第10章 第3课时 带电粒子在组合场、叠加场中的运动-【直击双1流】2023版高考物理真题分类全刷

第 3 课时 　 带电粒子在组合场、叠加场中的运动 1 带电粒子在组合场中的运动 1. (2022 全国卷甲,18,6 分,★★) 空间存在 着匀强磁场和匀强电场,磁场的方向垂直 于纸面(xOy平面) 向里,电场的方向沿 y轴 正方向。 一带正电的粒子在电场和磁场的 作用下,从坐标原点O由静止开始运动。 下 列四幅图中,可能正确描述该粒子运动轨 迹的是 (　 　 ) A B C D 2. (2019课标Ⅲ,18,6分,★★★) 如图,在坐 标系的第一和第二象限内存在磁感应强度 大小分别为 1 2 B 和 B、方向均垂直于纸面向 外的匀强磁场。 一质量为 m、所带电荷量为 q(q > 0) 的粒子垂直于 x轴射入第二象限, 随后垂直于 y 轴进入第一象限,最后经过 x 轴离开第一象限。 粒子在磁场中运动的时 间为 (　 　 ) A. 5πm 6qB B. 7πm 6qB C. 11πm 6qB D. 13πm 6qB 3. (2022 山东卷,17,14 分,★★★★) 中国 “人造太阳” 在核聚变实验方面取得新突 破,该装置中用电磁场约束和加速高能离 子,其部分电磁场简化模型如图所示,在三 维坐标系 Oxyz中,0 < z < d空间内充满匀 强磁场 Ⅰ,磁感应强度大小为 B,方向沿 x 轴正方向; - 3d < z < 0,y > 0 的空间内充 满匀强磁场 Ⅱ,磁感应强度大小为 2 2 B,方 向平行于 xOy 平面,与 x 轴正方向夹角为 45°;z < 0,y ≤ 0 的空间内充满沿 y 轴负方 向的匀强电场。 质量为 m、带电荷量为 + q 的离子甲,从 yOz平面第三象限内距 y轴为 L 的点 A 以一定速度出射,速度方向与 z 轴 正方向夹角为 β,在 yOz 平面内运动一段时 间后,经坐标原点O沿 z轴正方向进入磁场 Ⅰ,不计离子重力。 (1) 当离子甲从A点出射速度为 v0 时,求电 场强度的大小 E; (2) 若使离子甲进入磁场后始终在磁场中 运动,求进入磁场时的最大速度 vm; (3) 离子甲以qBd 2m 的速度从O点沿 z轴正方 向第一次穿过 xOy 面进入磁场 Ⅰ,求 第四次穿过 xOy平面的位置坐标(用 d 表示); 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 881 (4) 当离子甲以qBd 2m 的速度从 O 点进入磁 场 Ⅰ时,质量为4m、带电荷量为 + q的 离子乙,也从 O点沿 z轴正方向以相同 的动能同时进入磁场 Ⅰ,求两离子进 入磁场后,到达它们运动轨迹第一个 交点 的 时 间 差 Δt( 忽 略 离 子 间 相 互作用)。 4. (2021 全国卷甲,25,20 分,★★★★★) 如 图,长度均为 l 的两块挡板竖直相对放置, 间距也为 l,两挡板上边缘 P 和 M 处于同一 水平线上,在该水平线的上方区域有方向竖 直向下的匀强电场,电场强度大小为 E;两 挡板间有垂直纸面向外、磁感应强度大小可 调节的匀强磁场。 一质量为 m、电荷量为 q(q > 0) 的粒子自电场中某处以大小为 v0 的速度水平向右发射,恰好从 P点处射入磁 场,从两挡板下边缘 Q 和 N 之间射出磁场, 运动过程中粒子未与挡板碰撞。 已知粒子 射入磁场时的速度方向与 PQ 的夹角为 60°,不计重力。 (1) 求粒子发射位置到 P 点的距离; (2) 求磁感应强度大小的取值范围; (3) 若粒子正好从 QN 的中点射出磁场,求 粒子在磁场中的轨迹与挡板 MN 的最 近距离。 5. (2021 山东卷,17,14 分,★★★★) 某离子 实验装置的基本原理如图甲所示。 Ⅰ 区宽 度为 d,左边界与 x 轴垂直交于坐标原点 O, 其内充满垂直于 xOy平面向里的匀强磁场, 磁感应强度大小为 B0;Ⅱ 区宽度为 L,左边 界与 x轴垂直交于O1 点,右边界与 x轴垂直 交于 O2 点,其内充满沿 y 轴负方向的匀强 电场。 测试板垂直 x轴置于Ⅱ区右边界,其 中心 C与 O2 点重合。 从离子源不断飘出电 荷量为 q、质量为m的正离子,加速后沿 x轴 正方向过 O 点,依次经 Ⅰ 区、Ⅱ 区,恰好到 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋