素养培优4 带电粒子(体)在叠加场、交变场中的运动-2025版二轮复习·物理.pdf

素养培优4 带电粒子(体)在叠加场、交变场中的运动-2025版二轮复习·物理.pdf

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素养培优带电粒子(体)在叠加场、交变场中的运动

带电粒子在叠加场中的运动

1.三种典型情况

(1)若只有两个场,所受合力为零,则表现为匀速直线运动或静止状态。例如电场与磁场叠加时满足qE=qvB,

重力场与磁场叠加时满足mg=qvB,重力场与电场叠加时满足mg=qE。

(2)若三场共存,所受合力为零时,粒子做匀速直线运动,其中洛伦兹力F=qvB的方向与速度v垂直。

(3)若三场共存,粒子做匀速圆周运动时,则有mg=qE,粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,即qvB=

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m。

2.解决带电粒子(体)在叠加场中运动的基本思路

【典例1】(2024·江西高考7题)石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维蜂窝状晶格结构新材料,具有丰富的

电学性能。现设计一电路测量某二维石墨烯样品的载流子(电子)浓度。如图a所示,在长为a,宽为b的石墨烯

表面加一垂直向里的匀强磁场,磁感应强度为B,电极1、3间通以恒定电流I,电极2、4间将产生电压U。当I

-3-19

=1.00×10A时,测得U-B关系图线如图b所示,元电荷e=1.60×10C,则此样品每平方米载流子数最接近

()

A.1.7×1019B.1.7×1015

C.2.3×1020D.2.3×1016

尝试解答

1/3

【典例2】(2024·河北张家口二模)如图所示,在竖直面内的直角坐标系xOy中,在第二象限内存在沿x轴正

方向的匀强电场和磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向里的匀强磁场;在第一象限内存在方向竖直向上

的匀强电场和磁感应强度大小也为B、方向垂直于坐标平面向外的匀强磁场。一带正电的小球P从x轴上的A点

以某一速度沿AK方向做直线运动,AK与x轴正方向的夹角θ=60°,从K点进入第一象限后小球P恰好做匀速圆

周运动,经过x轴时竖直向下击中紧贴x轴上方静止的带电小球Q,碰后两球结合为一个结合体M,之后M从y

轴上的F点离开第四象限,第四象限存在匀强磁场,方向如图所示。已知重力加速度大小为g,小球P、Q带电荷

量均为q、质量均为m,不计空气阻力。

(1)求第二象限与第一象限内电场的电场强度大小之比;

(2)求小球Q静止的位置距O点的距离;

(3)若结合体M进入第四象限时的速度为v,M在第四象限运动时的最大速度为2v,则当其速度为2v时,结合

体M距x轴的距离是多少?

尝试解答

带电粒子在交变场中的运动

1.此类问题是场在时间上的组合,电场或磁场往往具有周期性,粒子的运动也往往具有周期性。这种情况下要仔

细分析带电粒子的受力情况和运动过程,弄清楚带电粒子在每一时间段内在电场、磁场中各处于什么状态,做什

么运动,画出一个周期内的运动轨迹,确定带电粒子的运动过程,选择合适的规律进行解题。

2.解决带电粒子在交变电磁场中运动的基本思路

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【典例3】(2024·福建莆田三模)如图甲所示,平面直角坐标系xOy的第一象限(含坐标轴)内有垂直于平面

周期性变化的均匀磁场(未画出),规定垂直于xOy平面向里的磁场方向为正,磁场变化规律如图,已知磁感应

强度大小为B,不计粒子重力及磁场变化影响。某一带负电的粒子质量为m、电荷量为q,在t=0时从坐标原点

0

沿y轴正向射入磁场中,将磁场变化周期记为T,要使粒子在t=T时距y轴最远,则T的值为()

000

143π2π

A.B.

7200

3π1

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