高考物理带电粒子在无边界匀强磁场中运动各地方试卷集合汇编及解析

由Eq＝ma得a＝ 由l＝vt得t＝ 故d＝at2＝l

粒子射出ABCD区域电场时沿场强方向速度为vy＝at＝v 速度偏向角为tanθ＝＝1 解得θ＝

粒子从DH中点竖直向上射入电场，由几何关系知

得

得

v

(2)射入磁场的速度大小为v′＝由洛伦兹力提供向心力qv′B＝m解得B＝

(3)粒子在左侧电场中偏转的运动时间t1＝ 粒子在磁场中向上偏转运动时间t2＝其中T＝

T

在上方电场中运动减速到零的时间为t3＝

粒子运动轨迹如图所示，根据对称性可知粒子运动总时间为

t＝2(t1＋t2＋t3) 得

或t＝

点睛：本题考查了粒子在电场与磁场中的运动，粒子运动过程复杂，分析清楚粒子运动过程、作出粒子运动轨迹是解题的前提，作出粒子运动轨迹后，应用类平抛运动规律与牛顿第二定律可以解题，解题时注意几何知识的应用．

4．“太空粒子探测器”是由加速、偏转和收集三部分组成，其原理可简化如下：如图1所示，辐射状的加速电场区域边界为两个同心平行半圆弧面，圆心为O，外圆弧面AB的电势为

L(??o)，内圆弧面CD的电势为?，足够长的收集板MN平行边界ACDB，ACDB与2MN板的距离为L．假设太空中漂浮着质量为m，电量为q的带正电粒子，它们能均匀地吸附到AB圆弧面上，并被加速电场从静止开始加速，不计粒子间的相互作用和其它星球对粒子的影响，不考虑过边界ACDB的粒子再次返回．

（1）求粒子到达O点时速度的大小；

（2）如图2所示，在PQ（与ACDB重合且足够长）和收集板MN之间区域加一个匀强磁场，方向垂直纸面向内，则发现均匀吸附到AB圆弧面的粒子经O点进入磁场后最多有能打到MN板上，求所加磁感应强度的大小；

（3）如图3所示，在PQ（与ACDB重合且足够长）和收集板MN之间区域加一个垂直MN的匀强电场，电场强度的方向如图所示，大小E?23?4L，若从AB圆弧面收集到的某粒子经

O点进入电场后到达收集板MN离O点最远，求该粒子到达O点的速度的方向和它在PQ与MN间运动的时间． 【答案】（1）v?【解析】 【分析】 【详解】

1m?2m2q?；（2）B?；（3）???600 ；2L

L2qq?m试题分析：解：（1）带电粒子在电场中加速时，电场力做功，得：qU?0?12mv 2U?2?????v?2q? m2能打到MN板上，则上端刚好能打到MN上的粒子与3(2）从AB圆弧面收集到的粒子有

MN相切，则入射的方向与OA之间的夹角是60?，在磁场中运动的轨迹如图甲，轨迹圆心角??600．

根据几何关系，粒子圆周运动的半径：R?2L

v2由洛伦兹力提供向心力得：qBv?m

R联合解得：B?1m?

L2q（3）如图粒子在电场中运动的轨迹与MN相切时，切点到O点的距离最远， 这是一个类平抛运动的逆过程． 建立如图坐标.

L?1qE2t 2mt?2mL2m?2L qEq?Eq2qELq? t??mm2m若速度与x轴方向的夹角为?角 vx?cos??1vxcos?????600 v2

5．如图，圆心为O、半径为r的圆形区域外存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B。P是圆外一点，OP=3r。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子从P点在纸面内垂直于OP射出。己知粒子运动轨迹经过圆心O，不计重力。求 (1)粒子在磁场中做圆周运动的半径； (2)粒子第一次在圆形区域内运动所用的时间。

【答案】(1)【解析】 【分析】

(2)

本题考查在匀强磁场中的匀速圆周运动及其相关的知识点，意在考查考生灵活运用相关知识解决问题的的能力。 【详解】

（1）找圆心，画轨迹，求半径。

设粒子在磁场中运动半径为R，由几何关系得：

①

易得：

②

（2）设进入磁场时速度的大小为v，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有

③

进入圆形区域，带电粒子做匀速直线运动，则