2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做12 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)
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2019高考物理三輪沖刺 大題提分 大題精做12 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)
大題精做十二 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)1【龍巖質(zhì)量檢測(cè)】如圖所示,在xOy坐標(biāo)平面內(nèi),x0的區(qū)域存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),在第四象限內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為m,帶電量為q粒子在電場(chǎng)中的P點(diǎn)以初速度v0沿x軸正方向射出,恰好經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知P點(diǎn)坐標(biāo)為(L,),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,不計(jì)粒子重力。求:(1)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大?。?2)粒子在O點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向;(3)粒子從磁場(chǎng)射出時(shí)的橫坐標(biāo)x?!窘馕觥?1) 粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),水平方向:Lv0t豎直方向:,解得:,。(2) 粒子經(jīng)過(guò)O點(diǎn)時(shí)的速度:設(shè)速度方向與x軸正方向間夾角為,則所以60°即粒子在O點(diǎn)的速度大小為2v0,方向與x正向成60°角斜向下。(3) 粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得:解得:r2L粒子從磁場(chǎng)射出時(shí)的橫坐標(biāo):x2rsin 。2【河南九師聯(lián)盟質(zhì)檢】如圖所示,豎直平面內(nèi)有一直角坐標(biāo)系xOy,x軸沿水平方向。第二、三象限有垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),與x軸成30°角的絕緣細(xì)桿固定在二、三象限;第四象限同時(shí)存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直于坐標(biāo)平面向里磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)量為m,電荷量為q帶電小球a穿在細(xì)桿上沿細(xì)桿勻速下滑,在N點(diǎn)脫離細(xì)桿恰能沿圓周軌道運(yùn)動(dòng)到x軸上的A點(diǎn),且速度方向垂直于x軸。已知A點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離為,小球a與絕緣細(xì)桿的動(dòng)摩擦因數(shù),重力加速度為g,空氣阻力忽略不計(jì)。求:(1)帶電小球的電性及電場(chǎng)強(qiáng)度的大小E;(2)第二、三象限里的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1;(3)當(dāng)帶電小球a剛離開(kāi)N點(diǎn)時(shí),從y軸正半軸距原點(diǎn)O為的P點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)以某一初速度水平向右平拋一個(gè)不帶電的絕緣小球b,b球剛好運(yùn)動(dòng)到x軸時(shí)與向上運(yùn)動(dòng)的a球相碰,則b球的初速度為多大?【解析】(1)由帶電小球a在第四象限內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)可得,帶電小球a帶正電,且mgqE解得:Emgq(2)帶電小球a從N點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的過(guò)程中,設(shè)運(yùn)動(dòng)半徑為R,有:qvBmv2R由幾何關(guān)系有R+Rsin32l聯(lián)立解得vqlBm5gl6帶電小球a在桿上勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),由平衡條件有mgsin(qvB1mgcos)解得B17mqg10l(3)帶電小球a在第四象限內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T2Rv24l5g帶電小球a第一次在第一象限豎直上下運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為t02vg10l3絕緣小球b平拋運(yùn)動(dòng)至x軸上的時(shí)間為t2hg210l3g兩球相碰有tT3+nt0+T2聯(lián)立解得n1設(shè)絕緣小球b平拋的初速度為v0,則72lv0t解得v0147gl160。1【日照期末】如圖所示,真空中有以O(shè)1為圓心、r半徑的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓形磁場(chǎng)邊界上的一點(diǎn)。磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向外。xr的虛線右側(cè)足夠大的范圍內(nèi)有方向豎直向下、大小為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)。從O點(diǎn)在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子,速度方向與x軸正方向成120°角的質(zhì)子,經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后又垂直射入電場(chǎng),到達(dá)x軸上的P點(diǎn)(圖中未畫(huà)出)。已知質(zhì)子的電荷量為e、質(zhì)量為m,質(zhì)子重力可忽略。(1)求質(zhì)子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大??;(2)求質(zhì)子從坐標(biāo)原點(diǎn)O到x軸上的P點(diǎn)所需的時(shí)間;(3)若質(zhì)子沿y釉正方向射入磁場(chǎng),在離開(kāi)磁場(chǎng)前的某一時(shí)刻,磁場(chǎng)方向不變、大小突然變?yōu)锽1,此后質(zhì)子恰好被束縛在該圓形磁場(chǎng)中,則B1的最小值為多少?【解析】(1) 設(shè)質(zhì)子射磁場(chǎng)時(shí)的速度為v質(zhì)子射入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),質(zhì)子的軌跡如圖所示。由幾何關(guān)系知,質(zhì)子在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)半徑為Rr由牛頓第二定律:evBmv2R解得:veBrm;(2)質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T2mqB質(zhì)子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡所對(duì)應(yīng)的圓心角為1200,運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t1T32m3eB質(zhì)子離開(kāi)磁場(chǎng)做勻速直線運(yùn)動(dòng),勻速運(yùn)動(dòng)位移為:sr(1-sin600)勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為:t2sv2-32eBm質(zhì)子垂直射入電場(chǎng)做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t3豎直位移為yr(1+cos600)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律y12at32,其中aeEm解得:t33mreE質(zhì)子從O點(diǎn)到達(dá)x軸的時(shí)間tt1+t2+t32m3eB+(2-3)m2eB+3mreE;(3)若粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心為O3,如圖所示。當(dāng)質(zhì)子運(yùn)動(dòng)到軌跡與O1O3連線交點(diǎn)處時(shí),僅改變磁場(chǎng)大小,粒子運(yùn)動(dòng)的半徑最大,即B1對(duì)應(yīng)最小。由幾何關(guān)系得,最大半徑Rmax2-22r由evB1mv2Rmax解得:B122-2B。2【華中師大附中期末】坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一點(diǎn)狀的放射源,它向xOy平面內(nèi)的x軸上方各個(gè)方向發(fā)射帶正電的同種粒子,速度大小都是v0,在0<y<d的區(qū)域內(nèi)分布有指向y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)大小為,其中q與m分別為該種粒子的電量和質(zhì)量;在d<y<3d的區(qū)域內(nèi)分布有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。ab為一塊很大的平面感光板,放置于y3d處,如圖所示,觀察發(fā)現(xiàn)此時(shí)恰無(wú)粒子打到ab板上,不考慮粒子的重力。(1)求粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大??;(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(3)若將ab板向下平移距離y時(shí),剛好能使所有的粒子均能打到板上,求向下平移的距離y?!窘馕觥?1)無(wú)論沿哪個(gè)方向發(fā)射粒子,從開(kāi)始發(fā)射到這些粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),洛侖茲力不做功,電場(chǎng)力做功是一樣的,設(shè)剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為v,則由動(dòng)能定理可得:12mv2-12mv02Eqd32mv02化簡(jiǎn)可得:v2v0(2)由題意可知,沿著正x軸水平向右發(fā)射的粒子,先在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),且剛好與移動(dòng)ab板相切,設(shè)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與正x軸方向的夾角為,做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R,則:cosv0vv02v012,60°由幾何關(guān)系可知:R·cos60°+R2d可得:R43d又qvBmv2R得:RmvqB2mv0qB則B3mv02qb(3)根據(jù)對(duì)稱(chēng)性,沿著負(fù)x軸水平向左發(fā)射的粒子,先在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),且剛好與移動(dòng)y之后的ab板相切,則2d-y+R·cos60°RB11T,B23T,3s,t24s解得:y43d3【蘇州調(diào)研】實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常利用電磁場(chǎng)來(lái)改變帶電粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡。如圖所示,氕()、氘()、氚()三種粒子同時(shí)沿直線在紙面內(nèi)通過(guò)電場(chǎng)強(qiáng)度為E、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的復(fù)合場(chǎng)區(qū)域。進(jìn)入時(shí)氕與氘、氘與氚的間距均為d,射出復(fù)合場(chǎng)后進(jìn)入y軸與MN之間(其夾角為)垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,然后均垂直于邊界MN射出。虛線MN與PQ間為真空區(qū)域且PQ與MN平行。已知質(zhì)子比荷為,不計(jì)重力。(1)求粒子做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v;(2)求區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1;(3)若虛線PQ右側(cè)還存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,經(jīng)該磁場(chǎng)作用后三種粒子均能匯聚于MN上的一點(diǎn),求該磁場(chǎng)的最小面積S和同時(shí)進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)的氕、氚運(yùn)動(dòng)到匯聚點(diǎn)的時(shí)間差t?!窘馕觥?1)由電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡,BqvEq解得vE/B。(2)由洛倫茲力提供向心力,B1vqmv2r由幾何關(guān)系得rd解得B1mEqdB。(3)分析可得氚粒子圓周運(yùn)動(dòng)直徑為3r磁場(chǎng)最小面積S123r22-r22解得Sd2由題意得B22B1由T2rv得T2mqB由軌跡可知t1(3T1T1) 2,其中T12mqB1t212(3T2T2),其中T22mqB2解得tt1t2(+2)BdE。4【江蘇三校聯(lián)合模擬】如圖所示,在豎直虛線PQ左側(cè)、水平虛線MN下方有范圍足夠大的豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)和水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B未知。在距離MN為h的O點(diǎn)將帶電小球以的初速度向右水平拋出,小球在MN下方的運(yùn)動(dòng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),已知重力加速度為g。(1)求帶電小球的比荷,并指出小球帶電性質(zhì);(2)若小球從O點(diǎn)拋出后最后剛好到達(dá)PQ上與O點(diǎn)等高的O1點(diǎn),求OO1間最小距離s及對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度的值B0;(3)已知磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,若撤去電場(chǎng),小球從O點(diǎn)拋出后,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程距離MN的最大距離為d (該點(diǎn)在PQ左側(cè)),求小球運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)此點(diǎn)時(shí)加速度a?!窘馕觥?1)因?yàn)樾∏蛟贛N下方的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng),所以電場(chǎng)力等于重力,電場(chǎng)力方向向上,所以帶正電。因?yàn)閙gqE所以qmgE(2)小球從O點(diǎn)拋出做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),如圖所示:根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)可得:xv0th12gt2,vy2ghvv02+vy22ghtanvyv0解得45o所以s2x-2Rs最小時(shí)R最大,磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度有最小值B0所以s2x-2R2R小球在MN下方的運(yùn)動(dòng)是勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力:qvBmv2RRmvqB所以B0(2+1)E2ghs4(2-2)h(3)若撤去電場(chǎng),小球從O點(diǎn)拋出后,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)過(guò)程距離MN的最大距離為d根據(jù)動(dòng)能定理列式得:mg(h+d)12mv12-12mv02又qv1B1-mgma所以agB12g(2h+d)E-g5【青島二中期末】如圖所示,一小滑塊帶正電,質(zhì)量為m,從P點(diǎn)以初速度v0水平拋出,恰好從上端口a點(diǎn)以速度v0豎直向下進(jìn)入圓弧金屬管形軌道ab,然后從下端口b點(diǎn)滑出,并滑上水平傳送帶。P點(diǎn)到a點(diǎn)的豎直距離為h,金屬管形軌道ab內(nèi)壁光滑,半徑為R,管道內(nèi)徑很小,但略大于小滑塊的尺寸。b點(diǎn)上方左側(cè)整個(gè)區(qū)域(不包括b點(diǎn)所在的豎直線)存在水平向外的的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,電場(chǎng)強(qiáng)度為E。當(dāng)傳送帶靜止時(shí),小滑塊恰好運(yùn)動(dòng)到傳送帶右端點(diǎn)c點(diǎn)停下。已知重力加速度為g。(1)求小滑塊的初速度v0。(2)求小滑塊剛要滑出b端口時(shí),對(duì)圓軌道的壓力大小。(3)若傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng),試討論滑塊到達(dá)c點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能Ek與傳送帶速率v的關(guān)系。【解析】(1)小滑塊從p到a做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則:qEmgqv0Bmv02h解得v0ghBE。(2)小滑塊進(jìn)入金屬管形軌道將失去電荷,所以從a到b的過(guò)程中,不受電場(chǎng)力和洛倫茲力作用,機(jī)械能守恒,則:12mv02+mgR12mvb2在b點(diǎn):FNb-mgmvb2R解得FNb3mg+mg2h2B2RE2。(3)若傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),滑塊的受力與運(yùn)動(dòng)情況與傳送帶靜止不動(dòng)時(shí)相同,故滑塊到達(dá)c點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能為零,與傳送帶的速度無(wú)關(guān)。若傳送帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),設(shè)恰好使物體一直加速時(shí)傳送帶速度大小為vc,則fL12mvc2-12mvb2傳送帶靜止時(shí)有:-fL0-12mvb2綜合(2)聯(lián)立方程解得:vc4gR+2g2h2B2E2所以傳送帶順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),滑到c點(diǎn)的動(dòng)能與傳送帶速率v的關(guān)系是:若0<v<4gR+2g2h2B2E2,則Ek12mv2;若v4gR+2g2h2B2E2,則:Ek12mvc22mgR+mg2h2B2E2。8