2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 習(xí)題課 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課時作業(yè) 新人教版選修3-1
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2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 磁場 習(xí)題課 帶電粒子在復(fù)合場中的運動課時作業(yè) 新人教版選修3-1
習(xí)題課 帶電粒子在復(fù)合場中的運動1如圖所示的正交電場和磁場中,有一粒子沿垂直于電場和磁場的方向飛入其中,并沿直線運動(不考慮重力作用),則此粒子()A一定帶正電B一定帶負(fù)電C可能帶正電或負(fù)電,也可能不帶電D一定不帶電解析:選C題中帶電粒子在電場中受電場力,在磁場中受洛倫茲力,而帶電粒子做直線運動,根據(jù)電場力方向及洛倫茲力方向判定,可知兩力必反向且與運動速度垂直,故無法判斷是何種帶電粒子,即帶正電、負(fù)電和不帶電粒子都滿足題設(shè)條件,故正確選項為C2(多選)在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi),存在電場強度為E的勻強電場和磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場已知從左方水平射入的電子,穿過該區(qū)域時并未發(fā)生偏轉(zhuǎn),假設(shè)電子的重力忽略不計,則在該區(qū)域中的E和B的方向可能正確的是()AE豎直向上,B垂直紙面向外BE豎直向上,B垂直紙面向里CE和B沿水平方向,并與電子運動的方向相同DE和B沿水平方向,并與電子運動的方向相反解析:選ACD如果E豎直向上,B垂直紙面向外,電子沿圖中方向射入后,電場力向下,洛倫茲力向上,二力可能平衡,電子可能沿直線通過E、B共存區(qū)域,A正確,同理B錯誤;如果E、B沿水平方向且與電子運動方向相同,電子不受洛倫茲力作用,但電子受到與E反方向的電場力作用,電子做勻減速直線運動,也不偏轉(zhuǎn),C正確;如果E、B沿水平方向,且與電子運動方向相反,電子仍不受洛倫茲力,所受電場力與E反向,即與速度同方向,故電子做勻加速直線運動,也不偏轉(zhuǎn),D正確3如圖所示,在以坐標(biāo)原點O為圓心、半徑為R的半圓形區(qū)域內(nèi),有相互垂直的勻強電場和勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,磁場方向垂直于xOy平面向里一帶正電的粒子(不計重力)從O點沿y軸正方向以某一速度射入,帶電粒子恰好做勻速直線運動,經(jīng)t0時間從P點射出(1)求電場強度的大小和方向;(2)若僅撤去磁場,帶電粒子仍從O點以相同的速度射入,經(jīng)時間恰從半圓形區(qū)域的邊界射出,求粒子運動加速度的大小;(3)若僅撤去電場,帶電粒子仍從O點射入,但速度為原來的4倍,求粒子在磁場中運動的時間解析:(1)設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,電荷量為q,初速度為v,電場強度為E可判斷出粒子受到的洛倫茲力沿x軸負(fù)方向,于是可知電場強度沿x軸正方向,且有qEqvB又Rvt0則E(2)僅有電場時,帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動,在y方向上的位移為yv由式得y設(shè)在水平方向的位移為x,因射出位置在半圓形區(qū)域邊界上,于是xR又xa得a(3)僅有磁場時,入射速度v4v帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動,如圖所示,設(shè)軌道半徑為r,由牛頓第二定律有qvB又qEma由式得r由幾何知識得sin 即sin ,帶電粒子在磁場中的運動周期T由得帶電粒子在磁場中的運動時間tBTt0答案:(1)沿x軸正方向(2)(3)t04在平面直角坐標(biāo)系xOy中,第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強電場,第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度v0垂直于y軸射入電場,經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成60°角射入磁場,最后從y軸負(fù)半軸上的P點垂直于y軸射出磁場,如圖所示不計粒子重力,求:(1)M、N兩點間的電勢差UMN;(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑r;(3)粒子從M點運動到P點的總時間t解析:粒子在電場中做類平拋運動,在磁場中做勻速圓周運動,兩者的銜接點是N點的速度(1)設(shè)粒子過N點時的速度為v,有cos ,v2v0粒子從M點運動到N點的過程,有qUMNmv2mv,所以UMN(2)如圖所示,粒子在磁場中以O(shè)為圓心做勻速圓周運動,半徑為ON,有qvB,所以r(3)由幾何關(guān)系得ONrsin ,設(shè)粒子在電場中運動的時間為t1,有ONv0t1,所以t1粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T,設(shè)粒子在磁場中運動的時間為t2,有t2T·所以tt1t2答案:(1)(2)(3)4