高三物理專題復習練習題

高三物理專題復習練習題——帶電粒子在復合場中的運動班級姓名座號1．(14分)如圖所示，在S點有一電量為q、質(zhì)量為m的靜止帶電粒子，被加速電壓為U的勻強電場加速后，從正中央垂直射入電壓也為U的勻強偏轉(zhuǎn)電場，偏轉(zhuǎn)極板長度和極板間距離均為L，帶電粒子離開偏轉(zhuǎn)電場后進入一個左邊界與偏轉(zhuǎn)電場右邊界相距也為L的垂直紙面方向的勻強磁場。若不計粒子重力影響，通過周期性地改變偏轉(zhuǎn)電場的方向，可使帶電粒子通過某路徑返回S點，求：(1)磁感應強度為多少?(2)勻強磁場的寬度D至少為多少?2．如圖所示的區(qū)域中，左邊為垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，右邊是一個電場強度大小未知的勻強電場，其方向平行于OC且垂直于磁場方向。一個質(zhì)量為m，電荷量為－q的帶電粒子從P孔以初速度v0沿垂直于磁場方向進入勻強磁場中，初速度方向與邊界線的夾角θ=60°，粒子恰好從C孔垂直于OC射入勻強電場，最后打在Q點，已知OQ=2OC，不計粒子的重力，求：（1）粒子從P運動到Q所用的時間t；（2）電場強度E的大小；（3）粒子到達Q點的動能EkQ。3.如圖所示，坐標空間中有場強為E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場，y軸為兩種場的分界線，圖中虛線為磁場區(qū)域的右邊界，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為-q的帶電粒子從電場中坐標位置(-l,0)處，以初速度v0沿x軸正方向開始運動，且已知l=(重力不計)。試求：(1)帶電粒子進入磁場時速度的大小?(2)若要使帶電粒子能穿越磁場區(qū)域而不再返回電場中，磁場的寬度d應滿足的條件?4．（16分）如圖甲所示，一對平行放置的金屬板M、N的中心各有一小孔P、Q，PQ連線垂直金屬板；N板右側(cè)的圓A內(nèi)分布有方向垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B，圓半徑為r，且圓心O在PQ的延長線上．現(xiàn)使置于P處的粒子源連續(xù)不斷地沿PQ方向放出質(zhì)量為m、電量為＋q的帶電粒子（帶電粒子的重力和初速度忽略不計，粒子間的相互作用力忽略不計），從某一時刻開始，在板M、N間加上如圖乙所示的交變電壓，周期為T，電壓大小為U．如果只有在每一個周期的0―T/4時間內(nèi)放出的帶電粒子才能從小孔Q中射出，求：MNPQMNPQOd圖甲tUtUMNU-U0圖乙參考答案1．(1)如圖所示．電場對粒子加速．由動能定理得：……①…………②粒子在偏轉(zhuǎn)電場中做類平拋運動，其加速度a為：……③粒子通過偏轉(zhuǎn)電場的時間t為：……④粒子在偏轉(zhuǎn)電場中的側(cè)移距離y1為：………⑤側(cè)向速度vy為：…………⑥而………⑦粒子直線運動過程中再次產(chǎn)生的側(cè)移距離………⑧粒子在磁場中做勻速圓周運動的半徑……⑨而…⑩由幾何關系可知：由以上各式可得：……⑩(2)磁場寬度最小時：⑩代人數(shù)值可得：2．（1）帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，軌跡為三分之一圓弧由(2分)又T=得帶電粒子在磁場中運動的時間(2分)帶電粒子在電場中做類平拋運動，OQ=2OC=2L=v0tE,，tE是帶電粒子在電場中運動的時間(2分)粒子由P運動到Q的時間t=tB+tE=(2分)（2）粒子在電場中沿電場方向做勻加速直線運動：OC=L=解得：E=(2分)（3）根據(jù)動能定理，粒子到達Q點時的動能EKQ滿足：qEL=EKQ(2分)EKQ=(3分)【評注】本題將帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動和在電場中做類平拋運動的問題有機結(jié)合起來，考查學生正確分析運動過程、綜合運用知識解決多過程問題的能力。本題中帶電粒子先在磁場中做勻速圓周運動，離開磁場進入電場后做類平拋運動，解決帶電粒子在磁場中運動的問題，首先要確定其運動軌跡的圓心、半徑和圓心角；解決帶電粒子在電場中做類平拋運動的問題，要將其分解為兩個方向上的直線運動問題進行研究。3.(1)v0(2)d≤解析：(1)帶電粒子在電場中做類平拋運動，設運動的加速度為a，由牛頓運動定律得：qE=ma設粒子出電場、入磁場時速度的大小為v，此時在y軸方向的分速度為vy，粒子在電場中運動的時間t，則有vy=atl=v0t解得：vy=v0v=。(2)設v的方向與y軸的夾角為θ，則有cosθ==得：θ=45°粒子進入磁場后在洛倫茲力作用下做圓周運動，如圖所示，則有：R=由圖中的幾何關系可知，要使粒子穿越磁場區(qū)域，磁場的寬度應滿足的條件為：d≤R(1+cosθ)結(jié)合已知條件，解以上各式可得d≤。4.（16分）解：（1）根據(jù)題意，在每一個周期內(nèi)的t=T/4時刻在P處放出的粒子，恰好在t=3T/4時刻到達Q處，且此時速度為0。設MN間距離為d.在每一個周期內(nèi)的t=T/4時刻至t=3T/4時刻，則：MMNPQOdvθ設在每一個周期內(nèi)的0至t時刻放出的帶電粒子到達Q孔的速度最大。則每一個周期內(nèi)的t時刻放出的帶電粒子到達Q孔時為T/2時刻。則（2）由（1）（2）