（19分）如圖所示，在坐標(biāo)系xoy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xoy面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為E. 一質(zhì)量為、帶電量為的粒子自y軸的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電場，以后僅保留磁場。已知OP=d,OQ=2d,不計(jì)粒子重力。

（1）求粒子過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。
（2）若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0；
（3）若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過Q點(diǎn)，且速度與第一次過Q點(diǎn)時(shí)相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點(diǎn)所用的時(shí)間。

（1） （2）   （3）

解析試題分析：（1）設(shè)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為，加速度的大小為a，粒子的初速度為，過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小為v，沿y軸方向分速度的大小為，速度與x軸正方向間的夾角為，由牛頓第二定律得 ⑴
由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式得 ⑵  ⑶  ⑷  ⑸   ⑹
聯(lián)立⑴⑵⑶⑷⑸⑹式  ⑺    ⑻

（2）設(shè)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，粒子在第一象限的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，為圓心，由幾何關(guān)系可知△O1OQ為等腰直角三角形，得 ⑼
由牛頓第二定律得           ⑽
聯(lián)立⑺⑼⑽式得              ⑾

（3）設(shè)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，由幾何分析（粒子運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示，、是粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心，Q、F、G、H是軌跡與兩坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，連接、，由幾何關(guān)系知，和均為矩形，進(jìn)而知FQ、GH均為直徑，QFGH也是矩形，又FH⊥GQ，可知QFGH是正方形，△QOG為等腰直角三角形）可知，粒子在第一、第三象限的軌跡均為半圓，得             ⑿
粒子在第二、第四象限的軌跡為長度相等的線段，得           ⒀
設(shè)粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點(diǎn)所用的時(shí)間為t，則有           ⒁   
聯(lián)立⑦⑿⒀⒁得        ⒂
考點(diǎn)：本題考查帶電粒子在勻強(qiáng)電場中的類平拋運(yùn)動(dòng)和在勻強(qiáng)磁場中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，一光滑絕緣圓管軌道位于豎直平面內(nèi)，半徑為0.2m。以圓管圓心O為原點(diǎn)，在環(huán)面內(nèi)建立平面直角坐標(biāo)系xOy，在第四象限加一豎直向下的勻強(qiáng)電場，其他象限加垂直于環(huán)面向外的勻強(qiáng)磁場。一帶電量為+1.0C、質(zhì)量為0.1kg的小球（直徑略小于圓管直徑），從x坐標(biāo)軸上的b點(diǎn)由靜止釋放，小球剛好能順時(shí)針沿圓管軌道做圓周運(yùn)動(dòng)。（重力加速度g取10m/s2）

（1）求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E；
（2）若第二次到達(dá)最高點(diǎn)a時(shí)，小球?qū)壍狼『脽o壓力，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B ；
（3）求小球第三次到達(dá)最高點(diǎn)a時(shí)對圓管的壓力。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖，直線MN 上方有平行于紙面且與MN成45°的有界勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小未知；MN下方為方向垂直于紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B．今從MN 上的O點(diǎn)向磁場中射入一個(gè)速度大小為v、方向與MN成45°角的帶正電粒子，該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌道半徑為R ．該粒子從O點(diǎn)出發(fā)記為第一次經(jīng)過直線MN ，第五次經(jīng)過直線MN時(shí)恰好又通過O點(diǎn)．不計(jì)粒子的重力．

（1）畫出粒子在磁場和電場中運(yùn)動(dòng)軌跡的草圖；
（2）求出電場強(qiáng)度E的大��；
（3）求該粒子再次從O點(diǎn)進(jìn)入磁場后，運(yùn)動(dòng)軌道的半徑r；
（4）求該粒子從O點(diǎn)出發(fā)到再次回到O點(diǎn)所需的時(shí)間t ；

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

如圖所示，間距為、半徑為的內(nèi)壁光滑的圓弧固定軌道，右端通過導(dǎo)線接有阻值為的電阻，圓弧軌道處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為。質(zhì)量為、電阻為、長度也為的金屬棒，從與圓心等高的處由靜止開始下滑，到達(dá)底端時(shí)，對軌道的壓力恰好等于金屬棒的重力2倍，不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)線的電阻，空氣阻力忽略不計(jì)，重力加速度為。求：

（1）金屬棒到達(dá)底端時(shí)，電阻兩端的電壓多大；
（2）金屬棒從處由靜止開始下滑，到達(dá)底端的過程中，通過電阻的電量；
（3）用外力將金屬棒以恒定的速率從軌道的低端拉回與圓心等高的處的過程中，電阻產(chǎn)生的熱量。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

(13分)如圖甲所示，場強(qiáng)大小為E、方向豎直向上的勻強(qiáng)電場內(nèi)存在著一半徑為R的圓形區(qū)域，O點(diǎn)為該圓形區(qū)域的圓心，A點(diǎn)是圓形區(qū)域的最低點(diǎn)，B點(diǎn)是圓形區(qū)域最右側(cè)的點(diǎn)。在A點(diǎn)有放射源釋放出初速度大小不同、方向均垂直于場強(qiáng)向右的正電荷，電荷的質(zhì)量均為m，電量均為q，不計(jì)重力。試求：

（1）電荷在電場中運(yùn)動(dòng)的加速度多大？
（2）運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)過B點(diǎn)的電荷在A點(diǎn)時(shí)的速度多大？
（3）若在圓形區(qū)域的邊緣有一圓弧形接收屏CBD，B點(diǎn)仍是圓形區(qū)域最右側(cè)的點(diǎn)，C、D分別為接收屏上最邊緣的兩點(diǎn)，如圖乙所示，∠COB=∠BOD=37°。求該屏上接收到的電荷的末動(dòng)能大小的范圍。(提示：sin37°=0.6，cos37°=0.8。)

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

(16分)如圖所示，在矩形ABCD區(qū)域內(nèi)，對角線BD以上的區(qū)域存在有平行于AD向下的勻強(qiáng)電場，對角線BD以下的區(qū)域存在有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(圖中未標(biāo)出)，矩形AD邊長為L，AB邊長為2L.一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為＋q的帶電粒子(重力不計(jì))以初速度v0從A點(diǎn)沿AB方向進(jìn)入電場，在對角線BD的中點(diǎn)P處進(jìn)入磁場，并從DC邊上以垂直于DC邊的速度離開磁場(圖中未畫出)，求：

(1)帶電粒子經(jīng)過P點(diǎn)時(shí)速度v的大小和方向；
(2)電場強(qiáng)度E的大小；
(3)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向．

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（18分）如圖所示K與虛線MN之間是加速電場。虛線MN與PQ之間是勻強(qiáng)電場，虛線PQ與熒光屏之間是勻強(qiáng)磁場，且MN、PQ與熒光屏三者互相平行。電場和磁場的方向如圖所示。圖中A點(diǎn)與O點(diǎn)的連線垂直于熒光屏。一帶正電的粒子由靜止被加速從A點(diǎn)離開加速電場，速度方向垂直于偏轉(zhuǎn)電場方向射入偏轉(zhuǎn)電場，在離開偏轉(zhuǎn)電場后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，最后恰好垂直地打在圖中的熒光屏上。已知電場和
磁場區(qū)域在豎直方向足夠長，加速電場電壓與偏轉(zhuǎn)電場的場強(qiáng)關(guān)系為U=Ed/2，式中的d是偏轉(zhuǎn)電場的寬度且為已知量，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B與偏轉(zhuǎn)電場的電場強(qiáng)度E和帶電粒子離開加速電場的速度v0關(guān)系符合表達(dá)式v0=E/B，如圖所示，試求：

（1）畫出帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖，
（2）磁場的寬度L為多少？
（3）改變磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，則熒光
屏是出現(xiàn)的亮線長度是多少？

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

(18分）圖所示為回旋加速器的示意圖。它由兩個(gè)鋁制D型金屬扁盒組成,兩個(gè)D形盒正中間開有一條狹縫，兩個(gè)D型盒處在勻強(qiáng)磁場中并接在高頻交變電源上。在D1盒中心A處有離子源，它產(chǎn)生并發(fā)出的a粒子,經(jīng)狹縫電壓加速后,進(jìn)入D2盒中。在磁場力的作用下運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周后，再次經(jīng)狹縫電壓加速。為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場中運(yùn)動(dòng)的周期一致。如此周而復(fù)始，速度越來越 大,運(yùn)動(dòng)半徑也越來越大,最后到達(dá)D型盒的邊緣，以最大速度被導(dǎo)出。已知a粒子電荷量為q,質(zhì)量為m，加速時(shí)電極間電壓大小恒為U,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,D型盒的半徑為R，設(shè) 狹 縫 很 窄,粒子通過狹縫的時(shí)間可以忽略不計(jì)，設(shè)α粒子從離子源發(fā)出時(shí)的初速度為零。（不計(jì)α粒子重力）求：

(1) α粒子第一次被加速后進(jìn)入D2盒中時(shí)的速度大��；
(2) α粒子被加速后獲得的最大動(dòng)能Ek和交變電壓的頻率f；
(3)α粒子在第n次由D1盒進(jìn)入D2盒與緊接著第n+1次由D1盒進(jìn)入D2盒位置之間的距離Δx。

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科目：高中物理 來源： 題型：計(jì)算題

（17分）如圖所示，在坐標(biāo)系xoy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xoy面向里；第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為E，一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子自y軸的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限，經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，隨即撤去電場，以后僅保留磁場。已知OP=d，OQ=2d，不計(jì)粒子重力。

（1）求粒子過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向。
（2）若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一定值B0，粒子將以垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限，求B0；
（3）若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為另一確定值，經(jīng)過一段時(shí)間后粒子將再次經(jīng)過Q點(diǎn)，且速度與第一次過Q點(diǎn)時(shí)相同，求該粒子相鄰兩次經(jīng)過Q點(diǎn)所用的時(shí)間。

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