(全國(guó)通用)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第九章 微專(zhuān)題69 帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)(B)加練半小時(shí)(含解析)

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1、帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1.如圖1所示,在直角坐標(biāo)系xOy平面內(nèi)有MQ邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的矩形區(qū)域MNPQ,矩形區(qū)域內(nèi)有水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)為E;在y≥0的區(qū)域內(nèi)有垂直于坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),半徑為R的光滑絕緣空心半圓管ADO固定在坐標(biāo)平面內(nèi),半圓管的一半處于電場(chǎng)中,圓心O1為MN的中點(diǎn),直徑AO為垂直于水平虛線MN,一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(重力不計(jì))從半圓管的O點(diǎn)由靜止釋放,進(jìn)入管內(nèi)后從A點(diǎn)穿出恰能在磁場(chǎng)中做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng). 圖1 (1)該粒子帶哪種電荷?勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為多少? (2)若粒子再次進(jìn)入矩形區(qū)域MNPQ時(shí)立即撤去磁場(chǎng),此后粒子恰好從QP的

2、中點(diǎn)C離開(kāi)電場(chǎng).求矩形區(qū)域的MQ邊長(zhǎng)L與R的關(guān)系. (3)在滿足(2)的基礎(chǔ)上,求粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的時(shí)間. 2.(2018·河南省新鄉(xiāng)市一模)如圖2所示,在直角坐標(biāo)系xOy平面的四個(gè)象限內(nèi)各有一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形區(qū)域,其中在第二象限內(nèi)有垂直坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),第一、三、四象限內(nèi)有垂直坐標(biāo)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),各磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均相等.第一象限的x<L、L<y<2L的區(qū)域內(nèi),有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng).現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子從坐標(biāo)(L,)處以初速度v0沿x軸負(fù)方向射入電場(chǎng),射出電場(chǎng)時(shí)通過(guò)坐標(biāo)(0,L)點(diǎn),不計(jì)

3、粒子重力. 圖2 (1)求電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小; (2)為使粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后途經(jīng)坐標(biāo)原點(diǎn)O到達(dá)坐標(biāo)(-L,0)點(diǎn),求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??; (3)求第(2)問(wèn)中粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)到從坐標(biāo)(-L,0)點(diǎn)射出磁場(chǎng)整個(gè)過(guò)程所用的時(shí)間. 答案精析 1.(1)正電荷  (2)L=2R (3)(+1) 解析 (1)粒子由靜止進(jìn)入管內(nèi),必須帶正電荷. 粒子從O到A過(guò)程中由動(dòng)能定理得qER=mv2. 從A點(diǎn)穿出后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有qvB=. 聯(lián)立解得B=. (2)粒子再次進(jìn)入矩形區(qū)域后做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),由題意得 R=at2,a=,L=vt. 聯(lián)立解得L=2R. (3)粒子從A

4、點(diǎn)到矩形邊界MN的過(guò)程中,有 t1=T=×=×=. 從矩形邊界MN到C點(diǎn)的過(guò)程中,有 t2==. 故所求時(shí)間t=t1+t2=(+1). 2.(1) (2)(n=1,2,3…) (3) 解析 (1)帶電粒子在電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),有L=v0t,=at2,qE=ma,聯(lián)立解得E=. (2)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),vy=at=v0,速度方向與y軸負(fù)方向夾角的正切值tanθ==1,速度大小v==v0,設(shè)x為粒子每個(gè)偏轉(zhuǎn)圓弧對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性,粒子能到達(dá)(-L,0)點(diǎn),應(yīng)滿足L=2nx,其中n=1,2,3…粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示,每個(gè)偏轉(zhuǎn)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為;當(dāng)滿足L=(2n+1)x時(shí),粒子軌跡如圖乙所示,由于x<-L區(qū)域沒(méi)有磁場(chǎng),因此粒子實(shí)際不能從(-L,0)點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng),這種情況不考慮.設(shè)圓弧的半徑為R,圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為,則有x=R,此時(shí)滿足L=2nx,聯(lián)立可得R=(n=1,2,3…), 洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律有qvB=m, 得B=(n=1,2,3…) (3)粒子從進(jìn)入磁場(chǎng)到從坐標(biāo)(-L,0)點(diǎn)射出磁場(chǎng)整個(gè)過(guò)程中,圓心角的總和θ=2n××2=2nπ,t=T×==. 5

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