專題7+帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題-屆高考物理一輪復(fù)習(xí)之熱點(diǎn)題型+版含解析

1、專題3.7帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題（1）交變場(chǎng)是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)在某一區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間作周期性變化，帶電粒子在交變場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題涉及的物理過(guò)程比較復(fù)雜，情景多元，深入考查綜合分析能力，是高考的熱點(diǎn)題型。求解這類問(wèn)題時(shí)首先要明確是電場(chǎng)做周期性變化還是磁場(chǎng)做周期性變化，亦或是電場(chǎng)、磁場(chǎng)都做周期性變化，一般按如下思路分析：鹵，一看清、井明白場(chǎng)的變化情況近通眇一分析粒子在不同的變化場(chǎng)區(qū)的受力情況-分析粒子在不同時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況X粒子在不同運(yùn)動(dòng)階段，料有怎樣的運(yùn)動(dòng)模m線出銜接相鄰兩過(guò)程的物理設(shè)-聯(lián)立不同階段的方程求解【典例】如圖甲所示，在xOy平面內(nèi)存在均勻、大小隨.時(shí)間周期性變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，變化規(guī)律分別

2、如圖乙、丙所示（規(guī)定垂直紙面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度的正方向、+y軸方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度的正方向）。在t=0時(shí)刻由原點(diǎn)。發(fā)射初速度大小為V0,方向沿+y軸方向的帶負(fù)電粒子（不計(jì)重力）。其中已知V0、to、B。、Eo,且Eo=等，粒子的比荷q=B京，x軸上有一點(diǎn)A,坐標(biāo)為產(chǎn)詈，0甲乙丙（i）求2o時(shí)帶電粒子的位置坐標(biāo)。（2）粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中偏離x軸的最大距離。（3）粒子經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)A點(diǎn)。votovoto2voto【答案】（1）二，二)(2)1.5voto+-y(3)32to【解析】（1）在。to時(shí)間內(nèi)，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得:224兀voqBovo=mzjZ2ri=m-/日1271mm

3、vovotovoto得：T=2t。，r產(chǎn)瓦二T則在t0時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角”=；,所以在t=a，粒子的位置坐標(biāo)為:（2）在to2to時(shí)間內(nèi)，粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后的速度為v,粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示一V0+v運(yùn)動(dòng)的位移：x=2t0=1.5v0t0在2to3to時(shí)間內(nèi)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑：c2voto2=21=兀故粒子偏離x軸的最大距離：h=x+2=1.5voto+兀0*立子在工平面內(nèi)做周期性運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)周期為4玷Y周期內(nèi)向右運(yùn)動(dòng)的距離二4為+5二縉加間的距離為：華口所以，粒子運(yùn)動(dòng)至4點(diǎn)的時(shí)間為:Q32班【跟蹤訓(xùn)練】1 .在第一象限（含坐標(biāo)軸）內(nèi)有垂直xOy平面周期性變化的均勻磁場(chǎng)，規(guī)定垂直xOy平面向

4、里的磁場(chǎng)方向?yàn)檎?磁場(chǎng)變化規(guī)律如圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為Bo,變化周期為To某一正粒子質(zhì)量為m、電量為q在t=0時(shí)從0點(diǎn)沿x軸正向射入磁場(chǎng)中.若要求粒子在t=To時(shí)距x軸最遠(yuǎn)，則Bo的值為（）A二mb2二m'qTo'qToC3二m口5二m'2qT0'3qTo【答案】D2【解析】粒子在磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，則：qvB=mv-,rmv所以:r二一qB粒子運(yùn)動(dòng)的周期：T=2J=dmvqB要求在To時(shí)，粒子距x軸最遠(yuǎn).如圖作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)兩段圓弧的圓心0102的連線與y軸夾角為0,P點(diǎn)的縱坐標(biāo)為y,圓心O2到y(tǒng)軸之間的距離為x,則由幾x何關(guān)系，得：y=

5、2r+2rcosH,sin8=2rt=T0時(shí)間內(nèi)對(duì)圓心轉(zhuǎn)過(guò)的角度2因?yàn)榱Ｗ釉诘谝幌笙迌?nèi)運(yùn)動(dòng),由題意根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系知，當(dāng)8=30叩寸，y取最大值，故此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中、，5為口=150=n，根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的6/曰丁2二,2二T0得：T=t=a時(shí)間：t=T2二52幾6又粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式知：T=2Lm,知磁感應(yīng)強(qiáng)度B0=5m,故選項(xiàng)D正確，ABCqB3qTo錯(cuò)誤。2 .如圖甲所示，寬度為d的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)（邊界為L(zhǎng)i、L2）,存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng)（如圖乙所示），電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E。，E>0表示電場(chǎng)方向豎直向上.t=0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量

6、為m的微粒從左邊界上的Ni點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn).Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g.上述d、E0、m、v、g為已知量.(1)求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小.(2)求電場(chǎng)變化的周期T.T的最小值.(3)改變寬度d,使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域，求【答案】=普B=導(dǎo)方(3)2n+lv2g【解析J(1)微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則mg+qE0=qvB微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則mg=qE0聯(lián)立得q=mg2E0b=dvQ低微粒從站運(yùn)動(dòng)到。的時(shí)間為加做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為貝端二的-11聯(lián)立得力=5$方=翌電場(chǎng)變化的周期4&q

7、uot;小白手55(3)若微粒能完成題述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，要求2聯(lián)立得R卷？設(shè)在NiQ段直線運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為tmn,由.？得tlmin=R,因t2不變，T的最小值Tmin=tlmin+t?=2g21十1v2g3 .如圖甲所示，在以O(shè)為坐標(biāo)原點(diǎn)的xOy平面內(nèi)，存在著范圍足夠大的電場(chǎng)和磁場(chǎng).一個(gè)質(zhì)量m=2X102kg,帶電荷量q=+5M0-3C的小球在0時(shí)刻以vo=40m/s的速度從O點(diǎn)沿+x方向(水平向右)射入該空間，在該空間同時(shí)加上如圖乙所示的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，其中電場(chǎng)沿一y方向(豎直向上)，場(chǎng)強(qiáng)大小Eo=40V/m.磁場(chǎng)垂直于xOy平面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0=4tiT.取當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=10m/s

8、2,計(jì)算結(jié)果中可以保留根0,.,x/m;r;rIIIIIIIo510152025;/fi昂因.'o",，歲'而僧,曲,，"%甲已(1)求12s末小球速度的大小.(2)在給定的xOy坐標(biāo)系中，大致畫出小球在24s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖.(3)求26s末小球的位置坐標(biāo).【答案】20y5m/s(2)見(jiàn)解析(3)x2=,20-%my2=15+號(hào)m【解析】(1)當(dāng)不存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，小球只受重力作用，做平拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)同時(shí)加上電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，電場(chǎng)力方向向上：F1=qE0=0.2N,重力方向向下：G=mg=0.2N2重力和電場(chǎng)力恰好平衡，此時(shí)小球受洛倫茲力而做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛

9、頓第二定律有：qvoB0=mVr0運(yùn)動(dòng)周期T=2j£,聯(lián)立解得T=2svo正好是電場(chǎng)k磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí)間的上即在這1。室內(nèi)，小球恰好做了5個(gè)完整的勻速圖周運(yùn)動(dòng).所以小球在A=12s末的速度相當(dāng)于小球做平拋運(yùn)動(dòng)片2s時(shí)的末速度.Vj；g/20m/s及二M)=40m/»vi=+i#=2(h/5m/s.(2)小球在24s內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖如圖所示(半徑越來(lái)越大).(3)分析可知，小球24s末與26s末的位置相同，在26s內(nèi)小球做了t2=3s的平拋運(yùn)動(dòng)，23s末小球平拋運(yùn)動(dòng)的位移大小為x1=v0t2=120m1 2y=2gt2=45m此時(shí)小球的速度大小為v2=業(yè)彳+gt2=50m/s

10、速度與豎直方向的夾角為0=53°此后小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑mv2_50qB0兀26s末，小球恰好完成了半個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小球的位置坐標(biāo)60X2=x1一2r2cose=120工兀y2=y1+22sin0=45+情感語(yǔ)錄1 .愛(ài)情合適就好，不要委屈將就，只要隨意，彼此之間不要太大壓力2 .時(shí)間會(huì)把最正確的人帶到你身邊，在此之前，你要做的，是好好的照顧自己3 .女人的眼淚是最無(wú)用的液體，但你讓女人流淚說(shuō)明你很無(wú)用4 .總有一天，你會(huì)遇上那個(gè)人，陪你看日出，直到你的人生落幕5 .最美的感動(dòng)是我以為人去樓空的時(shí)候你依然在6 .我莫名其妙的地笑了，原來(lái)只因?yàn)橄氲搅四? .會(huì)離開的都是廢品，能搶

11、走的都是垃圾8 .其實(shí)你不知道，如果可以，我愿意把整顆心都刻滿你的名字9 .女人誰(shuí)不愿意青春永駐，但我愿意用來(lái)?yè)Q一個(gè)疼我的你10 .我們和好吧，我想和你拌嘴吵架，想鬧小脾氣，想為了你哭鼻子，我想你了11 如此情深，卻難以啟齒。其實(shí)你若真愛(ài)一個(gè)人，內(nèi)心酸澀，反而會(huì)說(shuō)不出話來(lái)12 .生命中有一些人與我們擦肩了，卻來(lái)不及遇見(jiàn)；遇見(jiàn)了，卻來(lái)不及相識(shí)；相識(shí)了，卻來(lái)不及熟悉，卻還要是再見(jiàn)13 .對(duì)自己好點(diǎn)，因?yàn)橐惠呑硬婚L(zhǎng)；對(duì)身邊的人好點(diǎn)，因?yàn)橄螺呑硬灰欢苡鲆?jiàn)14 .世上總有一顆心在期待、呼喚著另一顆心15 .離開之后，我想你不要忘記一件事：不要忘記想念我。想念我的時(shí)候，不要忘記我也在想念你16 .有一種緣分叫