人教版高二物理选修3-1带电粒子在复合场和组合场中的运动压轴题专练Word版含答案

2020年信阳高中选修3-1带电粒子在复合场中的运动压轴题专练
1．在如图所示的直角坐标系第一象限与第三象限分布匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，现在第三象限中从P点以初速度v0沿x轴正方向发射质量为m，带+q的离子，离子经电场后恰从坐标原点O射入磁场，离子重力不计。
（1）求电场强度为E的大小
（2）求离子进入磁场的速度
（3）求离子在磁场中运动的时间
2．如图甲所示，直角坐标系xOy的第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小为E，在第四象限内有一半径为R的圆形有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，磁场的边界刚好与x轴相切于A点，A点的坐标为，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子在A点正上方的P点由静止释放，粒子经电场加速后从A点进入磁场，经磁场偏转射出磁场后刚好经过坐标原点O，匀强磁场的磁感应强度大小为B，不计粒子的重力，求：
（1）P点的坐标；
（2）若在第三、四象限内、圆形区域外加上垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小也为B，如图乙所示，粒子释放的位置改为A点正上方点处，点的坐标为，让粒子在点处由静止释放，粒子经电场加速后从A点进入磁场，在磁场中偏转后第一次出磁场时，交x轴于C点，则AC间的距离为多少；粒子从点到C点运动的时间为多少.
3．如图所示，在平面直角坐标系xoy的第二象限内有平行于y轴的匀强电场，电场强度大小为E，方向沿y轴负方向。在第一、四象限内有一个半径为的圆，圆心坐标为（r，0），圆内有方向垂直于xoy平面向里的匀强磁场。一带正电的粒子（不计重力），以速度为v0从第二象限的P点，沿平行于x轴正方向射入电场，通过坐标原点O进入第四象限，速度方向与x轴正方向成，最后从Q点平行于y轴离开磁场，已知P点的横坐标为
。求：
（1）带电粒子的比荷
；
（2）圆内磁场的磁感应强度B的大小；
（3）带电粒子从P点进入电场到从Q点射出磁场的总时间t。
4．如图所示，在竖直平面内存在直角坐标系xoy，第二象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，电场强度为E1，在第一象限内存在水平向右的匀强电场，电场强度为E2=0.375N/C，在第一象限内，y=4m处有水平绝缘平台PA，右端与半径为R=0.4m的光滑绝缘竖直半圆弧轨道ACD平滑连接，相切于A点，D为其最高点。质量为m1=2g、带正电q
=0.1C的可视为质点的小球从x轴上某点Q以与x轴负半轴成60?、大小v0=10m/s的速度射入第二象限，恰好做匀速直线运动。现在第二象限内小球运动的某段路径上加上垂直于纸面向外的圆形边界的匀强磁场，磁感应强度B=0.2T，小球经过磁场区域后恰好水平向右运动，垂直于y轴从点P（0，4m）进入第一象限，恰好与静止放置在P点且可视为质点、质量m2=3g、不带电的绝缘小物块碰撞并粘合在一起沿PA方向运动，设碰撞过程中带电量不变，粘合体命名为小物块S。已知小物块S与平台的动摩擦因数μ＝0.35，平台PA的长度L＝1.0m，重力加速度g=10m/s2，sin37?=0.6，cos37?=0.8，不计空气阻力。求：(结果可用根号表示)
（1）电场强度E1的大小；
（2）小球在磁场中运动的半径r的大小和圆形磁场区域的最小面积；
（3）小物块S在圆弧轨道上的最大速度；小物块S能否达到D点，若不能，请说明理由，若能，请求出小物块S落到平台PA上的位置与A点的距离。
5．如图，?OAC为正三棱柱框架在xOy平面的一个截面，?OA与x轴正方向夹角为30°。OA上方空间存在沿y轴负方向、场强大小为E的匀强电场，框架内存在垂直OAC平面向外的匀强磁场。y轴上P点的离子源，每隔相同时间，以速度v0沿x轴正方向射出质量为m，电荷量为q的正离子，不考虑离子间的相互作用，离子恰好从OA正中间的小孔Q垂直于OA射入框架。若离子每次与框架内壁碰撞后等速率反弹，碰撞时间忽略不计，经过数次碰撞后又恰好从小孔Q沿与OA垂直方向射出框架，离子电荷量始终不变且离子的重力不计。已知第一个离子刚从Q处射入框架时，第二个离子恰好从P处射出，框架内磁感应强度大小不超过。
(1)求OQ间的距离；
(2)求匀强磁场磁感应强度的大小；
(3)第一个离子从框架射出前框架内最多可能有多少个离子。
6．如图，在y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E，在y<0的区域存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场。一个氕核11H和一个氘核21H先后从y轴上y=h点以相同的动能射出，速度方向沿x轴正方向。已知11H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角为60°，并从坐标原点O处第一次射出磁场。11H的质量为m，电荷量为q不计重力。求
（1）11H第一次进入磁场的位置到原点O的距离
（2）磁场的磁感应强度大小
（3）12H第一次离开磁场的位置到原点O的距离
7．在平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成θ＝60°角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示。不计粒子重力，求
（1）M、N两点间的电势差UMN
；
（2）粒子在磁场中运动的轨道半径r；
（3）粒子从M点运动到P点的总时间t。
8．如图甲所示，空间存在一范围足够大的垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B．让质量为m，电荷量为q（q＞0）的粒子从坐标原点O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到磁场中．不计重力和粒子间的影响．
（1）若粒子以初速度v1沿y轴正向入射，恰好能经过x轴上的A（a，0）点，求v1的大小；
（2）已知一粒子的初速度大小为v（v＞v1），为使该粒子能经过A（a，0）点，其入射角θ（粒子初速度与x轴正向的夹角）有几个？并求出对应的sinθ值；
（3）如图乙，若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速度v0沿y轴正向发射．研究表明：粒子在xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量vx与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关．求该粒子运动过程中的最大速度值vm．
9．如图，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在x轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平行，且与x轴成夹角。一质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场的方向变为垂直于纸面向里，大小不变。不计重力。
（1）求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需时间；
（2）若要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值。
10．如图甲所示，间距为d、垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。取垂直于纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t=0时刻，一质量为m、带电荷量为+q的粒子（不计重力），以初速度由Q板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区。当和取某些特定值时，可使时刻入射的粒子经时间恰能垂直打在P板上（不考虑粒子反弹）。上述为已知量。
（1）若
，求；
（2）若，求粒子在磁场中运动时加速度的大小；
（3）若，为使粒子仍能垂直打在P板上，求。
11．电视机显像管原理如图所示，圆形磁场区域半径为R，磁感应强度大小为B0，垂直纸面向外．在磁场右边距离圆心2R处有一竖直放置的足够大的接收屏，过磁场区域圆心O的水平直线与接收屏相交于O1.以O1为坐标原点沿接收屏竖直向上建立y轴，电子枪水平放置于OO1连线上，电子由静止开始经电子枪加速后从A点射入磁场，并从磁场区域最高点C射出．已知电子电荷量大小为e，质量为m.
(1)
求电子枪加速电压U0；
(2)
为使电子打在接收屏上的不同位置，需要调节磁感应强度，求粒子打在屏上的位置y和磁感应强度B的关系；
(3)
若不慎将电子枪沿竖直方向向上平移了一段距离，为控制电子打在接收屏上位置处，需要将磁感应强度B调节为多少？
(参考公式：)
12．在平面坐标系内，在第1象限内有沿y轴负方向的匀强电场，在第III、IV象限内有垂直坐标平面向外的匀强磁场。在y轴上y=l处沿正x方向发射一比荷为、速度为v0的带正电粒子，从x=2l的M点离开电场，经磁场后再次到达x轴时刚好从坐标原点O处经过。不计粒子重力。求：
(1)匀强电场的场强E和匀强磁场的磁感应强度B的大小：
(2)粒子从A运动到O经历的时间；
(3)若让该粒子从y上y>0的任意位置P处沿正x方向发射(发射速度v0不变)，求它第二次通x轴时的横坐标。
13．如图所示，水平光滑绝缘轨道AC与竖直平面内半径R=0.4m的光滑绝缘半圆弧形轨道CDN在C点平滑连接，轨道AC上方有三个与水平面平行的区域I、Ⅱ和Ⅲ，区域I的高度为2R，区域Ⅱ的高度为R/2；竖直线FC左侧空间(包括边界线FC)区域I内有水平向右的匀强电场E1，区域Ⅱ和区域III内分别有竖直向上的匀强电场E2和E3(水平边界线MN上无电场)；区域III内还有垂直纸面向里的水平匀强磁场。质量m=3.56×10-5kg、带电量为q=+8.0×10-6C的小球从A点静止释放，经过L=5m从C点进入半圆弧形轨道并恰能通过N点，之后在电场E2的作用下进入区域II，小球在区域Ⅲ内做匀速圆周运动，最终小球能回到区域I。重力加速度g取10m/s2。
(1)匀强电场E1和E3的场强大小；
(2)如果E2=10E1，小球恰好落到水平轨道AC上的A点，匀强磁场的磁感应强度B的大小。
参考答案
1．（1）（2）2v0，方向是与x轴正方向成60°斜向上（3）
2．（1）；（2）2R；
3．(1)
（2）
（3）
4．(1)；(2)；(3)x=0.53m
5．(1)；(2)
(n=1、2、3、………,15)
6．（1）；（2）；（3）
7．1）UMN＝　
（2）r＝　　　（3）　　t＝
8．⑴；⑵两个
sinθ=；⑶＋．
9．
；
10．（1）
（2）
（3）或
11．(1)
(2)
故
(|B|(3)
12．（1）
（2）
（3）从坐标原点经过
13．（1）8.9V/m，4.45V/m；（2）5T
试卷第1页，总3页