高考物理帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動(dòng)壓軸難題二輪復(fù)習(xí)及答案(編輯修改稿)
2025-04-05 05:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 電的絕緣小球P以水平初速度v0向Q運(yùn)動(dòng)，兩小球P、Q可視為質(zhì)點(diǎn)，正碰過程中沒有機(jī)械能損失且電荷量不發(fā)生轉(zhuǎn)移．已知?jiǎng)驈?qiáng)電場的電場強(qiáng)度，水平臺(tái)面距地面高度，重力加速度為g，不計(jì)空氣阻力．（1）求P、Q兩球首次發(fā)生彈性碰撞后小球Q的速度大??；（2）P、Q兩球首次發(fā)生彈性碰撞后，經(jīng)過多少時(shí)間小球P落地？落地點(diǎn)與平臺(tái)邊緣間的水平距離多大？（3）若撤去勻強(qiáng)電場，并將小球Q重新放在平臺(tái)邊緣、小球P仍以水平初速度向Q運(yùn)動(dòng)，小球Q的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示（平臺(tái)足夠高，小球Q不與地面相撞）．求小球Q在運(yùn)動(dòng)過程中的最大速度和第一次下降的最大距離H．【來源】2019年湖北省黃岡中學(xué)高考三模物理試題【答案】（1）（2）；（3）【解析】【詳解】（1）小球P、Q首次發(fā)生彈性碰撞時(shí)，取向右為正方向，由動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒，得：聯(lián)立解得（2）對(duì)于小球Q，由于，故Q球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力，則經(jīng)過一個(gè)周期的時(shí)間小球P、Q再次發(fā)生彈性碰撞，由（1）可知碰后小球P離開平臺(tái)后做平拋運(yùn)動(dòng)，平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2，則有，代入數(shù)據(jù)，得：故P與Q首次發(fā)生碰撞后到落地，經(jīng)過的時(shí)間落地點(diǎn)與平臺(tái)邊緣的水平距離（3）PQ相碰后，Q球速度vQ=v0，碰撞后Q球開始運(yùn)動(dòng)至Q球第一次運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)Q球有最大速度，故從碰撞后Q球開始運(yùn)動(dòng)至Q球第一次運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)過程，對(duì)Q球由動(dòng)量定理得：即又由動(dòng)能定理可得，解得：6．如圖所示，在第一象限內(nèi)存在勻強(qiáng)電場，電場方向與x軸成45176。角斜向左下，在第四象限內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場區(qū)域，該區(qū)域是由一個(gè)半徑為R的半圓和一個(gè)長為2R、寬為的矩形組成，磁場的方向垂直紙面向里．一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子(重力忽略不計(jì))以速度v從Q(0，3R)點(diǎn)垂直電場方向射入電場，恰在P(R，0)點(diǎn)進(jìn)入磁場區(qū)域．(1)求電場強(qiáng)度大小及粒子經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)的速度大小和方向；(2)為使粒子從AC邊界射出磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)滿足什么條件；(3)為使粒子射出磁場區(qū)域后不會(huì)進(jìn)入電場區(qū)域，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)不大于多少?【來源】【市級(jí)聯(lián)考】山東省泰安市2019屆高三第二次模擬考試?yán)砭C物理試題【答案】(1) ；，速度方向沿y軸負(fù)方向(2)(3)【解析】【分析】【詳解】（1）在電場中，粒子沿初速度方向做勻速運(yùn)動(dòng)沿電場力方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a設(shè)粒子出電場時(shí)沿初速度和沿電場力方向分運(yùn)動(dòng)的速度大小分別為、合速度、聯(lián)立可得進(jìn)入磁場的速度，速度方向沿y軸負(fù)方向（2）由左手定則判定，粒子向右偏轉(zhuǎn)，當(dāng)粒子從A點(diǎn)射出時(shí)，運(yùn)動(dòng)半徑由得當(dāng)粒子從C點(diǎn)射出時(shí)，由勾股定理得解得由得根據(jù)粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)半徑隨磁場減弱而增大，可以判斷，當(dāng)時(shí)，粒子從AC邊界射出（3）為使粒子不再回到電場區(qū)域，需粒子在CD區(qū)域穿出磁場，設(shè)出磁場時(shí)速度方向平行于x軸，其半徑為，由幾何關(guān)系得解得由得磁感應(yīng)強(qiáng)度小于，運(yùn)轉(zhuǎn)半徑更大，出磁場時(shí)速度方向偏向x軸下方，便不會(huì)回到電場中7．如圖所示，在豎直平面（紙面）內(nèi)有長為l的CD、EF兩平行帶電極板，上方CD為正極板，下方EF為負(fù)極板，兩極板間距為l，O點(diǎn)為兩極板邊緣C、E兩點(diǎn)連線的中點(diǎn)；兩極板右側(cè)為邊長為l的正方形勻強(qiáng)磁場區(qū)域磁場方向垂直紙面向外。離子源P產(chǎn)生的電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子飄入電壓為U1的加速電場，其初速度幾
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