物理高考物理帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)題-展示頁
2025-04-01 22:28本頁面
【正文】 根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)結(jié)合物理情景確定物體的受力情況。(1)求微粒所帶電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大??；(2)求電場(chǎng)變化的周期；(3)改變寬度，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求的最小值?！窘馕觥俊驹斀狻浚?）做直線運(yùn)動(dòng)有，根據(jù)平衡條件有：①做圓周運(yùn)動(dòng)有：②只有電場(chǎng)時(shí)，粒子做類平拋，有：③④⑤解得：⑥粒子速度大小為：⑦速度方向與x軸夾角為：⑧粒子與x軸的距離為：⑨（2）撤電場(chǎng)加上磁場(chǎng)后，有：⑩解得：⑾.粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示圓心C位于與速度v方向垂直的直線上，該直線與x軸和y軸的夾角均為，有幾何關(guān)系得C點(diǎn)坐標(biāo)為：⑿⒀過C作x軸的垂線，在ΔCDM中：⒁⒂）解得：⒃M點(diǎn)橫坐標(biāo)為：⒄5．如圖1所示，寬度為的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)（邊界為），存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng)（如圖2所示），電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為，表示電場(chǎng)方向豎直向上。一、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)專項(xiàng)訓(xùn)練1．離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng)，某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化原理如圖所示，截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū)．I為電離區(qū)，將氙氣電離獲得1價(jià)正離子；II為加速區(qū)，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩端加有電壓，形成軸向的勻強(qiáng)電場(chǎng)．I區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入II區(qū)，被加速后以速度vM從右側(cè)噴出．I區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在離軸線R/2處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速度范圍的電子．假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng)，截面如圖所示（從左向右看）．電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角（0α90?）．推進(jìn)器工作時(shí)，向I區(qū)注入稀薄的氙氣．電子使氙氣電離的最小速度為v0，電子在I區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大，電離效果越好．已知離子質(zhì)量為M；電子質(zhì)量為m，電量為e．（電子碰到器壁即被吸收，不考慮電子間的碰撞）．（1）求II區(qū)的加速電壓及離子的加速度大??；（2）為取得好的電離效果，請(qǐng)判斷I區(qū)中的磁場(chǎng)方向（按圖2說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”）；（3）α為90176。時(shí)，要取得好的電離效果，求射出的電子速率v的范圍；（4）要取得好的電離效果，求射出的電子最大速率vmax與α角的關(guān)系．【來源】2014年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試?yán)砜凭C合能力測(cè)試物理（浙江卷帶解析)【答案】（1）（2）垂直于紙面向外（3）（4）【解析】【分析】【詳解】（1）離子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得：,得：．離子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系得:,得：．（2）要取得較好的電離效果，電子須在出射方向左邊做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，即為按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可知，此刻Ⅰ區(qū)磁場(chǎng)應(yīng)該是垂直紙面向外．（3）當(dāng)時(shí)，最大速度對(duì)應(yīng)的軌跡圓如圖一所示，與Ⅰ區(qū)相切，此時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為洛倫茲力提供向心力，有得即速度小于等于此刻必須保證．（4）當(dāng)電子以角入射時(shí)，最大速度對(duì)應(yīng)軌跡如圖二所示，軌跡圓與圓柱腔相切，此時(shí)有：，由余弦定理有，聯(lián)立解得：再由：，得．考點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【名師點(diǎn)睛】該題的文字?jǐn)⑹鲚^長(zhǎng)，要求要快速的從中找出物理信息，創(chuàng)設(shè)物理情境；平時(shí)要注意讀圖能力的培養(yǎng)，以及幾何知識(shí)在物理學(xué)中的應(yīng)用，解答此類問題要有畫草圖的習(xí)慣，以便有助于對(duì)問題的分析和理解；再者就是要熟練的掌握帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和半徑公式的應(yīng)用．2．如圖，絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始沿MN下滑，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開MN做曲線運(yùn)動(dòng)．A、C兩點(diǎn)間距離為h，重力加速度為g．（1）求小滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小vc；（2）求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf；（3）若D點(diǎn)為小滑塊在電場(chǎng)力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過程中速度最大的位置，當(dāng)小滑塊運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)撤去磁場(chǎng)，此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到水平地面上的P點(diǎn)．已知小滑塊在D點(diǎn)時(shí)的速度大小為vD，從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為t，求小滑塊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)速度的大小vp.【來源】2015年全國普通高等學(xué)校招生統(tǒng)一考試物理（福建卷帶解析)【答案】（1）E/B （2）（3）【解析】【分析】【詳解】小滑塊到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開MN，此時(shí)與MN間的作用力為零，對(duì)小滑塊受力分析計(jì)算此時(shí)的速度的大??；由動(dòng)能定理直接計(jì)算摩擦力做的功Wf；撤去磁場(chǎng)后小滑塊將做類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)分運(yùn)動(dòng)計(jì)算最后的合速度的大?。唬?）由題意知，根據(jù)左手定則可判斷，滑塊在下滑的過程中受水平向左的洛倫茲力，當(dāng)洛倫茲力等于電場(chǎng)力qE時(shí)滑塊離開MN開始做曲線運(yùn)動(dòng)，即解得：（2）從A到C根據(jù)動(dòng)能定理： 解得： （3）設(shè)重力與電場(chǎng)力的合力為F，由圖意知，在D點(diǎn)速度vD的方向與F地方向垂直，
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