在接收屏上的电子在磁场中运动的最长时间t.8.(18分)(2012广东汕头二模)如图所示,在坐标系xOy中,第一象限除外的其它象限都充满匀强磁场,磁感应强度都为B = 0.12T 、方向垂直纸面向内.P 是y 轴上的一点,它到坐标原点O 的距离l = 0.40m .一比荷7100.5⨯=mq C/kg 的带正电粒子从P 点开始进入匀强磁场中运动,初速度60100.3⨯=v m/s 、方向与y 轴正方向成夹角θ= 53°并与磁场方向垂直.不计粒子的重力作用.已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:(1)粒子在磁场中运动的轨道半径R .(2)在第一象限中与x 轴平行的虚线上方的区域内充满沿x 轴负方向的匀强电场(如图),粒子在磁场中运动一段时间后进入第一象限,最后恰好从P 点沿初速度的方向再次射入磁场.求匀强电场的电场强度E 和电场边界(虚线)与x 轴之间的距离d .9.(18分)(2012年4月山东潍坊二模)如图所示,在第二象限和第四象限的正方形区域内分别存在着两匀强磁场,磁感应强度均为B ,方向相反,且都垂直于xoy 平面.一电子由P (-d ,d )点,沿x 轴正方向射入磁场区域I.(电子质量为m ,电量为e ,sin53°=4/5)(1)求电子能从第三象限射出的入射速度的范围.(2)若电子从(0,d/2)位置射出,求电子在磁场I 中运动的时间t.(3)求第(2)问中电子离开磁场II 时的位置坐标.10. (16分)(2012年5月江苏淮安第四次调研)如图所示为某一仪器的部分原理示意图,虚线OA 、OB 关于y 轴对称,A 90OB ∠=︒, OA 、OB 将xOy 平面分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区域,区域Ⅰ、Ⅲ内存在水平方向的匀强电场,电场强度大小相等、方向相反。
带电粒子自x 轴上的粒子源P 处以速度v 0沿y 轴正方向射出,经时间t 到达OA 上的M 点,且此时速度与OA 垂直。
已知M 到原点O的距离OM = a ,不计粒子的重力。
求:(1)匀强电场的电场强度E 的大小;(2)为使粒子能从M 点经Ⅱ区域通过OB 上的N 点,M 、N 点关于y 轴对称,可在区域Ⅱ内加一垂直xOy 平面的匀强磁场,求该磁场的磁感应强度的最小值和粒子经过区域Ⅲ到达x 轴上Q 点的横坐标;(3)当匀强磁场的磁感应强度取(2)问中的最小值时,且该磁场仅分布在一个圆形区域内。