2024-2025學(xué)年高中物理第三章7習(xí)題課帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)練習(xí)含解析新人教版選修3-1

PAGE3-帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1．如圖所示的正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，有一粒子沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向飛入其中，并沿直線運(yùn)動(dòng)(不考慮重力作用)，則此粒子()A．肯定帶正電B．肯定帶負(fù)電C．可能帶正電或負(fù)電，也可能不帶電D．肯定不帶電解析：選C.題中帶電粒子在電場(chǎng)中受電場(chǎng)力，在磁場(chǎng)中受洛倫茲力，而帶電粒子做直線運(yùn)動(dòng)，依據(jù)電場(chǎng)力方向及洛倫茲力方向判定，可知兩力必反向且與運(yùn)動(dòng)速度垂直，故無法推斷是何種帶電粒子，即帶正電、負(fù)電和不帶電粒子都滿意題設(shè)條件，故正確選項(xiàng)為C.2．(多選)在圖中虛線所圍的區(qū)域內(nèi)，存在電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．已知從左方水平射入的電子，穿過該區(qū)域時(shí)并未發(fā)生偏轉(zhuǎn)，假設(shè)電子的重力忽視不計(jì)，則在該區(qū)域中的E和B的方向可能正確的是()A．E豎直向上，B垂直紙面對(duì)外B．E豎直向上，B垂直紙面對(duì)里C．E和B沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)的方向相同D．E和B沿水平方向，并與電子運(yùn)動(dòng)的方向相反解析：選ACD.假如E豎直向上，B垂直紙面對(duì)外，電子沿圖中方向射入后，電場(chǎng)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(cuò)誤；假如E、B沿水平方向且與電子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)力作用，電子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，也不偏轉(zhuǎn)，C正確；假如E、B沿水平方向，且與電子運(yùn)動(dòng)方向相反，電子仍不受洛倫茲力，所受電場(chǎng)力與E反向，即與速度同方向，故電子做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，也不偏轉(zhuǎn)，D正確．3．(2024·高考北京卷)某空間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)．一個(gè)帶電粒子(不計(jì)重力)以肯定初速度射入該空間后，做勻速直線運(yùn)動(dòng)；若僅撤除電場(chǎng)，則該粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．下列因素與完成上述兩類運(yùn)動(dòng)無關(guān)的是()A．磁場(chǎng)和電場(chǎng)的方向 B．磁場(chǎng)和電場(chǎng)的強(qiáng)弱C．粒子的電性和電量 D．粒子入射時(shí)的速度解析：選C.在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的疊加區(qū)域內(nèi)，一個(gè)帶電粒子射入后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則它受的洛倫茲力和電場(chǎng)力大小相等、方向相反，即qvB＝qE，故v＝eq\f(E,B)，因此粒子的運(yùn)動(dòng)，與粒子的電性和電量均無關(guān)，故選項(xiàng)C正確．4．在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，第Ⅳ象限存在垂直于坐標(biāo)平面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場(chǎng)，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成θ＝60°角射入磁場(chǎng)，最終從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場(chǎng)，如圖所示．不計(jì)粒子重力，求：(1)M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差UMN；(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；(3)粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t.解析：粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，兩者的連接點(diǎn)是N點(diǎn)的速度．(1)設(shè)粒子過N點(diǎn)時(shí)的速度為v，有eq\f(v0,v)＝cosθ，v＝2v0.粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的過程，有qUMN＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，所以UMN＝eq\f(3mveq\o\al(2,0),2q).(2)如圖所示，粒子在磁場(chǎng)中以O(shè)′為圓心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑為O′N，有qvB＝eq\f(mv2,r)，所以r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(2mv0,qB).(3)由幾何關(guān)系得ON＝rsinθ，設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，有ON＝v0t1，所以t1＝eq\f(ON,v0)＝eq\f(rsinθ,v0)＝eq\f(2msinθ,qB)＝eq\f(\r(3)m,qB).粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝eq\f(2πm,qB)，設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2，有t2＝eq\f(π－θ,2π)T＝eq\f(π－\f(π,3),2π)·eq\f(2πm,qB)＝eq\f(2πm,3qB).所以t＝t1＋t2＝eq\f(（3\r(3)＋2