2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 題能演練 專題3 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 3.3 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（含解析）

2022年高考物理二輪復(fù)習(xí) 題能演練 專題3 電場(chǎng)和磁場(chǎng) 3.3 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)（含解析）1(xx·海南單科)如圖所示，在x軸上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外；在x軸下方存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與xOy平面平行，且與x軸成45°夾角一質(zhì)量為m、電荷量為q(q0)的粒子以初速度v0從y軸上的P點(diǎn)沿y軸正方向射出，一段時(shí)間后進(jìn)入電場(chǎng)，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)方向相反；又經(jīng)過一段時(shí)間T0，磁場(chǎng)的方向變?yōu)榇怪庇诩埫嫦蚶?，大小不變不?jì)重力(1)求粒子從P點(diǎn)出發(fā)至第一次到達(dá)x軸時(shí)所需時(shí)間；(2)若要使粒子能夠回到P點(diǎn)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值答案：(1)(2)解析：(1)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示設(shè)運(yùn)動(dòng)半徑為R，運(yùn)動(dòng)周期為T，根據(jù)洛倫茲力公式及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有qv0BmT依題意，粒子第一次到達(dá)x軸時(shí)，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過的角度為所需時(shí)間為t1T求得t1.(2)粒子進(jìn)入電場(chǎng)后，先做勻減速運(yùn)動(dòng)，直到速度減小為0，然后沿原路返回做勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)x軸時(shí)速度大小仍為v0，設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為t2，加速度大小為a，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，有qEmav0at2得t2根據(jù)題意，要使粒子能夠回到P點(diǎn)，必須滿足t2T0得電場(chǎng)強(qiáng)度最大值E.2.(xx·重慶理綜)如圖所示，在無限長(zhǎng)的豎直邊界NS和MT間充滿勻強(qiáng)電場(chǎng)，同時(shí)該區(qū)域上、下部分分別充滿方向垂直于NSTM平面向外和向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B和2B，KL為上下磁場(chǎng)的水平分界線，在NS和MT邊界上，距KL高h(yuǎn)處分別有P、Q兩點(diǎn)，NS和MT間距為1.8h.質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子從P點(diǎn)垂直于NS邊界射入該區(qū)域，在兩邊界之間做圓周運(yùn)動(dòng)，重力加速度為g.(1)求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；(2)要使粒子不從NS邊界飛出，求粒子入射速度的最小值；(3)若粒子能經(jīng)過Q點(diǎn)從MT邊界飛出，求粒子入射速度的所有可能值答案：(1)方向豎直向上(2)(96)(3)、解析：(1)設(shè)電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，由題意有mgqE得E，方向豎直向上圖1(2)如圖1所示，設(shè)粒子不從NS邊飛出的入射速度最小值為vmin，對(duì)應(yīng)的粒子在上、下區(qū)域的運(yùn)動(dòng)半徑分別為r1和r2，圓心的連線與NS的夾角為由r，有r1，r2r1由(r1r2)sin r2，r1r1cos h得vmin(96).(3)如圖2所示，設(shè)粒子入射速度為v，粒子在上、下方區(qū)域的運(yùn)動(dòng)半徑分別為r1和r2，粒子第一次通過KL時(shí)距離K點(diǎn)為x圖2由題意有3nx1.8h(n1,2,3，)xx得r1，n<3.5即n1時(shí)，vn2時(shí)，vn3時(shí)，v.規(guī)律探尋帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題，側(cè)重于應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理問題方面的考查，涉及的知識(shí)面廣，綜合性強(qiáng)，解答方式靈活多變，還經(jīng)常以科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的具體問題為背景在處理分析該部分問題時(shí)，要充分挖掘題目的隱含信息，利用題目創(chuàng)設(shè)的情景，對(duì)粒子做好受力分析、運(yùn)動(dòng)過程分析，培養(yǎng)空間想象能力、分析綜合能力、應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力 考題預(yù)測(cè)如圖所示，帶電平行金屬板相距為2R，在兩板間有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，與兩板及左側(cè)邊緣線相切一個(gè)帶正電的粒子(不計(jì)重力)沿兩板間中心線O1O2從左側(cè)邊緣O1點(diǎn)以某一速度射入，恰沿直線通過圓形磁場(chǎng)區(qū)域，并從極板邊緣飛出，在極板間運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t0.若撤去磁場(chǎng)，粒子仍從O1點(diǎn)以相同速度射入，則經(jīng)時(shí)間打到極板上(1)求兩極板間電壓U及粒子的比荷(2)若兩極板不帶電，保持磁場(chǎng)不變，該粒子仍沿中心線O1O2從O1點(diǎn)射入，欲使粒子從兩板左側(cè)間飛出，射入的速度應(yīng)滿足什么條件？答案：(1)(2)0<v<解析：(1)設(shè)粒子從左側(cè)O1點(diǎn)射入的速度為v0，極板長(zhǎng)為L(zhǎng)，粒子在初速度方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則：L(L2R)t0解得：L4R粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)：L2Rv0·aRa2在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則：qqv0B聯(lián)立各式解得：，U.(2)若撤去電場(chǎng)，粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，設(shè)其軌道半徑為r，粒子恰好打到上極板左邊緣時(shí)速度的偏轉(zhuǎn)角為由幾何關(guān)系可知：45°，rrR由牛頓第二定律得：qvBm故使粒子在兩板左側(cè)飛出的條件為0<v<.