高中物理带电粒子在复合场中的运动练习题及答案VIP免费

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练1．如图所示，直径分别为D和2D的同心圆处于同一竖直面内，O为圆心，GH为大圆的水平直径。两圆之间的环形区域(Ⅰ区)和小圆内部(Ⅱ区)均存在垂直圆面向里的匀强磁场．间距为d的两平行金属极板间有一匀强电场，上极板开有一小孔．一质量为m、电量d处静止释放，加速后粒子以竖直向上的速度v射出电场，由H2点紧靠大圆内侧射入磁场。不计粒子的重力。为＋q的粒子由小孔下方(1)求极板间电场强度的大小；(2)若粒子运动轨迹与小圆相切，求Ⅰ区磁感应强度的大小；(3)若Ⅰ区、Ⅱ区磁感应强度的大小分别为点，求这段时间粒子运动的路程．【来源】2015年全国普通高等学校招生统一考试物理（山东卷带解析)2mv4mv,粒子运动一段时间后再次经过H、qDqD4mv4mvmv212【答案】（）（）或（3）5.5πDqD3qDqd【解析】【分析】【详解】mv2d12(1)粒子在电场中，根据动能定理Eqmv，解得Eqd22(2)若粒子的运动轨迹与小圆相切，则当内切时，半径为ER/24mvv2BqvBm由，解得1qDr1则当外切时，半径为eR4mvv2B由qvB1m，解得3qDr29qB2L2100U016U0U(2)若Ⅰ区域的磁感应强度为m，则粒子运动的半径为；Ⅱ32U081912v2区域的磁感应强度为qU0mv，则粒子运动的半径为qvBm；2r设粒子在Ⅰ区和Ⅱ区做圆周运动的周期分别为T1、T2，由运动公式可得：T12R13；r0Lv14据题意分析，粒子两次与大圆相切的时间间隔内，运动轨迹如图所示，根据对称性可知，Ⅰ区两段圆弧所对的圆心角相同，设为1，Ⅱ区内圆弧所对圆心角为2，圆弧和大圆的两个切点与圆心O连线间的夹角设为，由几何关系可得：1120；2180；60粒子重复上述交替运动回到H点，轨迹如图所示，设粒子在Ⅰ区和Ⅱ区做圆周运动的时间U1L分别为t1、t2，可得：rU；5U0L6设粒子运动的路程为s，由运动公式可知：s=v(t1+t2)联立上述各式可得：s=5.5πD2．如图，ABD为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB段是水平的，BD段为半径R=0.25m的半圆,两段轨道相切于B点，整个轨道处在竖直向下的匀强电场中，场强大小E=5.0×103V/m。一不带电的绝缘小球甲，以速度v0沿水平轨道向右运动，与静止在B点带正电的小球乙发生弹性碰撞。已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg，乙所带电荷量q=2.0×10-5C，g取10m/s2。(水平轨道足够长，甲、乙两球可视为质点，整个运动过程无电荷转移)（1）甲乙两球碰撞后，乙恰能通过轨道的最高点D，求乙球在B点被碰后的瞬时速度大小；（2）在满足1的条件下，求甲的速度v0；（3）甲仍以中的速度v0向右运动，增大甲的质量，保持乙的质量不变，求乙在轨道上的首次落点到B点的距离范围。【来源】四川省资阳市高中（2018届)2015级高三课改实验班12月月考理综物理试题【答案】（1）5m/s；（2）5m/s；（3）322mx23m。【解析】【分析】【详解】（1）对球乙从B运动到D的过程运用动能定理可得mg2RqE2R1212mvDmvB222vD乙恰能通过轨道的最高点D，根据牛顿第二定律可得mgqEm联立并代入题给数据可得vB=5m/sR（2）设向右为正方向，对两球发生弹性碰撞的过程运用动量守恒定律可得mvBmv0mv0根据机械能守恒可得11122mvBmv02mv0222联立解得0，v05m/sv0（3）设甲的质量为M，碰撞后甲、乙的速度分别为vM、vm，根据动量守恒和机械能守恒定律有Mv0MvMmvm111Mv02MvM2mvm2222联立得vm2Mv0Mm分析可知：当M=m时，vm取最小值v0；当Mm时，vm取最大值2v0可得B球被撞后的速度范围为v0vm2v0，由动能定理得设乙球过D点的速度为vDmg2RqE2R联立以上两个方程可得11mvD2mvm222230m/s35m/s