高中物理帶電粒子在復(fù)合場中的運動易錯題試卷及答案一、帶電粒子在復(fù)合場中的運動壓軸題1．扭擺器是同步輻射裝置中的插入件，能使粒子的運動軌跡發(fā)生扭擺．其簡化模型如圖：Ⅰ、Ⅱ兩處的條形勻強磁場區(qū)邊界豎直，相距為L，磁場方向相反且垂直紙面．一質(zhì)量為m，電量為-q，重力不計的粒子，從靠近平行板電容器MN板處由靜止釋放，極板間電壓為U，粒子經(jīng)電場加速后平行于紙面射入Ⅰ區(qū)，射入時速度與水平和方向夾角（1）當Ⅰ區(qū)寬度、磁感應(yīng)強度大小時，粒子從Ⅰ區(qū)右邊界射出時速度與水平方向夾角也為，求B0及粒子在Ⅰ區(qū)運動的時間t0（2）若Ⅱ區(qū)寬度磁感應(yīng)強度大小，求粒子在Ⅰ區(qū)的最高點與Ⅱ區(qū)的最低點之間的高度差h（3）若、，為使粒子能返回Ⅰ區(qū)，求B2應(yīng)滿足的條件（4）若，，且已保證了粒子能從Ⅱ區(qū)右邊界射出．為使粒子從Ⅱ區(qū)右邊界射出的方向與從Ⅰ區(qū)左邊界射出的方向總相同，求B1、B2、L1、、L2、之間應(yīng)滿足的關(guān)系式．【來源】2011年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試物理卷（山東)【答案】（1）（2）（3）（或）（4）【解析】圖1（1）如圖1所示，設(shè)粒子射入磁場Ⅰ區(qū)的速度為，在磁場Ⅰ區(qū)中做圓周運動的半徑為，由動能定理和牛頓第二定律得①②由幾何知識得③聯(lián)立①②③，帶入數(shù)據(jù)得④設(shè)粒子在磁場Ⅰ區(qū)中做圓周運動的周期為，運動的時間為⑤⑥聯(lián)立②④⑤⑥式，帶入數(shù)據(jù)得⑦（2）設(shè)粒子在磁場Ⅱ區(qū)做圓周運動的半徑為，有牛頓第二定律得⑧由幾何知識得⑨聯(lián)立②③⑧⑨式，帶入數(shù)據(jù)得⑩圖2（3）如圖2所示，為時粒子能再次回到Ⅰ區(qū)，應(yīng)滿足[或]⑾聯(lián)立①⑧⑾式，帶入數(shù)據(jù)得（或）⑿圖3圖4（4）如圖3（或圖4）所示，設(shè)粒子射出磁場Ⅰ區(qū)時速度與水平方向得夾角為，有幾何知識得⒀[或]⒁[或]聯(lián)立②⑧式得⒂聯(lián)立⒀⒁⒂式得⒃【點睛】（1）加速電場中，由動能定理求出粒子獲得的速度．畫出軌跡，由幾何知識求出半徑，根據(jù)牛頓定律求出B0．找出軌跡的圓心角，求出時間；（2）由幾何知識求出高度差；（3）當粒子在區(qū)域Ⅱ中軌跡恰好與右側(cè)邊界相切時，粒子恰能返回Ⅰ區(qū)，由幾何知識求出半徑，由牛頓定律求出B2滿足的條件；（4）由幾何知識分析L1、L2與半徑的關(guān)系，再牛頓定律研究關(guān)系式．2．質(zhì)譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各前沿科學(xué)領(lǐng)域．湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的質(zhì)譜裝置示意如圖，M、N為兩塊水平放置的平行金屬極板，板長為L，板右端到屏的距離為D，且D遠大于L，為垂直于屏的中心軸線，不計離子重力和離子在板間偏離的距離．以屏中心O為原點建立直角坐標系，其中x軸沿水平方向，y軸沿豎直方向．（1）設(shè)一個質(zhì)量為、電荷量為的正離子以速度沿的方向從點射入，板間不加電場和磁場時，離子打在屏上O點．若在兩極板間加一沿方向場強為E的勻強電場，求離子射到屏上時偏離O點的距離；（2）假設(shè)你利用該裝置探究未知離子，試依照以下實驗結(jié)果計算未知離子的質(zhì)量數(shù)．上述裝置中，保留原電場，再在板間加沿方向的勻強磁場．現(xiàn)有電荷量相同的兩種正離子組成的離子流，仍從O＇點沿方向射入，屏上出現(xiàn)兩條亮線．在兩線上取y坐標相同的兩個光點，對應(yīng)的x坐標分別為3.24mm和3.00mm，其中x坐標大的光點是碳12離子擊中屏產(chǎn)生的，另一光點是未知離子產(chǎn)生的．盡管入射離子速度不完全相等，但入射速度都很大，且在板間運動時方向的分速度總是遠大于x方向和y方向的分速度．【來源】2018年9月29日《每日一題》一輪復(fù)習(xí)-周末培優(yōu)【答案】（1）（2）故該未知離子的質(zhì)量數(shù)為14【解析】：（1）離子在電場中受到的電場力①離子獲得的加速度②離子在板間運動的時間③到達極板右邊緣時，離子在方向的分速度④離子從板右端到達屏上所需時間⑤離子射到屏上時偏離點的距離由上述各式，得⑥（2）設(shè)離子電荷量為，質(zhì)量為，入射時速度為，磁場的磁感應(yīng)強度為，磁場對離子的洛倫茲力⑦已知離子的入射速度都很大，因而離子在磁場中運動時間甚短，所經(jīng)過的圓弧與圓周相比甚小，且在板間運動時，方向的分速度總是遠大于在方向和方向的分速度，洛倫茲力變化甚微，故可作恒力處理，洛倫茲力產(chǎn)生的加速度⑧是離子在方向的加速度，離子在方向的運動可視為初速度為零的勻加速直線運動，到達極板右端時，離子在方向的分速度⑨離子飛出極板到達屏?xí)r，在方向上偏離點的距離⑩當離子的初速度為任意值時，離子到達屏上時的位置在方向上偏離點的距離為，考慮到⑥式，得⑾由⑩、⑾兩式得⑿其中上式表明，是與離子進入板間初速度無關(guān)的定值，對兩種離子均相同，由題設(shè)條件知，坐標3.24mm的光點對應(yīng)的是碳12離子，其質(zhì)量為，坐標3.00mm的光點對應(yīng)的是未知離子，設(shè)其質(zhì)量為，由⑿式代入數(shù)據(jù)可得⒀故該未知離子的質(zhì)量數(shù)為14．3．歐洲大型強子對撞機是現(xiàn)在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設(shè)備，其原理可簡化如下：兩束橫截面積極小，長度為l-0質(zhì)子束以初速度v0同時從左、右兩側(cè)入口射入加速電場，出來后經(jīng)過相同的一段距離射入垂直紙面的圓形勻強磁場區(qū)域并被偏轉(zhuǎn)，最后兩質(zhì)子束發(fā)生相碰。已知質(zhì)子質(zhì)量為m，電量為e；加速極板AB、A′B′間電壓均為U0，且滿足eU0=mv02。兩磁場磁感應(yīng)強度相同，半徑均為R，圓心O、O′在質(zhì)子束的入射方向上，其連線與質(zhì)子入射方向垂直且距離為H=R；整個裝置處于真空中，忽略粒子間的相互作用及相對論效應(yīng)。(1)試求質(zhì)子束經(jīng)過加速電場加速后(未進入磁場)的速度ν和磁場磁感應(yīng)強度B；(2)如果某次實驗時將磁場O的圓心往上移了，其余條件均不變，質(zhì)子束能在OO′連線的某位置相碰，求質(zhì)子束原來的長度l0應(yīng)該滿足的條件?！緛碓础亢鲜〕５率?019屆高三第一次模擬考試理科綜合物理試題【答案】(1)；(2)【解析】【詳解】解：(1)對于單個質(zhì)子進入加速電場后，則有：又：解得：；根據(jù)對稱，兩束質(zhì)子會相遇于的中點P，粒子束由CO方向射入，根據(jù)幾何關(guān)系可知必定沿OP方向射出，出射點為D，過C、D點作速度的垂線相交于K，則K，則K點即為軌跡的圓心，如圖所示，并可知軌跡半徑r=R根據(jù)洛倫磁力提供向心力有：可得磁場磁感應(yīng)強度：(2)磁場O的圓心上移了，則兩束質(zhì)子的軌跡將不再對稱，但是粒子在磁場中運達半徑認為R，對于上方粒子，將不是想著圓心射入，而是從F點射入磁場，如圖所示，E點是原來C點位置，連OF、OD，并作FK平行且等于OD，連KD，由于OD=OF=FK，故平行四邊形ODKF為菱形，即KD=KF=R，故粒子束仍然會從D點射出，但方向并不沿OD方向，K為粒子束的圓心由于磁場上移了，故sin∠COF==，∠COF=，∠DOF=∠FKD=對于下方的粒子，沒有任何改變，故兩束粒子若相遇，則只可能相遇在D點，下方粒子到達C后最先到達D點的粒子所需時間為而上方粒子最后一個到達E點的試卷比下方粒子中第一個達到C的時間滯后上方最后的一個粒子從E點到達D點所需時間為要使兩質(zhì)子束相碰，其運動時間滿足聯(lián)立解得4．在如圖甲所示的直角坐標系中，兩平行極板MN垂直于y軸，N板在x軸上且其左端與坐標原點O重合，極板長度l=0.08m，板間距離d=0.09m，兩板間加上如圖乙所示的周期性變化電壓，兩板間電場可看作勻強電場．在y軸上(0，d/2)處有一粒子源，垂直于y軸連續(xù)不斷向x軸正方向發(fā)射相同的帶正電的粒子，粒子比荷為=5×107C／kg，速度為v0=8×105m/s．t=0時刻射入板間的粒子恰好經(jīng)N板右邊緣打在x軸上.不計粒子重力及粒子間的相互作用，求:(1)電壓U0的大??；(2)若沿x軸水平放置一熒光屏，要使粒子全部打在熒光屏上，求熒光屏的最小長度；(3)若在第四象限加一個與x軸相切的圓形勻強磁場，半徑為r=0.03m，切點A的坐標為(0.12m，0)，磁場的磁感應(yīng)強度大小B=，方向垂直于坐標平面向里．求粒子出磁場后與x軸交點坐標的范圍．【來源】【市級聯(lián)考】山東省濟南市2019屆高三第三次模擬考試理綜物理試題【答案】(1)(2)(3)【解析】【分析】【詳解】(1)對于t=0時刻射入極板間的粒子：解得：(2)時刻射出的粒子打在x軸上水平位移最大：所放熒光屏的最小長度即：(3)不同時刻射出極板的粒子沿垂直于極板方向的速度均為vy.速度偏轉(zhuǎn)角的正切值均為：即：所有的粒子射出極板時速度的大小和方向均相同.由分析得，如圖所示，所有粒子在磁場中運動后發(fā)生磁聚焦由磁場中的一點B離開磁場.由幾何關(guān)系，恰好經(jīng)N板右邊緣的粒子經(jīng)x軸后沿磁場圓半徑方向射入磁場，一定沿磁場圓半徑方向射出磁場；從x軸射出點的橫坐標：.由幾何關(guān)系，過A點的粒子經(jīng)x軸后進入磁場由B點沿x軸正向運動.綜上所述，粒子經(jīng)過磁場后第二次打在x軸上的范圍為：5．如圖所示，真空中某豎直平面內(nèi)有一長為2l、寬為l的矩形區(qū)域ABCD，區(qū)域ABCD內(nèi)加有水平向左的勻強電場和垂直于該豎直面的勻強磁場。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電微粒，從A點正上方的O點水平拋出，正好從AD邊的中點P進入電磁場區(qū)域，并沿直線運動，從該區(qū)域邊界上的某點Q離開后經(jīng)過空中的R點(Q、R圖中未畫出)。已知微粒從Q點運動到R點的過程中水平和豎直分位移大小相等，O點與A點的高度差，重力加速度為g，求：(1)微粒從O點拋出時初速度v0的大小；(2)電場強度E和磁感應(yīng)強度B的大小；(3)微粒從O點運動到R點的時間t?！緛碓础克拇ㄊ∨手ㄊ?019屆高三第三次統(tǒng)一考試理綜物理試題【答案】(1)；(2)，；(3)【解析】【詳解】（1）從O到P，帶電微粒做平拋運動：所以（2）在P點：設(shè)P點速度與豎直方向的夾角為θ，則帶電微粒進入電磁區(qū)域后做直線運動，受力如圖，可知其所受合力為零，可知：（3）設(shè)微粒從P到Q所用時間為t1，設(shè)微粒從Q到R所用時間為t2，因水平和豎直分位移相等，得：由題意得：微粒從0點運動到R點的時間t為：所以：6．如圖所示，一靜止的電子經(jīng)過電壓為U的電場加速后，立即射入偏轉(zhuǎn)勻強電場中，射入方向與偏轉(zhuǎn)電場的方向垂直，射入點為A，最終電子從B點離開偏轉(zhuǎn)電場。已知偏轉(zhuǎn)電場的電場強度大小為E，方向豎直向上（如圖所示），電子的電荷量為e，質(zhì)量為m，重力忽略不計。求：（1）電子進入偏轉(zhuǎn)電場時的速度v0；（2）若將加速電場的電壓提高為原來的2倍，使電子仍從B點經(jīng)過，則偏轉(zhuǎn)電場的電場強度E1應(yīng)該變?yōu)樵瓉淼亩嗌俦?？?）若在偏轉(zhuǎn)電場區(qū)域加上垂直紙面向外的勻強磁場，使電子從A點射入該相互垂直的電場和磁場共同存在的區(qū)域沿直線運動，求所加磁場的磁感應(yīng)強度大小?！緛碓础俊緟^(qū)級聯(lián)考】北京市順義區(qū)2019屆高三第二次統(tǒng)練理綜物理試題【答案】（1）（2）2倍（3）【解析】【詳解】（1）電子在電場中的加速，由動能定理得：所以，（2）設(shè)電子的水平位移為x，電子的豎直偏移量為y，則有：聯(lián)立解得：根據(jù)題意可知x、y均不變，當U增大到原來的2倍，場強E也增大為原來的2倍。（3）電子做直線運動解得：7．如圖所示，在xoy平面的第二象限內(nèi)有沿y軸負方向的勻強電場，電場強度的大小E=102V/m，第一象限某區(qū)域內(nèi)存在著一個邊界為等邊三角形的勻強磁場，磁場方向垂直xoy平面向外。一比荷=107C/kg的帶正電粒子從x軸上的P點射入電場，速度大小v0=2×104m/s，與x軸的夾角θ=60°。該粒子經(jīng)電場偏轉(zhuǎn)后，由y軸上的Q點以垂直于y軸的方向進入磁場區(qū)域，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)射出，后來恰好通過坐標原點O，且與x軸負方向的夾角α=60°，不計粒子重力。求：(1)OP的長度和OQ的長度；(2)磁場的磁感應(yīng)強度大小；(3)等邊三角形磁場區(qū)域的最小面積?！緛碓础堪不瞻霾菏?019屆高三第二次教學(xué)質(zhì)量檢查考試理綜（二模)物理試題【答案】(1)(2)B=0.02T(3)【解析】【詳解】解：(1)粒子在電場中沿x軸正方向的分運動是勻速直線運動，沿y軸正方向的分運動是勻變速直線運動沿y軸方向：，，，沿x軸正方向：聯(lián)立解得：(2)粒子在磁場中作半徑為r的勻速圓周運動，其軌跡如圖根據(jù)幾何關(guān)系由：解得：r=0.05m根據(jù)牛頓第二定律可得：解得：B=0.02T(3)根據(jù)粒子運動軌跡和幾何關(guān)系可知，以弦QD為邊長L的△QRD是磁場區(qū)域面積最小的等邊三角形，如圖，則，故最小面積：8．如圖所示，在豎直平面（紙面）內(nèi)有長為l的CD、EF兩平行帶電極板，上方CD為正極板，下方EF為負極板，兩極板間距為l，O點為兩極板邊緣C、E兩點連線的中點；兩極板右側(cè)為邊長為l的正方形勻強磁場區(qū)域磁場方向垂直紙面向外。離子源P產(chǎn)生的電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子飄入電壓為U1的加速電場，其初速度幾乎為零，被電場加速后在豎直平面內(nèi)從O點斜向上射入兩極板間，帶電粒子恰好從CD極板邊緣D點垂直DF邊界進入勻強磁場區(qū)域。已知磁感應(yīng)強度大小B與帶電粒子射入電場O點時的速度大小v0的關(guān)系為，帶電粒子重力不計。求（1）帶電粒子射入電場O點時的速度大小v0；（2）兩平行極板間的電壓U2；（3）帶電粒子在磁場區(qū)域運動的時間t?！緛碓础俊臼屑壜?lián)考】四川省德陽市2019屆高三下學(xué)期二診物理試題【答案】（1）；（2）U1；（3）【解析】【詳解】（1）電荷在電場中加速，由動能定理得：，解得：；（2）粒子進入偏轉(zhuǎn)電場時的速度方向與水平方向間的夾角為θ，在偏轉(zhuǎn)電場中：，，，加速度：，解得：；（3）粒子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：，解得：，粒子運動軌跡如圖所示，粒子轉(zhuǎn)過的圓心角：，粒子在磁場中的運動時間：，解得：.9．如圖所示，地面上方足夠大的空間內(nèi)同時存在豎直向上的勻強電場和水平向右的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球（大小可忽略）恰好靜止在距地面高度為h的P處?，F(xiàn)在給小球一個垂直磁場方向豎直向下的速度v，已知重力加速度為g，空氣阻力不計，求：