2023版新教材高考物理復(fù)習(xí)特訓(xùn)卷考點(diǎn)十一磁場安培力與洛倫茲力第89練帶電粒子在交變電磁場中的運(yùn)動

歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！歡迎閱讀本文檔，希望本文檔能對您有所幫助！第89練帶電粒子在交變電、磁場中的運(yùn)動（時(shí)間30分鐘）思維方法1．先分析在一個(gè)周期內(nèi)粒子的運(yùn)動情況，明確運(yùn)動性質(zhì)，再判斷周期性變化的電場或磁場對粒子運(yùn)動的影響．2．畫出粒子運(yùn)動軌跡，分析運(yùn)動空間上的周期性、時(shí)間上的周期性．1.如圖甲所示，直角坐標(biāo)系xOy中，第二象限內(nèi)有沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場，第一、四象限內(nèi)有垂直坐標(biāo)平面的勻強(qiáng)交變磁場，磁場方向垂直紙面向外為正方向．第三象限內(nèi)有一發(fā)射裝置(沒有畫出)沿y軸正方向射出一個(gè)比荷eq\f(q,m)＝100C/kg的帶正電的粒子(可視為質(zhì)點(diǎn)且不計(jì)重力)，該粒子以v0＝20m/s的速度從x軸上的點(diǎn)A(－2m，0)進(jìn)入第二象限，從y軸上的點(diǎn)C(0，4m)進(jìn)入第一象限．取粒子剛進(jìn)入第一象限的時(shí)刻為0時(shí)刻，第一、四象限內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化．g＝10m/s2.(1)求第二象限內(nèi)電場的電場強(qiáng)度大小；(2)求粒子第一次經(jīng)過x軸時(shí)的位置坐標(biāo)．2．如圖甲所示，小孔A可飄入重力不計(jì)、初速度可忽略的大量帶負(fù)電的粒子，經(jīng)電壓為U0的電場加速后，連續(xù)不斷射入水平放置的平行板并從兩板正中間OO′方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場．所有粒子均能從兩板間通過，然后進(jìn)入在豎直方向上寬度足夠大的勻強(qiáng)磁場中，最后打在磁場右邊界豎直放置的熒光屏上．已知：帶電粒子比荷eq\f(q,m)＝5×104C/kg，加速電場電壓U0＝360V，偏轉(zhuǎn)電場兩極板間距離d＝6cm，極板長度L1＝1.8cm，在偏轉(zhuǎn)電場兩極板間加上如圖乙所示的交流電壓，U＝9600V，變化周期T＝3×10－6s，偏轉(zhuǎn)電場右邊緣到熒光屏距離L2＝36cm，求：(1)帶電粒子穿過偏轉(zhuǎn)電場的時(shí)間t；(2)若t＝0時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的粒子最終恰好垂直打在熒光屏上，則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大？(3)OO′的延長線與熒光屏交于P點(diǎn)，現(xiàn)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′，使t＝0時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的帶電粒子恰好能打在熒光屏上，求形成的光帶的上、下兩端距P點(diǎn)的距離分別為多少？第89練帶電粒子在交變電、磁場中的運(yùn)動1．答案：（1）1N/C（2）（3m，0）解析：（1）帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，粒子從A點(diǎn)到C點(diǎn)用時(shí)t＝eq\f(OC,v0)＝eq\f(4,20)s＝eq\f(1,5)s；粒子在水平方向上有a＝eq\f(qE,m)，OA＝eq\f(1,2)at2，則有E＝eq\f(m,q)a＝eq\f(2·OA·m,qt2)＝eq\f(2×2,10×\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,2)))\s\up12(2))N/C＝1N/C；（2）粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速度為v，豎直分量vy＝v0＝20m/s，水平分量vx＝at＝eq\f(qE,m)t＝20m/s；v＝eq\r(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(x))＋veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(y)))＝20eq\r(2)m/s，v與y軸正方向的夾角為45°；粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑R＝eq\f(mv,Bq)＝eq\f(20\r(2),100×0.4)m＝eq\f(\r(2),2)m；粒子做圓周運(yùn)動的周期T＝eq\f(2πR,v)＝eq\f(π,20)s，由題圖乙可知，粒子每運(yùn)動半個(gè)圓周則偏轉(zhuǎn)方向相反，則粒子在磁場中的運(yùn)動如圖所示，因?yàn)?eq\r(2)＝8R，所以粒子運(yùn)動第四個(gè)半圓的過程中第一次經(jīng)過x軸，由等腰三角形性質(zhì)可知，粒子第一、二次經(jīng)過x軸，在x軸上對應(yīng)的弦長為eq\r(2)R＝1m；所以O(shè)D＝3m，則粒子第一次經(jīng)過x軸時(shí)的位置坐標(biāo)為（3m，0）.2．答案：（1）3×10－6s（2）eq\f(4,9)T（3）9.2cm11.6cm解析：（1）粒子進(jìn)入加速電場，由動能定理得qU0＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up11(2),\s\do4(0))，粒子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場初速度v0＝eq\r(\f(2qU0,m))＝6×103m/s，穿過偏轉(zhuǎn)電場的時(shí)間t＝eq\f(L1,v0)＝3×10－6s.（2）粒子從偏轉(zhuǎn)電場飛出時(shí)的豎直分速度：v⊥＝eq\f(qU,md)·eq\f(t,3)＝8×103m/s粒子飛出電場時(shí)的速度v＝eq\r(veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(0))＋veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(⊥)))＝1×104m/s方向與水平方向成θ角，tanθ＝eq\f(v⊥,v0)＝eq\f(4,3)，θ＝53°在磁場中由幾何知識得R1sin53°＝L2，得R1＝0.45m由qvB＝eq\f(mv2,R1)，得B＝eq\f(mv,qR1)＝eq\f(4,9)T.（3）粒子恰好打在熒光屏，由幾何知識得R2sin37°＋R2＝L2，得R2＝0.2m0時(shí)刻射入的粒子從右側(cè)飛出的偏轉(zhuǎn)量Y＝eq\f(1,2)·eq\f(qU,md)·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(t,3)))eq\s\up12(2)×7＝0.028m＝2.8cm，t＝0時(shí)刻進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的粒子打在屏上最上端，設(shè)該點(diǎn)在P點(diǎn)的下方的M點(diǎn)，離P點(diǎn)距離d1＝R2cos53°－Y＝0.092m＝9.2cm所有粒子飛出電場時(shí)速度大小和方向均相同，則所有粒子在磁場中運(yùn)動軌跡都是平行的．t＝2×10－6s時(shí)進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場的粒子打在光屏的最下端，設(shè)該點(diǎn)在M點(diǎn)下方N點(diǎn)，N距離M點(diǎn)的距離ΔY＝eq\f(1,2)·eq\f/r/