2019-2020年高二物理 寒假作业 第11天 带电粒子在组合场和叠加场中的运动 新人教版.doc

2019-2020年高二物理 寒假作业 第11天 带电粒子在组合场和叠加场中的运动 新人教版考纲要求：难易程度：在如图所示的平行板电容器中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，一带正电的粒子q以速度v沿着图中所示的虚线穿过两板间的空间而不偏转（忽略重力影响）。以下说法正确的是A带电粒子在电磁场中受到的电场力、洛伦兹力相互垂直B若粒子带负电，其他条件不变，则带电粒子向上偏转C若粒子所带电荷量加倍，其他条件不变，则粒子仍沿直线穿过两板D若粒子从右侧沿虚线飞入，其他条件不变，则粒子仍沿直线穿过两板【参考答案】C【试题解析】带正电的粒子受向下的电场力，向上的洛伦兹力，方向共线，选项A错误；因粒子做直线运动，故Eq=Bqv，则E=Bv，则若粒子带负电，其他条件不变，则带电粒子仍沿直线运动，选项B错误；根据E=Bv，若粒子所带电荷量加倍，其他条件不变，则粒子仍沿直线穿过两板，选项C正确；若粒子从右侧沿虚线飞入，其他条件不变，则受电场力向下，洛伦兹力也向下，故则粒子将向下偏转，选项D错误。【知识补给】带电体在复合场中的运动模型1模型概述各种性质的场与实物（分子和原子的构成物质）的根本区别之一是场具有叠加性，即几个场可以同时占据同一空间，从而形成复合场。对于复合场中的力学问题，可以根据力的独立作用原理分别研究每种场力对物体的作用效果，也可以同时研究几种场力共同作用的效果，将复合场等效为一个简单场，然后与重力场中的力学问题进行类比，利用力学的规律和方法进行分析与解答。2解题方法（1）正交分解法：由于带电粒子在匀强电场中所受电场力和重力都是恒力，不受约束的粒子做的都是匀变速运动，因此可以采用正交分解法处理。将复杂的运动分解为两个互相垂直的直线运动，再根据运动合成的方法去求复杂运动的有关物理量。（2）等效“重力”法：将重力与电场力进行合成，合力F合等效为“重力”，a等效为“重力加速度”，F合的方向等效为“重力”的方向。如图所示，甲带负电，乙是不带电的绝缘物块，甲乙叠放在一起，置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现加一水平向左的匀强电场，发现甲、乙间无相对滑动，并一起向右加速运动。在加速运动阶段A甲、乙两物块间的摩擦力不变B甲、乙两物块做加速度减小的加速运动C乙物块与地面之间的摩擦力不断变大D甲、乙两物体可能做匀加速直线运动如图所示，有一混合正离子束先后通过正交电磁场区域和匀强磁场区域，如果这束正离子束在区域中不偏转，进入区域后偏转半径R相同，则它们具有相同的A电荷量 B质量C速度 D比荷如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；P、Q间的加速电场；静电分析器；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片M。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E。由离子源发出一质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，垂直场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿中心线做匀速圆周运动，而后由S点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最终打到胶片上的某点。下列说法中正确的是AP、Q间加速电压为B离子在磁场中运动的半径为C若一质量为4m、电荷量为q的正离子加速后进入静电分析器，离子不能从S射出D若一群离子经过上述过程打在胶片上同一点则这些离子具有相同的比荷如图，空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，电场和磁场相互垂直。在电磁场区域中，有一个竖直放置的光滑绝缘圆环，环上套有一个带正电的小球，小球可沿圆环自由运动。O点为圆环的圆心，a、b、c为圆环上的三个点，a点为最高点，c点为最低点，Ob沿水平方向。已知小球所受电场力与重力大小相等。现将小球从环的顶端a点由静止释放。下列判断正确的是A当小球运动的弧长为圆周长的时，洛伦兹力最大B当小球运动的弧长为圆周长的时，洛伦兹力最大C小球从a点到b点，重力势能减小，电势能增大D小球从b点运动到c点，电势能增大，动能先增大后减小如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转。设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是A适当减小加速电压UB适当减小电场强度EC适当增大加速电场极板之间的距离D适当减小磁感应强度B如图，在xOy平面第一象限整个区域分布匀强电场，电场方向平行于y轴向下，在第四象限内存在有界匀强磁场，左边界为y轴，右边界为的直线，磁场方向垂直纸面向外。质量为m，带电荷量为+q的粒子从y轴上P点以初速度v0垂直y轴射入匀强电场，在电场力作用下从x轴上Q点以与x轴正方向成45角进入匀强磁场，已知OQ=d，不计粒子重力，求：（1）P点坐标；（2）要使粒子能再进入电场，磁感应强度B的取值范围；（3）要使粒子能第二次进入磁场，磁感应强度B的取值范围。如图甲所示，在直角坐标系y轴右侧虚线区域内，分布着场强的匀强电场，方向竖直向上；在y轴左侧虚线区域内，分布着、方向垂直纸面且随时间作周期性变化的磁场，如图乙所示（以垂直纸面向外为正）。虚线所在位置的横坐标在图中已标出。T=0时刻，一质量m=1.61027kg，电荷量的带电粒子（不计重力），从点处以的速度平行于x轴向右射入磁场。（磁场改变方向的瞬间，粒子速度不变）（1）求磁场方向第一次改变时，粒子所处位置的坐标；（2）在图甲中画出粒子从射入磁场到射出电场过程中运动的轨迹；（3）求粒子射出电场时的动能。【参考答案】相同的比荷，选项CD正确，选项AB错误。【名师点拨】带电粒子在正交的匀强电场和匀强磁场中运动，要注意对其进行运动状态的分析和受力分析，此种情况往往会出现电场力和磁场力平衡，从而可得到带电粒子能匀速直线通过正交的匀强电场和匀强磁场的条件，即为。这种问题的本质还是力学问题，往往要按力学的基本思路，运用力学的基本规律研究和解决此类问题。ABD 直线加速过程，根据动能定理，有qU=mv2 ，电场中偏转过程，根据牛顿第二定律，有qE=m，磁场中偏转过程，根据牛顿第二定律，有qvB=m。由解得：U=，故A正确；由上解得r=，故B正确；由式，只要满足，所有粒子都可以在弧形电场区通过，由式，比荷不同的粒子从小孔S进入磁场的粒子速度大小一定不同，故C错误；由解得：r=，打到胶片上同一点的粒子的比荷一定相等，由式，比荷相同，故粒子的速度相同，故D正确。BD 小球受到水平向左的电场力和竖直向下的重力，二力大小相等，故二力的合力方向与水平方向成45向左下，如图，故小球运动到圆弧bc的中点时，速度最大，此时的洛伦兹力最大，故A错误；由A的分析可知，小球运动的弧长为圆周长的时，洛伦兹力最大，故B正确；小球由a到b的过程中，电场力和重力均做正功，重力势能和电势能都减小，故C错误；小球从b点运动到c点，电场力做负功，电势能增加，因力的合力方向与水平方向成45向左下，当小球运动到圆弧bc的中点时速度最大，所以小球从b点运动到c点过程中，动能先增大，后减小，故D正确。B 要使粒子在复合场中做匀速直线运动，故Eq=qvB。根据左手定则可知电子所受的洛伦兹力的方向竖直向下，故电子向上极板偏转的原因是电场力大于洛伦兹力，所以要么减小电场力，要么增大洛伦兹力。根据eU=mv2可得，适当减小加速电压U，可以减小电子在复合场中运动的速度v，从而减小洛伦兹力，故A错误；适当减小电场强度E，即可以减小电场力，故B正确。适当增大加速电场极板之间的距离，根据eU=mv2可得，由于粒子两者间的电压没有变化，所以电子进入磁场的速率没有变化，因此没有改变电场力和洛伦兹力的大小，故C错误。适当减小磁感强度B，可以减小洛伦兹力，故D错误。【名师点睛】本题是综合性较强的题目，物体的运动分成两个阶段：在电场中的加速和在复合场中的匀速直线运动。在解题时要注意运动过程分析和受力分析。（2）粒子刚好能再进入电场的轨迹如图所示，设此时的轨迹半径为，则解得：令粒子在磁场中的速度为v，则根据牛顿第二定律解得要使粒子能再进入电场，磁感应强度B的范围（3）如图所示假设粒子刚好从处磁场边界与电场的交界D处第二次进入磁场，设粒子从P到Q的时间为t，则由粒子在电场中运动对称性可知粒子从第一次出磁场的C点到D的时间为由水平方向的匀速直线运动可得：，综上所述要使粒子能第二次进磁场，磁感应强度B要满足（1）（2）（3）9.61015 J（1）带电粒子在磁场中运动的轨道半径为r解得（2）粒子运动轨迹如图所示 （3）粒子离开磁场后以速度v水平向右射入匀强电场。粒子在电场中沿电场方向运动的位移