高中物理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)解題技巧講解及練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-02 21:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得：，解得，粒子軌道半徑：，，由幾何知識(shí)得：（r1+r2）sinφ=r2，r1+r1cosφ=h，解得：；（3）粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，設(shè)粒子入射速度為v，粒子在上、下區(qū)域的軌道半徑分別為rr2，粒子第一次通過KL時(shí)距離K點(diǎn)為x，由題意可知：3nx= （n=3…），解得：，n＜，即：n=1時(shí)， ，n=2時(shí)，n=3時(shí)，；答：（1）電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為，電場(chǎng)方向豎直向上；（2）要使粒子不從NS邊界飛出，粒子入射速度的最小值為．（3）若粒子經(jīng)過Q點(diǎn)從MT邊界飛出，粒子入射速度的所有可能值為：、或、或．【點(diǎn)睛】本題考查了粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，分析清楚粒子運(yùn)動(dòng)過程、作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡是正確解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用平衡條件、牛頓第二定律即可正確解題，解題時(shí)注意數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用．7．在場(chǎng)強(qiáng)為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一質(zhì)量為m、帶正電q的小球在O靜止釋放，小球的運(yùn)動(dòng)曲線如圖所示．已知此曲線在最低點(diǎn)的曲率半徑為該點(diǎn)到z軸距離的2倍，重力加速度為g．求：(1)小球運(yùn)動(dòng)到任意位置P(x，y)的速率；(2)小球在運(yùn)動(dòng)過程中第一次下降的最大距離ym；(3)當(dāng)在上述磁場(chǎng)中加一豎直向上場(chǎng)強(qiáng)為E()的勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)，小球從O靜止釋放后獲得的最大速率。【來源】江蘇高考物理試題復(fù)習(xí)【答案】(1)；(2) ；(3)?！窘馕觥俊驹斀狻竣怕鍌惼澚Σ蛔龉?，由動(dòng)能定理得 ①解得 ②⑵設(shè)在最大距離處的速率為，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)有 ③且由②知 ④由③④及，得 ⑤⑶小球運(yùn)動(dòng)如圖所示，由動(dòng)能定理得 ⑥由圓周運(yùn)動(dòng)得 ⑦且由⑥⑦及，解得：8．歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一種將質(zhì)子加速對(duì)撞的高能物理設(shè)備，其原理可簡(jiǎn)化如下：兩束橫截面積極小，長(zhǎng)度為l0質(zhì)子束以初速度v0同時(shí)從左、右兩側(cè)入口射入加速電場(chǎng)，出來后經(jīng)過相同的一段距離射入垂直紙面的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域并被偏轉(zhuǎn)，最后兩質(zhì)子束發(fā)生相碰。已知質(zhì)子質(zhì)量為m，電量為e；加速極板AB、A′B′間電壓均為U0，且滿足eU0=mv02。兩磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，半徑均為R，圓心O、O′在質(zhì)子束的入射方向上，其連線與質(zhì)子入射方向垂直且距離為H=R；整個(gè)裝置處于真空中，忽略粒子間的相互作用及相對(duì)論效應(yīng)。(1)試求質(zhì)子束經(jīng)過加速電場(chǎng)加速后(未進(jìn)入磁場(chǎng))的速度ν和磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(2)如果某次實(shí)驗(yàn)時(shí)將磁場(chǎng)O的圓心往上移了，其余條件均不變，質(zhì)子束能在OO′ 連線的某位置相碰，求質(zhì)子束原來的長(zhǎng)度l0應(yīng)該滿足的條件。【來源】湖南省常德市2019屆高三第一次模擬考試?yán)砜凭C合物理試題【答案】(1) ；(2) 【解析】【詳解】解：(1)對(duì)于單個(gè)質(zhì)子進(jìn)入加速電場(chǎng)后，則有：又：解得：；根據(jù)對(duì)稱，兩束質(zhì)子會(huì)相遇于的中點(diǎn)P，粒子束由CO方向射入，根據(jù)幾何關(guān)系可知必定沿OP方向射出，出射點(diǎn)為D，過C、D點(diǎn)作速度的垂線相交于K，則K，則K點(diǎn)即為軌跡的圓心，如圖所示，并可知軌跡半徑r=R根據(jù)洛倫磁力提供向心力有：可得磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度：(2)磁場(chǎng)O的圓心上移了，則兩束質(zhì)子的軌跡將不再對(duì)稱，但是粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)達(dá)半徑認(rèn)為R，對(duì)于上方粒子，將不是想著圓心射入，而是從F點(diǎn)射入磁場(chǎng)，如圖所示，E點(diǎn)是原來C點(diǎn)位置，連OF、OD，并作FK平行且等于OD，連KD，由于OD=OF=FK，故平行四邊形ODKF為菱形，即KD=KF=R，故粒子束仍然會(huì)從D點(diǎn)射出，但方向并不沿OD方向，K為粒子束的圓心由于磁場(chǎng)上移了，故sin∠COF==，∠COF=，∠DOF=∠FKD=對(duì)于下方的粒子，沒有任何改變，故兩束粒子若相遇，則只可能相遇在D點(diǎn)，下方粒子到達(dá)C后最先到達(dá)D點(diǎn)的粒子所需時(shí)間為而上方粒子最后一個(gè)到達(dá)E點(diǎn)的試卷比下方粒子中第一個(gè)達(dá)到C的時(shí)間滯后上方最后的一個(gè)粒子從E點(diǎn)到達(dá)D點(diǎn)所需時(shí)間為要使兩質(zhì)子束相碰，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間滿足聯(lián)立解得9．如圖所示，在xOy坐標(biāo)系中，第Ⅰ、Ⅱ象限內(nèi)無
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