专练19带电粒子在复合场中的运动1.如图1所示,在直角坐标系xOy平面内,第二象限内虚线MN平行于y轴,N点坐标为(-L,0)其左侧有水平向左的匀强电场E1,MN与y轴之间有沿y轴正方向的匀强电场E2,E1、E2均未知,在第一、三、四象限内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B未知.现有一质量为m、电荷量为q的负粒子从图中A点静止释放,不计粒子重力,粒子到达MN上的P点时速度为v0,速度方向水平,粒子从y轴上的C点(0,0.5L)与y轴负方向成30°角进入磁场,偏转后从x轴上的D点(图中未画出)垂直x轴穿出磁场并进入MN左侧电场且刚好又击中P点,求:图1(1)匀强电场的电场强度E2的大小.(2)匀强磁场磁感应强度B的大小.(3)匀强电场的电场强度E1的大小.解析(1)粒子在电场E2中做类平抛运动,令粒子进入磁场时速度为v,沿y轴方向的速度大小为vy则有cot30°==所以E2=.(2)粒子的运动轨迹如图所示,由运动规律及图中角度知ΔCO1G是一正三角形,所以粒子在磁场中做圆周运动的半径为r=CG=2OC=L又因Bqv=m而v0=vsin30°联立得B=.(3)粒子从D到P做类平抛运动,所用时间为t1,则有OD-ON=tNP=vt1而OD=r+r粒子从P到C所用时间为t2,则t2=,所以NP=+t=L联立得E1=.答案(1)(2)(3)2.(·宿州市第三次质量检测)如图2所示,水平放置的两平行金属板A、B长8cm,两板间距离d=8cm,两板间电势差UAB=300V,一质量m=1.0×10-20kg、电荷量q=1.0×10-10C、初速度v0=2×106m/s的带正电的粒子,沿A、B板中心线OO′飞入电场,粒子飞出两板间电场后,经PQ上某点进入PQ右侧、OO′下侧的足够大的匀强磁场中,最后垂直OO′射出磁场.已知MN、PQ两界面相距L=12cm、D为中心线OO′与PQ界面的交点,不计粒子重力.求:图2(1)粒子飞出两板间电场时偏离中心线OO′的距离;(2)粒子经过PQ界面时到D点的距离;(3)匀强磁场的磁感应强度B的大小.解析(1)设粒子在电场中的偏移距离为y在电场中,由牛顿第二定律得:=ma由类平抛运动的规律得:d=v0ty=at2vy=atv=tanθ=联立以上各式代入数值得:y=3cmv=2.5×106m/s,tanθ=(2)设粒子经过PQ界面时到D点的距离为H由几何知识得:H=y+Ltanθ代入数值得:H=12cm(或用:=也可得分)(3)设粒子在磁场中圆周运动的圆心为S,半径为R由图可知:R=由牛顿第二定律得:qvB=联立以上各式代入数值得:B=1.67×10-3T答案见解析3.(·济南高三教学质量调研考试)如图3所示,在x<0的区域内存在沿y轴负方向的匀强电场,在第一象限倾斜直线OM的下方和第四象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场.一带电粒子自电场中的P点沿x轴正方向射出,恰好经过坐标原点O进入匀强磁场,经磁场偏转后垂直于y轴从N点回到电场区域,并恰能返回P点.已知P点坐标为(-L,L),带电粒子质量为m,电荷量为q,初速度为v0,不计粒子重力.求:图3(1)匀强电场的电场强度大小;(2)N点的坐标;(3)匀强磁场的磁感应强度大小.解析(1)设粒子从P到O时间为t,加速度为a,则L=v0t,L=at2由牛顿第二定律,可得qE=ma由以上三式,可解得E=(2)设粒子运动到N点时速度为v,则v==2v0所以粒子从N到P的时间t′=t沿y轴位移h=at′2=L因此N点坐标为(0,L)(3)粒子在磁场中运动轨迹如图所示,设半径为R.粒子在O点时速度方向与y轴负方向的夹角为30°由几何关系可知R+Rsin30°=L又因为qvB=m解得B=答案(1)(2)(0,L)(3)4.(·天津卷,12)同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用,其基本原理简化为如图4所示的模型.M、N为两块中心开有小孔的平行金属板.质量为m、电荷量为+q的粒子A(不计重力)从M板小孔飘入板间,初速度可视为零.每当A进入板间,两板的电势差变为U,粒子得到加速,当A离开N板时,两板的电荷量均立即变为零.两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场,A在磁场作用下做半径为R的圆周运动,R远大于板间距离.A经电场多次加速,动能不断增大,为使R保持不变,磁场必须相应地变化.不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射,不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应.求图4(1)A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小.(2)在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率n;(3)若有一个质量也为m、电荷量为...