2019屆高考物理(人教版)第一輪復(fù)習(xí)課時(shí)作業(yè) x3-1-8-4(小專題)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).doc

第4課時(shí)(小專題)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1. (2014全國(guó)大綱卷，25)如圖1所示，在第一象限存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xOy平面)向外；在第四象限存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿x軸負(fù)向。在y軸正半軸上某點(diǎn)以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子，該粒子在(d,0)點(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場(chǎng)。不計(jì)重力。若該粒子離開電場(chǎng)時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為，求：圖1(1)電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值； (2)該粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。解析(1)如圖，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，粒子質(zhì)量與所帶電荷量分別為m和q，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R0。由洛倫茲力公式及牛頓第二定律得qv0Bm由題給條件和幾何關(guān)系可知R0d設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，粒子進(jìn)入電場(chǎng)后沿x軸負(fù)方向的加速度大小為ax，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，離開電場(chǎng)時(shí)沿x軸負(fù)方向的速度大小為vx。由牛頓第二定律及運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得Eqmaxvxaxttd由于粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)(如圖)，有tan 聯(lián)立式得v0tan2 (2)聯(lián)立式得t答案(1)v0tan2 (2)(2014杭州市第二次質(zhì)量檢測(cè))如圖所示，粒子源能放出初速度為0，比荷均為1.6104 C/kg的帶負(fù)電粒子，進(jìn)入水平方向的加速電場(chǎng)中，加速后的粒子正好能沿圓心方向垂直進(jìn)入一個(gè)半徑為r0.1 m的圓形磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系為B0.5sin t(T)，在圓形磁場(chǎng)區(qū)域右邊有一屏，屏的高度為h0.6 m，屏距磁場(chǎng)右側(cè)距離為L(zhǎng)0.2 m，且屏中心與圓形磁場(chǎng)圓心位于同一水平線上。現(xiàn)要使進(jìn)入磁場(chǎng)中的帶電粒子能全部打在屏上，試求加速電壓的最小值。解析如圖所示，根據(jù)洛倫茲力公式FqvB可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí)，粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度越大，在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)量越小。故當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度取最大值時(shí)，若粒子恰好不飛離屏，則加速電壓有最小值。設(shè)此時(shí)粒子剛好打在屏的最下端B點(diǎn)，根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)可知：粒子偏離方向的夾角正切值為tan 代入數(shù)據(jù)得tan 即粒子偏離方向的夾角為60由幾何關(guān)系可知：此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中對(duì)應(yīng)的回旋半徑為Rrtan 代入數(shù)據(jù)得R0.1 m帶電粒子在電場(chǎng)中加速時(shí)由動(dòng)能定理得qUmv2帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律可得qvB聯(lián)立得UR2B2代入數(shù)據(jù)得U60 V故加速電壓的最小值為60 V。答案60 V2. (2014貴州省六校聯(lián)盟第一次聯(lián)考)傳送帶和水平面的夾角為37，完全相同的兩輪和傳送帶的切點(diǎn)A、B間的距離為24 m，B點(diǎn)右側(cè)(B點(diǎn)在場(chǎng)的邊緣)有一上下無(wú)限寬、左右邊界間距為d的正交勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B103 T。傳送帶在電機(jī)帶動(dòng)下，以4 m/s速度順時(shí)針勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)將質(zhì)量為m0.1 kg，電荷量q102 C的物體(可視為質(zhì)點(diǎn))輕放于傳送帶的A點(diǎn)，已知物體和傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.8，物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電荷量不變，重力加速度取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8。圖2(1)求物體從A點(diǎn)傳送到B點(diǎn)的時(shí)間；(2)若物體從B點(diǎn)進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則所加的電場(chǎng)強(qiáng)度E大小應(yīng)為多少？若物體仍然從復(fù)合場(chǎng)的左邊界出復(fù)合場(chǎng)，則場(chǎng)的右邊界距B點(diǎn)的水平距離d至少等于多少？解析(1)設(shè)物體在傳送帶上加速度大小為a，則agcos 37gsin 37解得a0.4 m/s2物體達(dá)到與傳送帶速度相同所用時(shí)間設(shè)為t1，速度相同后經(jīng)t2達(dá)到B點(diǎn)，則vat1，t110 sxat，x20 mLABxvt2，所以t21 s到達(dá)B點(diǎn)總時(shí)間tt1t211 s(2)物體在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則qEmg則E100 N/C物體做圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由洛倫茲力提供qvBm軌跡半徑為R0.04 m當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)軌跡與右邊界恰好相切時(shí)，d有最小值，由幾何關(guān)系得sin 37解得d0.016 m答案(1)11 s(2)0.016 m3(2014山東菏澤市二模)如圖3所示，相距為d的平行金屬板M、N間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在xOy直角坐標(biāo)平面內(nèi)，第一象限有沿y軸負(fù)方向場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第四象限有垂直坐標(biāo)平面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子(不計(jì)重力)以初速度v0沿平行于金屬板方向射入兩板間并做勻速直線運(yùn)動(dòng)，從P點(diǎn)垂直y軸進(jìn)入第一象限，經(jīng)過(guò)x軸上的A點(diǎn)射出電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)。已知離子過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸成45角。求：圖3(1)金屬板M、N間的電壓U；(2)離子運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)速度v的大小和由P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)所需時(shí)間t；(3)離子第一次離開第四象限磁場(chǎng)區(qū)域的位置C(圖中未畫出)與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離OC。解析(1)設(shè)平行金屬板M、N間勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E0，則有UE0d因?yàn)殡x子在金屬板方向射入兩板間并做勻速直線運(yùn)動(dòng)有qE0qv0B0解得金屬板M、N間的電壓UB0v0d(2)在第一象限的電場(chǎng)中離子做類平拋運(yùn)動(dòng)，有cos 45故離子運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)的速度vv0又qEma，vyat，tan 45解得離子在