【物理】物理帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)題20套(帶答案)含解析-文庫(kù)吧資料
2025-03-30 22:47本頁(yè)面
【正文】 磁感應(yīng)強(qiáng)度有一個(gè)質(zhì)量，電荷量的帶正電粒子，該粒子的初速度，從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿與x軸成角的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，經(jīng)過磁場(chǎng)和電場(chǎng)的作用，粒子從O點(diǎn)出發(fā)后第四次經(jīng)過x軸時(shí)剛好又回到O點(diǎn)處，設(shè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的區(qū)域足夠?qū)?，不?jì)粒子重力，求：帶電粒子第一次經(jīng)過x軸時(shí)的橫坐標(biāo)是多少？電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小及帶電粒子從O點(diǎn)出發(fā)到再次回到O點(diǎn)所用的時(shí)間．【答案】帶電粒子第一次經(jīng)過x軸時(shí)的橫坐標(biāo)是；電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小為，帶電粒子從O點(diǎn)出發(fā)到再次回到O點(diǎn)所用的時(shí)間為【解析】【分析】(1)粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用下做一段圓弧后第一次經(jīng)過x軸，根據(jù)洛倫茲力提供向心力公式求出半徑，再根據(jù)幾何關(guān)系求出坐標(biāo)；(2)然后進(jìn)入電場(chǎng)中，恰好做勻減速運(yùn)動(dòng)直到速度為零后又返回，以相同速率再次進(jìn)入磁場(chǎng)仍在洛倫茲力作用下又做一段圓弧后，由粒子在電場(chǎng)中的類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)垂直電場(chǎng)方向位移與速度關(guān)系，沿電場(chǎng)方向位移與時(shí)間關(guān)系，結(jié)合牛頓第二定律求出E，三個(gè)過程的總時(shí)間即為總時(shí)間．【詳解】①粒子在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力的作用沿圓弧運(yùn)動(dòng)，洛侖茲力提供向心力，半徑，根據(jù)圓的對(duì)稱性可得粒子在磁場(chǎng)中第一次偏轉(zhuǎn)所對(duì)的圓心角為，則第一次經(jīng)過x軸時(shí)的橫坐標(biāo)為②第一次進(jìn)入電場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)方向與電場(chǎng)方向相反，做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，速度減為零后又反向加速返回磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中沿圓周運(yùn)動(dòng)，再次進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)速度方向剛好垂直電場(chǎng)方向，在電場(chǎng)力的作用下偏轉(zhuǎn)，打在坐標(biāo)原點(diǎn)O處，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示．由幾何關(guān)系可得，第二次進(jìn)入電場(chǎng)中的位移為，在垂直電場(chǎng)方向的位移，運(yùn)動(dòng)時(shí)間在沿電場(chǎng)方向上的位移，又因得根據(jù)牛頓第二定律所以電場(chǎng)強(qiáng)度粒子從第一次進(jìn)入電場(chǎng)到再返回磁場(chǎng)的時(shí)間，粒子在磁場(chǎng)中兩段運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之和剛好是做一個(gè)完整圓周運(yùn)動(dòng)的周期所以粒子從出發(fā)到再回到原點(diǎn)的時(shí)間為【點(diǎn)睛】本題考查帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中兩運(yùn)動(dòng)模型：勻速圓周運(yùn)動(dòng)與類平拋運(yùn)動(dòng)，及相關(guān)的綜合分析能力，以及空間想像的能力，應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力．12．如圖所示，在豎直平面內(nèi)有一直角坐標(biāo)系xOy，在直角坐標(biāo)系中y軸和x＝L之間有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，在電場(chǎng)的右側(cè)以點(diǎn)(3L,0)為圓心、L為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在y軸上A點(diǎn)(0，L)處沿x軸正方向射出一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電的粒子，粒子經(jīng)電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，沿半徑方向射入磁場(chǎng)，并恰好豎直向下射出磁場(chǎng)，粒子的重力忽略不計(jì)，求：(結(jié)果可含根式)(1)粒子的初速度大??；(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大?。敬鸢浮浚?） （2）【解析】【詳解】（1）粒子射入電場(chǎng)中并在電場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由于能沿半徑方向進(jìn)入磁場(chǎng)，因此其處電場(chǎng) 后的軌跡如圖所示，出電場(chǎng)后的速度方向的反向延長(zhǎng)線交于在電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的水平位移的中點(diǎn)：則由幾何關(guān)系可知粒子在電場(chǎng)中的豎直位移y滿足解得豎直方向水中方向在電場(chǎng)中根據(jù)牛頓第二定律聯(lián)立可以得到（2）設(shè)粒子進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)的軌跡與磁場(chǎng)邊界交點(diǎn)為C，由于粒子出磁場(chǎng)時(shí)方向沿y軸負(fù)方向，因此粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心在點(diǎn)，連接和C點(diǎn)，交x軸與D點(diǎn)，做垂直x軸，垂直為F．由幾何關(guān)系解得由于，故與全等，可以得到則因此粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為粒子出電場(chǎng)時(shí)速度沿y軸負(fù)方向的分速度因此粒子進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)的速度為粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有解得點(diǎn)睛：本題考查了粒子在電場(chǎng)與磁場(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)軌跡是解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律、牛頓第二定律即可解題．13．如圖所示，在x軸上方有垂直xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=B0，在x軸下方有交替分布的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)平行于y軸，勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2=2B0垂直于xOy平面，圖象如圖所示．一質(zhì)量為m，電量為q的粒子在時(shí)刻沿著與y軸正方向成60176。⑦聯(lián)立③⑤⑥⑦解得： 故場(chǎng)強(qiáng)E1的取值范圍為 ，環(huán)打在桌面上的范圍為．7．如圖所示，在第一象限內(nèi)存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與x軸成45176。⑤環(huán)在極板內(nèi)做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)離開小孔時(shí)的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理，有：qE1x1=mv2⑥聯(lián)立③④⑤⑥解得： 若環(huán)繞大圓運(yùn)動(dòng)，則R2=（）2+（2d）2解得：，方向沿y軸正方向（3）環(huán)打在桌面上的范圍可畫得如圖所示，臨界點(diǎn)為P、Q，則若環(huán)繞小圓運(yùn)動(dòng)，則R=②①②解得：x1=d ③①而x1+x2=d mx13mx2=0（不計(jì)粒子重力，不考慮極板外的電場(chǎng)）（1）求粒子到達(dá)時(shí)的速度大小和極板距離（2）為使粒子不與極板相撞，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小應(yīng)滿足的條件。）=2L；（4）粒子運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期的軌跡如上圖，粒子從P1到P2做類平拋運(yùn)動(dòng)：t1=在磁場(chǎng)中由P2到M動(dòng)時(shí)間：t2==從M運(yùn)動(dòng)到N，a==則t3==則一個(gè)周期的時(shí)間T=2（t1+t2+t3）=．5．(18分)如圖甲所示，相隔一定距離的豎直邊界兩側(cè)為相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，在邊界上固定兩長(zhǎng)為L(zhǎng)的平行金屬極板MN和PQ，兩極板中心各有一小孔、兩極板
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