新教材2023_2024學(xué)年高中物理第1章磁吃電流的作用專題提升3帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動分層作業(yè)課件教科版選擇性必修第二冊

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第一章專題提升3　帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動12345678910111.(2023江蘇南京第一中學(xué)高二期末)如圖所示,實(shí)線表示豎直平面內(nèi)勻強(qiáng)電場的電場線,電場線與水平方向成α角,勻強(qiáng)磁場與電場正交,垂直紙面向里。有一帶電液滴沿斜向上的虛線L做直線運(yùn)動,L與水平方向成θ角,且α>θ,下列說法正確的是(　　)A.液滴一定帶負(fù)電B.液滴一定做勻速直線運(yùn)動C.電場線的方向一定斜向下D.液滴可能做勻變速直線運(yùn)動B解析 帶電液滴受豎直向下的重力G、沿電場線方向的電場力F、垂直于速度方向的洛倫茲力F洛,由于α>θ,這三個(gè)力的合力不可能沿帶電液滴的速度方向,因此這三個(gè)力的合力一定為零,帶電液滴做勻速直線運(yùn)動,不可能做勻變速直線運(yùn)動,故B正確,D錯誤;當(dāng)帶電液滴帶正電,且電場線方向斜向上時(shí),帶電液滴受豎直向下的重力G、沿電場線向上的電場力F、垂直于速度方向斜向左上方的洛倫茲力F洛作用,這三個(gè)力的合力可能為零,帶電液滴沿虛線L做勻速直線運(yùn)動,如果帶電液滴帶負(fù)電或電場線方向斜向下時(shí),帶電液滴所受合力不為零,不可能沿直線運(yùn)動,故A、C錯誤。123456789101112345678910112.(2023天津新華中學(xué)高二期末)如圖所示的區(qū)域內(nèi)存在方向互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,其中電場方向豎直向下, 磁場方向垂直紙面向里。一個(gè)質(zhì)量為m的帶電液滴,在與勻強(qiáng)磁場垂直的豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。下列關(guān)于這個(gè)帶電液滴的電性和轉(zhuǎn)動方向說法正確的是(　　)A.一定帶正電,沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動B.一定帶負(fù)電,沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動C.一定帶負(fù)電,但轉(zhuǎn)動方向不能確定D.電性和轉(zhuǎn)動方向都不能確定B解析 帶電液滴在與勻強(qiáng)磁場垂直的豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,可知電場力與重力平衡,電場力向上,則帶電液滴一定帶負(fù)電,根據(jù)左手定則可知,帶電液滴沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。故選B。123456789101112345678910113.(多選)(2023重慶高二期末)一質(zhì)量為m、電荷量為q的微粒,以與水平方向成θ角的速度v,從O點(diǎn)進(jìn)入方向如圖所示的正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場組成的混合場區(qū),該微粒在電場力、洛倫茲力和重力的共同作用下,恰好沿直線運(yùn)動到A,下列說法正確的是(　　)A.該微?？赡軒д姾葿.該微粒從O到A的運(yùn)動一定是勻速直線運(yùn)動C.該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為D.該電場的電場強(qiáng)度為BD1234567891011解析 假設(shè)微粒帶正電,電場力向左,洛倫茲力垂直于OA線斜向右下方,則電場力、洛倫茲力和重力不能平衡,則假設(shè)錯誤,微粒帶負(fù)電,故A錯誤;微粒如果做勻變速運(yùn)動,重力和電場力不變,而洛倫茲力變化,微粒不能沿直線運(yùn)動,所以微粒從O到A的運(yùn)動一定是勻速直線運(yùn)動,故B正確;微粒受力如圖所示,根據(jù)平衡條件和幾何關(guān)系可得qE=qvBsin θ,mg=qvBcos θ,解得12345678910114.(2023湖南株洲高二期末)如圖所示,在直角坐標(biāo)系xOy的第一象限區(qū)域中,有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度的大小為E。在第二象限有一半徑為R=a的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場的圓心O'坐標(biāo)為(-a,a),與坐標(biāo)軸分別相切于P點(diǎn)和N點(diǎn),磁場方向垂直紙面向里。電子以初速度v0在紙面內(nèi)從P點(diǎn)沿PO'方向進(jìn)入磁場,恰好能沿x軸正方向從N點(diǎn)離開磁場,進(jìn)入電場區(qū)域。忽略電子間的相互作用力,不計(jì)電子的重力,已知電子的電荷量和質(zhì)量分別為e和m。(1)求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。(2)若只將電子初速度變?yōu)? v0,求:①電子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間;②電子運(yùn)動過程中距離x軸最遠(yuǎn)時(shí)的坐標(biāo)。123456789101112345678910111234567891011②電子進(jìn)入電場時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為30°,將電子的運(yùn)動分解得豎直方向速度v1= v0sin 30°,電子從進(jìn)入電場到豎直方向由運(yùn)動學(xué)公式,有v2=v1-a't'根據(jù)牛頓第二定律,有eE=ma'12345678910115.(2023廣東廣州高二開學(xué)考試)如圖所示,在坐標(biāo)系xOy的第二象限存在勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于xOy平面向里;第三象限內(nèi)有沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場;第四象限的某圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為第二象限磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度的4倍。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以速率v自y軸的A點(diǎn)斜射入磁場,經(jīng)x軸上的C點(diǎn)以沿y軸負(fù)方向的速度進(jìn)入電場,然后從y軸負(fù)半軸上的D點(diǎn)射出,最后粒子以沿著y軸正方向的速度經(jīng)過x軸上的Q點(diǎn)。已知OA= d,OC=d,OD= d,OQ=4d,不計(jì)粒子重力。求:(1)第二象限磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)粒子由A至D過程所用的時(shí)間;(3)粒子在第四象限圓形磁場區(qū)域的軌跡半徑及該圓形磁場區(qū)域的最小面積。1234567891011解析 (1)由題意畫出粒子軌跡圖,如圖所示粒子在第二象限做勻速圓周運(yùn)動,設(shè)粒子在第二象限做勻速圓周運(yùn)動的半徑為r,由牛頓第二定律有12345678910111234567891011故粒子在第四象限運(yùn)動的軌跡必定與D、Q速度所在直線相切,由于粒子運(yùn)動軌跡半徑為d,故粒子在第四象限運(yùn)動的軌跡是如圖所示的軌跡圓O21234567891011該軌跡圓與vD速度所在直線相切于M點(diǎn)、與vQ速度所在直線相切于N點(diǎn),連接MN,由幾何關(guān)系可知MN= d由于M點(diǎn)、N點(diǎn)必須在磁場內(nèi),即線段MN在磁場內(nèi),故磁場面積最小時(shí)必定是以MN為直徑的圓(如圖所示),即面積最小的磁場半徑為12345678910116.(2023廣東湛江高二期末)如圖所示,在平面直角坐標(biāo)系xOy內(nèi),第Ⅰ象限的等腰直角三角形MNP區(qū)域內(nèi)存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場,y0)的帶電粒子從y軸的M點(diǎn)(0,-L)以與y軸負(fù)方向成θ=60°角、大小為v0的初速度垂直磁場進(jìn)入第四象限,經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)從y軸上的N點(diǎn)(0,L)進(jìn)入第二象限,又經(jīng)電場作用垂直于x軸從x軸上的A點(diǎn)直接進(jìn)入第三象限的矩形磁場區(qū)域,該矩形一條邊與x軸重合,最后返回M點(diǎn)時(shí)速度方向與初速度v0方向相同,不計(jì)粒子重力,求:(1)第一、四象限內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B1;(2)第二象限內(nèi)電場強(qiáng)度的大小E;(3)第三象限內(nèi)矩形磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B2及矩形區(qū)域磁場的最小面積。1234567891011解析 (1)粒子在第一、二、四象限內(nèi)的運(yùn)動軌跡如圖所示 1234567891011(2)粒子進(jìn)入第二象限后受水平向右的電場力作用,從N點(diǎn)運(yùn)動至A點(diǎn)的運(yùn)動可以看成是類平拋的逆過程,有1234567891011(3)粒子從A點(diǎn)進(jìn)入矩形磁場時(shí)的速度大小為v1=v0cos 60°=設(shè)粒子從C點(diǎn)射出矩形磁場,正對著M點(diǎn),速度與初速度v0共線,圓心為O″,半徑為r1,如圖所示12345678910119.(2023江蘇南通高二期末)如圖甲所示,有一半徑為R、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,右側(cè)與y軸相切,下側(cè)與x軸相切于A點(diǎn)。一群速率相同的同種正電粒子沿不同方向從坐標(biāo)A點(diǎn)處射入磁場,所有粒子平行于x軸從磁場中射出,而后擊中右側(cè)的感光板,感光板與y軸的距離為1.5R,已知粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,不計(jì)粒子的重力和粒子間的相互作用。甲 乙1234567891011(1)求粒子速率v0的大小。(2)若在y軸與感光板之間充滿垂直紙面的勻強(qiáng)磁場,求能使粒子擊中感光板的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的范圍。(3)若在y軸與感光板之間加上與y軸平行,大小、方向按圖乙變化的電場,其中 ,設(shè)粒子在電場中運(yùn)動的時(shí)間遠(yuǎn)小于電場的周期,求粒子打在感光板上的范圍。?123456789101112345678910111234567891011(3)粒子進(jìn)入電場后,由于粒子在電場中運(yùn)動的時(shí)間遠(yuǎn)小于電場的周期,所以粒子在電場中均可看作類平拋運(yùn)動,由牛頓第二定律得qE0=ma在x方向1.5R=v0t對向上偏轉(zhuǎn)最大的粒子y1= at2由以上各式解得y1=2R對向下偏轉(zhuǎn)最大的粒子y2= at2由以上各式解得y2=2R在感光板上的總長度為y1+y2+2R=6R所以粒子打在感光板上的范圍為-2R