《2020年高考物理二轮重点专题强化练习十一：带电粒子在复合场中的运动（含答案解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理二轮重点专题强化练习十一：带电粒子在复合场中的运动（含答案解析）（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2020年高考物理二轮重点专题整合强化练 专练十一：带电粒子在复合场中的运动1、如图所示，真空中的矩形abcd区域内存在竖直向下的匀强电场，半径为R的圆形区域内同时存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，圆形边界分别相切于ad、bc边的中点e、f.一带电粒子以初速度v0沿着ef方向射入该区域后能做直线运动；当撤去磁场并保留电场，粒子以相同的初速度沿着ef方向射入恰能从c点飞离该区域.已知adbcR，忽略粒子的重力.求：(1)带电粒子的比荷；(2)若撤去电场保留磁场，粒子离开矩形区域时的位置.【答案】(1)(2)粒子从ab边射出，距b点解析(1)设匀强电场强度为E，当电场和磁场同时存在时，
2、粒子沿ef方向做直线运动，有qv0BqE当撤去磁场，保留电场时，带电粒子做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动，由题知，粒子恰能从c点飞出，则2Rv0t，Rat2，qEma联解得：(2) 若撤去电场保留磁场，粒子将在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图所示.设粒子离开矩形区域时的位置g离b的距离为x，则由牛顿第二定律；qv0B得rR，由图中几何关系60故粒子离开矩形区域时到b的距离为xRR故粒子将从ab边射出，距b点.2、如图所示，在直角坐标系xOy的第象限内有沿y轴负向的匀强电场，电场强度为E，第象限内有垂直纸面向外的匀强磁场.一个质量为m、电荷量为q的
3、粒子从y轴上的P点沿x轴正向进入电场，粒子从x轴上的Q点进入磁场.已知Q点的坐标为(L,0)，不计粒子的重力及粒子间的相互作用. (1)若粒子在Q点的速度方向与x轴正方向成30角，求P、Q两点间的电势差；(2)若从y轴正半轴各点依次向x轴正向发射质量为m、电荷量为q的速度大小适当的粒子，它们经过电场偏转后都通过Q点进入磁场，其中某个粒子A到达Q点的速度最小.粒子A经过磁场偏转后恰好垂直y轴射出了磁场.求匀强磁场的磁感应强度的大小.【答案】(1)EL(2) 解析(1)粒子在Q点的速度方向与x轴正方向成30角，分解Q点的速度可得vyv0tan 30从P点到Q点：Lv0t，yvyt得P点的纵坐标yL
4、所以UPQEyEL(2)设粒子A进入电场的速度为v1，它进入电场后qEmaLv1t，vyat，vQ得vQ 由数学知识可知，当v1时，vQ取最小值.即v1 时，Q点的速度最小值 为vQ 此时vyv1，粒子A在Q点的速度方向与x轴正向夹角为45.所以粒子A进入磁场后的偏转半径(如图)RL由qvQBm得B得B 3、如图所示，在竖直平面内，水平x轴的上方和下方分别存在方向垂直纸面向外和方向垂直纸面向里的匀强磁场，其中x轴上方的匀强磁场磁感应强度大小为B1，并且在第一象限和第二象限有方向相反，强弱相同的平行于x轴的匀强电场，电场强度大小为E1.已知一质量为m的带电小球从y轴上的A(0，L)位置斜向下与y
5、轴负半轴成60角射入第一象限，恰能做匀速直线运动. (1)判定带电小球的电性，并求出所带电荷量q及入射的速度大小；(2)为使得带电小球在x轴下方的磁场中能做匀速圆周运动，需要在x轴下方空间加一匀强电场，试求所加匀强电场的方向和电场强度的大小；(3)在满足第(2)问的基础上，若在x轴上安装有一绝缘弹性薄板，并且调节x轴下方的磁场强弱，使带电小球恰好与绝缘弹性板碰撞两次后从x轴上的某一位置返回到x轴的上方(带电小球与弹性板碰撞时，既无电荷转移，也无能量损失，并且入射方向和反射方向的关系类似光的反射)，然后恰能匀速直线运动至y轴上的A(0，L)位置，求：弹性板的最小长度及带电小球从A位置出发返回至A
6、位置过程中所经历的时间.【答案】(1)负电 (2)竖直向下E1 (3)L解析(1) 小球在第一象限中的受力分析如图所示，所以带电小球的电性为负电mgqE1tan 60q又qE1qvB1cos 60即v(2)小球若在x轴下方的磁场中做匀速圆周运动，必须使得电场力与重力二力平衡，即应施加一竖直向下的匀强电场，且电场强度大小满足：qEmg即EE1(3)要想让小球恰好与弹性板发生两次碰撞，并且碰撞后返回x轴上方空间匀速运动到A点，则其轨迹应该如图所示， 且由几何关系可知：3PD2ONtan 60联立上述方程解得：PDDNL则挡板长度至少为PDL设在x轴下方的磁场磁感应强度为B，则满足：qvBmT从N点
7、运动到C点的时间为：t3T联立上式解得：t由几何关系可知：cos 60在第一象限运动的时间t1和第二象限中运动的时间t2相等，且：t1t2所以带电小球从A点出发至回到A点的过程中所经历的总时间为：t0tt1t2联立上述方程解得：t04、如图所示，在平行板电容器的两板之间，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度B10.40 T，方向垂直纸面向里，电场强度E2.0105 V/m，PQ为板间中线.紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内，有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B20.25 T，磁场边界AO和y轴夹角AOy45.一束带电荷量q8.01019 C的同位素(电荷数相同，质量数不同)正
8、离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为(0,0.2 m)的Q点垂直y轴射入磁场区域，离子通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角在4590之间，不计离子重力，求： (1)离子运动的速度为多大？(2)求离子的质量范围；(3)若只改变AOy区域内磁场的磁感应强度大小，使离子都不能打到x轴上，磁感应强度B2大小应满足什么条件？(计算结果保留两位有效数字)【答案】(1)5.0105 m/s(2)4.01026 kgm8.01026 kg(3)B20.60 T解析(1)设正离子的速度为v，由于沿中线运动，则有qEqvB1代入数据解得v5.0105 m/s(2) 甲设离子的质
9、量为m，如图甲所示，当通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角为45时，由几何关系可知运动半径：r10.2 m当通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角为90时，由几何关系可知运动半径：r20.1 m由牛顿第二定律有：qvB2m由于r2rr1代入数据解得：4.01026 kgm8.01026 kg(3)乙如图乙所示，由几何关系可知使离子不能打到x轴上的最大半径：r3 m设使离子都不能打到x轴上，最小的磁感应强度大小为B0，则qvB0m大代入数据解得：B0 T0.60 T则B20.60 T5、如图所示，在竖直平面内直线AB与竖直方向成30角，AB左侧有匀强电场，右侧有垂直纸面向外的匀强磁场.一质量为m、
10、电量为q的带负电的粒子，从P点以初速度v0竖直向下射入电场，粒子首次回到边界AB时，经过Q点且速度大小不变，已知P、Q间距为l，之后粒子能够再次通过P点，(粒子重力不计)求： (1)匀强电场场强的大小和方向；(2)匀强磁场磁感应强度的可能值.【答案】(1)方向垂直AB且与竖直方向成60角向下(2)或(n1,2,3)解析(1)由带电粒子回到边界AB速度大小不变可知PQ间电势差为零，P、Q处在同一等势面上根据题意可知，匀强电场垂直AB，且与竖直方向成60角向下粒子在电场中沿AB方向匀速运动：lv0cos 30t垂直AB方向匀减速运动Eqmav0sin 30a解得：E(2)粒子从Q点进入磁场时沿AB
11、方向速度分量不变，垂直AB方向的速度分量反向，由此可知经Q点的速度与AB成30角.若粒子进入磁场偏转后恰好经过P点，其运动半径为R，磁感应强度为B，由几何关系可知RlqBv0m解得：B若圆周运动半径Rl，则每个周期沿AB界线向A侧移动xRl带负电粒子可能从电场中再次经过P点，需满足lnx(n1,2,3)解得：R(n1,2,3)故B或B(n1,2,3)6、如图(a)所示，在竖直平面内建立直角坐标系xOy，整个空间内都存在垂直坐标平面向外的匀强磁场和水平向右的匀强电场，匀强电场的方向与x轴正方向夹角为45.已知带电粒子质量为m、电量为q，磁感应强度大小为B，电场强度大小E，重力加速度为g. (1)
12、若粒子在xOy平面内做匀速直线运动，求粒子的速度v0；(2)t0时刻的电场和磁场方向如图(a)所示，若电场强度和磁感应强度的大小均不变，而方向随时间周期性的改变，如图(b)所示.将该粒子从原点O由静止释放，在0时间内的运动轨迹如图(c)虚线OMN所示，M点为轨迹距y轴的最远点，M距y轴的距离为d.已知在曲线上某一点能找到一个和它内切的半径最大的圆，物体经过此点时，相当于以此圆的半径在做圆周运动，这个圆的半径就定义为曲线上这点的曲率半径.求：粒子经过M点时曲率半径；在图中画出粒子从N点回到O点的轨迹.【答案】(1)，沿y轴负方向 (2)(或2d)见解析图解析(1)粒子做匀速直线运动，受力平衡得qv0B解得v0v0方向由左手定则得，沿y轴负方向.(2)重力和电场力的合力为F粒子从O运动到M过程中，只有重力和电场力的合力做功，据动能定理WFdmv2得v由qvBmg得(若用v2v0代入，求出2d也可)轨迹如图所示.
