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2015届高考物理二轮复习计算题专练
带电粒子在复合场中的运动
1. (2013·浙江·21)如图1所示,相距为d、板间电压为U0的平行金属板间有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B0的匀强磁场;OP和x轴的夹角α=45°,在POy区域内有垂直纸面向外的匀强磁场,POx区域内有沿x轴正方向的匀强电场,场强大小为E;一质量为m、电荷量为q的正离子沿平行于金属板、垂直磁场的方向射入板间并做匀速直线运动,从坐标为(0,L)的a点垂直y轴进入磁场区域,从OP上某点沿y轴负方向离开磁场进入电场,不计离子的重力.
图1
(1)离子在平行金属板间的运动速度v0;
(2)POy区域内匀强磁场的磁感应强度B;
(3)离子打在x轴上对应点的坐标.
答案 (1) (2) (3)(+,0)
解析 (1)正离子在平行金属板间匀速运动,根据平衡条件有Eq=B0qv0 ①
根据平行金属板间的场强和电势差的关系有
E= ②
由①②式解得
v0= ③
(2)在磁场中,由几何关系有
L=R+Rtan α ④
洛伦兹力充当向心力,根据牛顿第二定律有
Bqv0=m ⑤
由③④⑤式解得
B= ⑥
(3)在电场中正离子做类平抛运动,则有
沿y轴负方向:Rtan α=v0t ⑦
沿x轴正方向:x0=at2 ⑧
离子在电场中运动的加速度a= ⑨
离子打在x轴上对应点的横坐标
x=x0+R ⑩
由③④⑦⑧⑨⑩式解得
离子打在x轴上对应点的坐标为(+,0) ?
2. 如图2所示,是一种电子扩束装置的原理示意图.直角坐标系原点O处有一电子发生器,朝xOy平面内x≥0区域任意方向发射电子,电子的速率均为v0,已知电子的电荷量为e、质量为m.在0≤x≤d的区域内分布着沿x轴负方向的匀强电场,场强大小E=,在xd区域内分布着足够大且垂直于xOy平面向外的匀强磁场,匀强磁场的磁感应强度B=.ab为一块很大的平面感光板,在磁场内平行于y轴放置,电子打到板上时会在板上形成一条亮线.不计电子的重力和电子之间的相互作用.
图2
(1)求电子进入磁场时速度的大小;
(2)当感光板ab沿x轴方向移到某一位置时,恰好没有电子打到板上,求感光板到y轴的距离x1;
(3)保持(2)中感光板位置不动,若使所有电子恰好都能打到感光板上,求磁感应强度的大小以及电子打到板上形成亮线的长度.
答案 (1)2v0 (2)d (3) d+d
解析 (1)根据动能定理eEd=mv2-mv
得v=2v0
(2)由v0=知,对于沿y轴负方向射出的电子进入磁场时与
边界线夹角θ=60°.
若此电子不能打到ab板上,则所有电子均不能打到ab板
上.
当此电子轨迹与ab板相切时,根据洛伦兹力提供向心力有evB=m
又由B=得r=
由几何知识x1=r(1+cos 60°)+d
解得x1=d
(3)易知沿y轴正方向射出的电子若能打到ab板上,则所有电子均能打到板上.其临界情况就是此电子轨迹恰好与ab板相切
此时r′(1-cos 60°)=d
故r′=d=3r
由evB′=m
解得B′=
此时,所有粒子恰好都能打到板上
电子在电场中运动过程
eE=ma
d=at2
沿y轴正方向的位移
y1=v0t=d
同理,沿y轴负方向的位移y1′=y1=d
电子在磁场中运动过程,沿y轴负方向的偏转量
y2=r′(1-sin θ)
沿y轴正方向的偏转量
y3=r′sin θ
电子打到板上形成亮线的长度
L=y1+y1′+y2+y3=d+d
3. 如图3甲所示,在xOy坐标系中,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,紧靠极板的右边缘的等边△FGH区域内有匀强磁场,方向垂直于xOy平面向里,F、H位于y轴上,边界FG、HG关于x轴对称.位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接连发射质量为m、电荷量为+q、速度相同的带电粒子,现在0~3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压,已知t=0时刻进入两板间的粒子恰好在t0时刻射入磁场且恰好不会从边界HG、FG射出磁场区域,上述l、m、q、t0为已知量,U0=,不考虑粒子的重力及粒子间的相互影响,将PQ间电场视为匀强电场,求:
图3
(1)t=0时刻进入两板间的带电粒子射入磁场时的速度;
(2)匀强磁场的磁感应强度;
(3)t=t0时刻进入两板间的带电粒子在匀强磁场中运动的时间.
答案 (1)速度大小,与y轴负方向夹角为45° (2)
(3)
解析 (1)t=0时刻进入电场的粒子t0时刻刚好射出电场
带电粒子沿x轴分速
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