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(京津魯瓊專用)2020版高考物理大三輪復習 計算題熱點巧練 熱點19 電磁學綜合題(帶電粒子在復合場中的運動)(含解析)

上傳人:Sc****h 文檔編號:101072739 上傳時間:2022-06-04 格式:DOC 頁數:6 大?。?.14MB
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1、熱點19 電磁學綜合題(帶電粒子在復合場中的運動) (建議用時:20分鐘) 1.(2019·棗莊診斷)反射式速調管是常用的微波器件之一,它利用電子團在電場中的振蕩來產生微波,其振蕩原理與下述過程類似.已知靜電場的方向平行于x軸,其電勢φ隨x的分布如圖所示.一質量m=1.0×10-20 kg、電荷量q=1.0×10-9 C的帶負電的粒子從(-1 cm,0)點由靜止開始,僅在電場力作用下在x軸上往返運動.忽略粒子的重力等因素.求: (1)x軸左側電場強度E1和右側電場強度E2的大小之比; (2)該粒子運動的最大動能Ekm; (3)該粒子運動的周期T. 2.如圖所

2、示,在直角坐標系xOy平面的第一、四象限內各有一個邊長為L的正方形勻強磁場區(qū)域,第二、三象限區(qū)域內各有一個高L,寬2L的長方形勻強磁場,其中在第二象限內有垂直坐標平面向外的勻強磁場,第一、三、四象限內有垂直坐標平面向里的勻強磁場,各磁場的磁感應強度大小均相等,第一象限的x

3、第(2)問中粒子從進入磁場到坐標(-L,0)點所用的時間. 3.(2019·濱州質檢)如圖所示,在真空室內的P點,能沿紙面向各個方向不斷發(fā)射電荷量為+q、質量為m的粒子(不計重力),粒子的速率都相同.ab為P點附近的一條水平直線,P到直線ab的距離PC=L,Q為直線ab上一點,它與P點相距PQ=L.當直線ab以上區(qū)域只存在垂直紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場時,水平向左射出的粒子恰到達Q點;當ab以上區(qū)域只存在平行該平面的勻強電場時,所有粒子都能到達ab直線,且它們到達ab直線時動能都相等,其中水平向左射出的粒子也恰好到達Q點.已知sin 37°=0.6,cos

4、 37°=0.8,求: (1)粒子的發(fā)射速率; (2)勻強電場的場強大小和方向; (3)僅有磁場時,能到達直線ab的粒子所用最長時間和最短時間的比值. 熱點19 電磁學綜合題 (帶電粒子在復合場中的運動) 1.解析:(1)由題圖可知: x軸左側電場強度大小 E1= V/m=2.0×103 V/m ① x軸右側電場強度大小 E2= V/m=4.0×103 V/m ② 所以=. (2)粒子運動到原點時速度最大,根據動能定理有qE1·x=Ekm ③ 其中x=1.0×10-2 m 聯立①③式并代入數據可得 Ekm=2.0×10-8 J. ④ (3)設粒子在原點

5、左右兩側運動的時間分別為t1、t2,在原點時的速度為vm,由運動學公式有vm=t1 ⑤ vm=t2 ⑥ 又Ekm=mv ⑦ T=2(t1+t2) ⑧ 聯立①②④⑤⑥⑦⑧式并代入數據可得 T=3.0×10-8 s. 答案:(1) (2)2.0×10-8 J (3)3.0×10-8 s 2.解析:(1)帶電粒子在電場中做類平拋運動有:L=v0t,=at2,qE=ma 聯立解得:E=. (2)粒子進入磁場時,速度方向與y軸負方向夾角的正切值tan θ==1 速度大小v==v0 設x為每次偏轉圓弧對應的弦長,根據運動的對稱性,粒子能到達(-L,0)點,應滿足L=2nx,其中n

6、=1、2、3…,粒子軌跡如圖甲所示,偏轉圓弧對應的圓心角為;當滿足L=(2n+1)x時,粒子軌跡如圖乙所示. 若軌跡如圖甲,設圓弧的半徑為R,圓弧對應的圓心角為.則有x=R,此時滿足L=2nx,聯立可得:R= 洛倫茲力提供向心力,則有:qvB=m 得:B=(n=1、2、3…) 若軌跡如圖乙,設圓弧的半徑為R,圓弧對應的圓心角為.則有x=R,此時滿足L=(2n+1)x,聯立可得:R= 洛倫茲力提供向心力,則有:qvB=m 得:B=(n=1、2、3…) 所以為使粒子進入磁場后途經坐標原點O到達坐標(-L,0)點,勻強磁場的磁感應強度大小B=(n=1、2、3…)或B=(n=1、2、

7、3…) (3)若軌跡如圖甲,粒子從進入磁場到從坐標(-L,0)點射出磁場過程中,圓心角的總和θ=2n××2=2nπ,則 t=T×==. 若軌跡如圖乙,粒子從進入磁場到從坐標(-L,0)點射出磁場過程中,圓心角的總和θ=(2n+1)×2π=(4n+2)π,則 t=T×== 所以粒子從進入磁場到坐標(-L,0)點所用的時間為或. 答案:(1) (2)B=(n=1、2、3…)或B=(n=1、2、3…) (3)或 3.解析:(1)設粒子做勻速圓周運動的半徑為R,過O作PQ的垂線交PQ于A點,如圖甲所示: 由幾何知識可得= 代入數據可得粒子軌跡半徑R== 洛倫茲力提供向心力Bq

8、v=m 解得粒子發(fā)射速度為v=. (2)真空室只加勻強電場時,由粒子到達ab直線的動能相等,可知ab為等勢面,電場方向垂直ab向下. 水平向左射出的粒子經時間t到達Q點,在這段時間內==vt?。絃=at2 式中a= 解得電場強度的大小為E=. (3)只有磁場時,粒子以O1為圓心沿圓弧PD運動,當圓弧和直線ab相切于D點時,粒子速度的偏轉角最大,對應的運動時間最長,如圖乙所示.據圖有 sin α== 解得α=37° 故最大偏轉角γmax=233° 粒子在磁場中運動最大時長t1=T 式中T為粒子在磁場中運動的周期. 粒子以O2為圓心沿圓弧PC運動的速度偏轉角最小,對應的運動時間最短.據圖乙有 sin β== 解得β=53° 速度偏轉角最小為γmin=106° 故最短時長t2=T 因此,粒子到達直線ab所用最長時間和最短時間的比值==. 答案:(1) (2) 電場方向垂直ab向下 (3) - 6 -

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