高中物理知识点复习《粒子在复合场中运动》试题预测（2017年最新版） - 高考物理题库

1、计算题如图所示的真空环境中，存在正交的匀强磁场和匀强电场，匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度B=1T，匀强电场的方向水平向左，场强E=10N/C，一带负电的微粒质量m=2×10-6kg，电量q=2×10-6C，它在这一区域中恰好做匀速直线运动，g取10m/s2，求：
（1）这个带电微粒的运动方向和速度大小。
（2）若带电微粒运动到某点P时，突然撤去磁场，经过多少时间微粒将会通过与P点在同一电场线上的Q点？这一过程中带电微粒的电势能的变化量为多少？

参考答案：解：（1）依题意知带电微粒在复合场中受重力、电场力和洛仑兹力三力作用处于平衡状态，如图所示由平衡条件得：f=，tanθ=
又∵f=Bqv
解得：v=20m/s，θ=30°
由左手定则知，速度方向与PQ成α=60°角斜向右上方
（2）在P点，突然撤去磁场粒子在重力和电场力作用下作类平抛运动，将微粒运动分解
竖直方向：初速度vy0=v0sinα，加速度ay=-g
设经时间t微粒运动到Q点，此时y=0
y=vy0t－gt2
解得：t=2s
水平方向：初速度vx0=v0cosα，加速度ax=
经时间t产生位移x=vx0·t+axt2
微粒从P到Q电场力做正功，电势能减少△Ep=-W
而W=Eqx
解得：△Ep=-4.8×10-3J

本题解析：

本题难度：困难

2、计算题如图，在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域内分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右。一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的Q点射出。已知PQ垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d。不计重力，求电场强度与磁感应强度大小之比以及粒子在磁场与电场中运动时间之比。

参考答案：

本题解析：本题考查带电粒子在有界磁场中的运动。

粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图所示。由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直。圆心O应在分界线上，OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得
………①
设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得

……………②

设为虚线与分界线的交点,,则粒子在磁场中的运动时间为……③
式中有………④粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.设粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得…………⑤
由运动学公式有……⑥?………⑦
由①②⑤⑥⑦式得…………⑧
由①③④⑦式得

本题难度：一般

3、计算题如图为回旋加速器的装置图，D型盒的两底边分别为a、b，且相距很近，忽略粒子在其间的运动时间，设D型盒中的匀强磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R，质量为m带电量为q的正电荷在a的中点从静止释放，求：

（1）带电粒子出回旋加速器时的动能
（2）从带电粒子开始运动开始计时，画出Uab一个周期内随时间t变化的图像（横轴用已知量标出）
（3）如果ab间的电压值始终保持为U，带电粒子从静止开始运动到出加速器所用的时间

参考答案：（1）（2）见解析（3）

本题解析：（1）由：??得：
（2）

（3）??得：
点评：做本题的关键是理解回旋加速度器的工作原理

本题难度：一般

4、填空题如图所示，质量为m，带电量为+q的粒子，从两平行电极板正中央垂直电场线和磁感线以速度v飞入。已知两板间距为d，磁感强度为B，这时粒子恰能直线穿过电场和磁场区域（重力不计）。今将磁感强度增大到某值，则粒子将落到极板上。当粒子落到极板上时的动能为______。

参考答案：(mv2-qdvB)/2

本题解析：

本题难度：一般

5、计算题如图所示，圆心在原点、半径为R的圆将xOy平面分为两个区域，在圆内区域Ⅰ（r≤R）和圆外区域Ⅱ（r＞R）分别存在两个磁场方向均垂直于XOY平面的匀强磁场；垂直于XOY平面放置了两块平面荧光屏，其中荧光屏甲平行于X轴放置在Y轴坐标为-2.22R的位置，荧光屏乙平行于Y轴放置在X轴坐标为3.5R的位置。现有一束质量为m、电荷量为q（q＞0）、动能为E0的粒子从坐标为（-R，0）的A点沿X轴正方向射入区域Ⅰ，最终打在荧光屏甲上，出现坐标为（0.4R,? -2.2R，）的亮点。若撤去圆外磁场，粒子打在荧光屏甲上，出现坐标为（0，-2.2R）的亮点M。此时，若将荧光屏甲沿Y轴负方向平移，则亮点的X轴坐标始终保持不变。（不计粒子重力影响）

（1）求在区域Ⅰ和Ⅱ中粒子运动速度v1、v2　的大小。
（2）求在区域Ⅰ和Ⅱ中磁感应强度B1、B2的大小和方向。
（3）若上述两个磁场保持不变，荧光屏仍在初始位置，但从A点沿X轴正方向射入区域Ⅰ的粒子束改为质量为m、电荷量为-q、动能为3E0的粒子，求荧光屏上的亮点的位置。

参考答案：

本题解析：（1）由于在磁场中运动时洛仑兹力不做功，所以在区域Ⅰ和Ⅱ中粒子运动速度大小就是在点入射时初始速度大小，由可得
?①? （2分）
（1）粒子在区域Ⅰ中运动了四分之一圆周后，从点沿轴负方向进入区域Ⅱ的磁场

如图所示，圆周运动的圆心是点，半径为
（1）??②? （2分）
由可得
?③? （2分）
方向垂直平面向外。?④?（1分）
粒子进入区域Ⅱ后做半径为的圆周运动，由
可得
?⑤
圆周运动的圆心坐标为（，），圆周运动轨迹方程为

将点的坐标（，）代入上式，可得
?⑥?（2分）
利用⑤、⑥式得
?⑦?（2分）
方向垂直平面向里。?⑧? （1分）
（3）

如图所示，粒子先在区域Ⅰ中做圆周运动。由可知，运动速度为
类似于⑤式，半径为?⑨ （2分）
由圆心的坐标（，）可知，与的夹角为。通过分析如图的几何关系，粒子从点穿出区域Ⅰ的速度方向与轴正方向的夹角为⑩? （3分）
粒子进入区域Ⅱ后做圆周运动的半径为??（2分）
其圆心的坐标为（，）,即（，），说明圆心恰好在荧光屏乙上。所以，亮点将出现在荧光屏乙上的点，其轴坐标为
?（3分）
点评：根据粒子的坐标，定出圆心，并画出运动轨道，由几何关系来确定半径，从而求出磁感应强度大小及判定其方向．值得注意的是：磁场方向相反时粒子运动圆弧所对应的圆心在一条直线上．