(浙江选考)2018版高考物理二轮复习专题七计算题题型强化第3讲加试计算题22题带电粒子在复合场中的运动学案
14页1、第3讲加试计算题22题带电粒子在复合场中的运动题型1带电粒子在叠加场中的运动1. 如图1所示的坐标系,x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向第一、第二和第四象限内,既无电场也无磁场,在第三象限,存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场一质量为m、电荷量为q的带电质点,从y轴上y1h处的P1点,以一定的水平初速度沿x轴负方向进入第二象限;然后经过x轴上x2h处的P2点进入第三象限,带电质点恰好做匀速圆周运动,经y轴上y32h的P3点离开电磁场,重力加速度为g.求:图1(1)带电质点到达P2点时速度的大小和方向;(2)第三象限内电场强度的大小;(3)第三象限内磁感应强度的大小答案(1)2方向与x轴负方向成45角(2) (3)解析(1)带电质点运动轨迹如图带电质点从P1到P2点,由平抛运动规律得:hgt2v0vygttan v2方向与x轴负方向成45角(2)带电质点从P2到P3,重力与电场力平衡,得:Eqmg解得:E.(3)第三象限内,洛伦兹力提供带电质点做匀速圆周运动的向心力,由牛顿第二定律得:qvB由几何关系得:(2R)2(2h)2(2h)2联立式得:B .2如图2所示,在足够大的
2、空间范围内,同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B.足够长的斜面固定在水平面上,斜面倾角为45.有一带电的小球P静止于斜面顶端A处,且恰好对斜面无压力若将小球P以初速度v0水平向右抛出(P视为质点),一段时间后,小球落在斜面上的C点已知小球的运动轨迹在同一竖直平面内,重力加速度为g,求:图2(1)小球P落到斜面上时速度方向与斜面的夹角及由A到C所需的时间t;(2)小球P抛出到落到斜面的位移x的大小答案(1)45(2)解析(1)小球P静止时不受洛伦兹力作用,仅受自身重力和电场力,对斜面无压力,则mgqEP获得水平初速度后由于重力和电场力平衡,将在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由对称性可得小球P落到斜面上时其速度方向与斜面的夹角为45qv0BmT圆周运动转过的圆心角为90,小球P由A到C所需的时间:t(2)由式可知,P做匀速圆周运动的半径R由几何关系知xR由可解得位移x.1.带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)洛伦兹力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡,则带电粒子做匀速直线运动若重力和洛伦兹力不平衡,则带电粒子将做复杂的曲线运动,因洛伦
3、兹力不做功,故机械能守恒,由此可求解问题(2)电场力、洛伦兹力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡,则带电粒子做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡,则带电粒子将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用动能定理求解问题(3)电场力、洛伦兹力、重力并存若三力平衡,一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡,一定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直,将做复杂的曲线运动,因洛伦兹力不做功,可用能量守恒定律或动能定理求解问题2带电粒子在叠加场中有约束情况下的运动带电粒子在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下,常见的运动形式有直线运动和圆周运动,此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况,并注意洛伦兹力不做功的特点,运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解题型2带电粒子在组合场中的运动1如图3所示,在xOy平面内存在、四个场区,y轴右侧存在匀强磁场,y轴左侧与虚线MN之间存在方向相反的两个匀强电场,区电场方向竖直向下,区电场方向竖直向上,P点是MN与x轴的交点有一质量为m、带电荷量q的带电粒子由原点O,以速度v0沿x轴正方向水平射入磁场,已知匀强磁场的磁感应强度垂
4、直纸面向里,大小为B0,匀强电场和匀强电场的电场强度大小均为E,区的磁场垂直纸面向外,大小为,OP之间的距离为,已知粒子最后能回到O点图3(1)带电粒子从O点飞出后,第一次回到x轴时的位置和时间;(2)根据题给条件画出粒子运动的轨迹;(3)带电粒子从O点飞出后到再次回到O点的时间答案(1)(,0)(2)见解析图(3)解析(1)带电粒子在磁场中运动的半径为R1带电粒子在磁场中运动了半个圆,回到y轴的坐标y2R1,时间为t1带电粒子在场区做类平抛运动,根据牛顿第二定律得带电粒子运动的加速度a,竖直方向yat,水平位移xv0t2,联立得t2,x故t总t1t2第一次回到x轴的位置(,0)(2)根据运动的对称性画出粒子在场区的运动轨迹如图所示带电粒子在场区运动的半径是场区运动半径的2倍,画出粒子的运动轨迹,同样根据运动的对称性画出粒子回到O点的运动轨迹如图所示(3)带电粒子在磁场中运动的时间正好为1个周期,故t1带电粒子在、两个电场中运动的时间t24t2带电粒子在场中运动的时间为半个周期t3因此带电粒子从O点飞出后到再次回到O点的时间t总t1t2t3.2(2017杭州市四校联考)如图4所示,一带
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