高考物理二轮细致复习典范 带电粒子在复合场中的运动 新人教版选修31(1).doc

带电粒子在复合场中的运动一、复合场1复合场 (1)叠加场：电场、_、重力场共存，或其中某两场共存(2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场_出现2三种场的比较 目项名称力的特点功和能的特点重力场大小：g_方向：_重力做功与_无关重力做功改变物体的_静电场大小：f_方向：a.正电荷受力方向与场强方向_b.负电荷受力方向与场强方向_电场力做功与_无关w_电场力做功改变_磁场洛伦兹力f_方向可用_定则判断洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的_【答案】1.(1)磁场(2)交替2.mg竖直向下路径重力势能qea相同b相反路径qu电势能qvb左手动能二、带电粒子在复合场中运动的应用实例1电视显像管电视显像管是应用电子束_(填“电偏转”或“磁偏转”)的原理来工作的，使电子束偏转的_(填“电场”或“磁场”)是由两对偏转线圈产生的显像管工作时，由_发射电子束，利用磁场来使电子束偏转，实现电视技术中的_，使整个荧光屏都在发光2速度选择器(如图1所示)(1)平行板中电场强度e和磁感应强度b互相_这种装置能把具有一定_的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qeqvb， 图1即v_. 3磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把_直接转化为电能(2)根据左手定则，如图2中的b是发电机_(3)磁流体发电机两极板间的距离为l，等离子体速度为v，磁场的磁 感应强度为b，则由qeqqvb得两极板间能达到的最大电势差u_.4电磁流量计工作原理：如图3所示，圆形导管直径为d，用_制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势 图3差就保持稳定，即：qvb_，所以v_，因此液体流量qsv.5霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当_与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了_，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图4所示【答案】1磁偏转磁场阴极扫描2.(1)垂直速度(2)3.(1)内能(2)正极(3)blv4.非磁性材料qeq5.磁场方向电势差考点一带电粒子在叠加场中的运动1.是否考虑粒子重力(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、尘埃等一般应当考虑其重力.(2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，按题目要求处理.(3)不能直接判断是否要考虑重力的，在进行受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力.2.分析方法(1)弄清复合场的组成.如磁场、电场的复合,磁场、重力场的复合,磁场、电场、重力场三者的复合等.(2)正确受力分析,除重力、弹力、摩擦力外要特别注意静电力和磁场力的分析.(3)确定带电粒子的运动状态,注意运动情况和受力情况的结合.(4)对于粒子连续通过几个不同区域、不同种类的场时,要分阶段进行处理.3带电粒子在叠加场中无约束情况下的运动情况分类(1)磁场力、重力并存若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因f洛不做功，故机械能守恒，由此可求解问题(2)电场力、磁场力并存(不计重力的微观粒子)若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因f洛不做功，可用动能定理求解问题(3)电场力、磁场力、重力并存若三力平衡，一定做匀速直线运动若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因f洛不做功，可用能量守恒或动能定理求解问题4带电粒子在复合场中有约束情况下的运动带电体在复合场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求出结果【典例】一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域.设电场和磁场区域有明确的分界线,且分界线与电场强度方向平行,如图中的虚线所示.在如图所示的几种情况中,可能出现的是( )【答案】选a、d.【详解】根据带电粒子在电场中的偏转情况可以确定带电粒子带电的正、负.选项、c、d中粒子带正电，选项b中粒子带负电.再根据左手定则判断粒子在磁场中偏转方向，可以确定、d正确，b、c错误.【2013年】24k32013重庆卷 有人设计了一种带电颗粒的速率分选装置，其原理如图所示，两带电金属板间有匀强电场，方向竖直向上，其中pqnm矩形区域内还有方向垂直纸面向外的匀强磁场一束比荷(电荷量与质量之比)均为的带正电颗粒，以不同的速率沿着磁场区域的水平中心线为oo进入两金属板之间，其中速率为v0的颗粒刚好从q点处离开磁场，然后做匀速直线运动到达收集板重力加速度为g，pq3d，nq2d，收集板与nq的距离为l，不计颗粒间相互作用求：(1)电场强度e的大小；(2)磁感应强度b的大小；(3)速率为v0(1)的颗粒打在收集板上的位置到o点的距离解析 (1)设带电颗粒的电荷量为q，质量为m.有eqmg将代入，得ekg(2)如图，有qv0bmr2(3d)2(rd)2得b(3)如图所示，有qv0bmtany1r1y2ltanyy1y2得yd(5)12k32013天津卷 对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义如图所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器下方的小孔s1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔s2垂直于磁场方向进入磁感应强度为b的匀强磁场中，做半径为r的匀速圆周运动离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为i.不考虑离子重力及离子间的相互作用(1)求加速电场的电压u；(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量m；(3)实际上加速电压的大小会在uu范围内微小变化若容器中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠，应小于多少？(结果用百分数表示，保留两位有效数字)12解析 (1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为v，由动能定理得qumv2离子在磁场中做匀速圆周运动，所受洛伦兹力充当向心力，即qvbm由式解得u(2)设在t时间内收集到的离子个数为n，总电荷量为q，则qitnmnm由式解得m(3)由式有r设m为铀238离子质量，由于电压在uu之间有微小变化，铀235离子在磁场中最大半径为rmax铀238离子在磁场中最小半径为rmin这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为rmaxrmin即则有m(uu)m(uu)得其中铀235离子的质量m235 u(u为原子质量单位)，铀238离子的质量m238 u，故解得0.63%图1025k32013课标全国卷 如图，一半径为r的圆表示一柱形区域的横截面(纸面)在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场，一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域，在圆上的b点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直圆心o到直线的距离为r.现将磁场换为平行于纸面且垂直于直线的匀强电场，同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域，也在b点离开该区域若磁感应强度大小为b，不计重力，求电场强度的大小25解析 粒子在磁场中做圆周运动设圆周的半径为r，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式得qvbm式中v为粒子在a点的速度过b点和o点作直线的垂线，分别与直线交于c和d点由几何关系知，线段a、b和过a、b两点的轨迹圆弧的两条半径(未画出)围成一正方形因此abr设x，由几何关系得rxr联立式得rr再考虑粒子在电场中的运动设电场强度的大小为e，粒子在电场中做类平抛运动设其加速度大小为a，由牛顿第二定律和带电粒子在电场中的受力公式得qema粒子在电场方向和直线方向所走的距离均为r，由运动学公式得rat2rvt式中t是粒子在电场中运动的时间联立式得e15k32013江苏卷 如图所示，待测区域中存在匀强电场和匀强磁场，根据带电粒子射入时的受力情况可推测其电场和磁场图中装置由加速器和平移器组成，平移器由两对水平放置、相距为l的相同平行金属板构成，极板长度为l、间距为d，两对极板间偏转电压大小相等、电场方向相反质量为m、电荷量为q的粒子经加速电压u0加速后，水平射入偏转电压为u1的平移器，最终从点水平射入待测区域不考虑粒子受到的重力(1)求粒子射出平移器时的速度大小v1；(2)当加速电压变为4u0时，欲使粒子仍从点射入待测区域，求此时的偏转电压u；(3)已知粒子以不同速度水平向右射入待测区域，刚进入时的受力大小均为f.现取水平向右为x轴正方向，建立如图所示的直角坐标系oxyz.保持加速电压为u0不变，移动装置使粒子沿不同的坐标轴方向射入待测区域，粒子刚射入时的受力大小如下表所示.射入方向yyzz受力大小ffff请推测该区域中电场强度和磁感应强度的大小及可能的方向图1815解析 (1)设粒子射出加速器的速度为v0，由动能定理得qu0mv由题意得v1v0，即v1(2)在第一个偏转电场中，设粒子的运动时间为t.加速度的大小a在离开时，竖直分速度vyat竖直位移y1at2水平位移lv1t粒子在两偏转电场间做匀速直线运动，经历时间也为t竖直位移y2 vyt由题意知，粒子竖直总位移y2y1y2解得y则当加速电压为4u0时，u 4u1(3)(a)由沿x 轴方向射入时的受力情况可知：b 平行于x 轴，且e.(b)由沿y轴方向射入时的受力情况可知：e与oxy平面平行f2f2 (f)2，则f2f且fqv1b解得b(c)设电场方向与x 轴方向夹角为.若b沿x轴方向，由沿z轴方向射入时的受力情况得(ffsin)2(fcos)2 (f)2解得30或150即e与oxy平面平行且与x轴方向的夹角为30或150.同理，若b沿x轴方向，e与oxy平面平行且与x轴方向的夹角为30或150.【2013年-2013年】1.（2013新课标全国卷t25）如图，在区域i（0xd）和区域ii（dx2d）内分别存在匀强磁场，磁感应强度大小分别为b和2b，方向相反，且都垂直于oxy平面。一质量为m、带电荷量q（q0）的粒子a于某时刻从y轴上的p点射入区域i，其速度方向沿x轴正向。已知a在离开区域i时，速度方向与x轴正方向的夹角为30；此时，另一质量和电荷量均与a相同的粒子b也从p点沿x轴正向射入区域i，其速度大小是a的1/3。不计重力和两粒子之间的相互作用力。求（1）粒子a射入区域i时速度的大小；（2）当a离开区域ii时，a、b两粒子的y坐标之差。【详解】（1）设粒子a在i内做匀速圆周运动的圆心为c（在y轴上），半径为ra1，粒子速率为va,运动轨迹与两磁场区域边界的交点为p，如图，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有，qvab=m 由几何关系有pcp= ra1= 式中=30，由上面三式可得va= （2）设粒子a在ii内做圆周运动的圆心为oa，半径为ra2，射出点为pa（图中未画出轨迹），poapa=，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有，q va（2b）=m 由式得ra2= c、p、oa三点共线，且由式知oa点必位于x=d 的平面上，由对称性知，pa点与p的纵坐标相同，即ypa=ra1cosh 式中，h是c点的纵坐标。设b在i中运动的轨道半径为rb1，由洛仑兹力公式和牛顿第二定律有，q（）b= （）2 设a到达pa点时，b位于pb点，转过的角度为，如果b没有飞出i，则= = 式中，t是a在区域ii中运动的时间，而ta2= tb1= 由式得=30 由式可见，b没有飞出i。pb点的y坐标为yp2=rb1（2+cos）+h 由式及题给条件得，a、b两粒子的y坐标差为yp2ypa=（2）d2.（2013安徽高考t23）如图所示，在以坐标原点o为圆心、半径为r的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为b，磁场方向垂直于xoy平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从o点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经时间从p点射出。（1）求电场强度的大小和方向。（2）若仅撤去磁场，带电粒子仍从o点以相同的速度射入，经时间恰从半圆形区域的边界射出。求粒子运动加速度的大小。（3）若仅撤去电场，带电粒子仍从o点射入，且速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间。【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）设带电粒子质量为m，电荷量为q，初速度为v,电场强度为e，可判断出粒子受到的洛伦兹力沿x轴负方向，由于粒子的重力不计且粒子受力平衡，故粒子受到的电场力和洛伦兹力大小相等方向相反，电场强度沿沿x轴正方向， 得（2）仅有电场时，带电粒子在匀强电场中作类平抛运动在y方向作匀速直线运动，位移为 由式得，设在水平方向位移为x，因射出位置在半圆线边界上，于是,又因为粒子在水平方向上做匀速直线运动，则 得 （3）仅有磁场时入射速度，带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动，设轨道半径为，由牛顿第二定律有 ，又有 ，由得带电粒子偏转情况如图由几何知识，,则带电粒子在磁场中运动时间3.（2013北京高考t23）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图所示的矩形区域cdg（c边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，处有一狭缝。离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于g边且垂于磁场的方向射入磁场，运动到g边，被相应的收集器收集，整个装置内部为真空。已知被加速度的两种正离子的质量分别是和，电荷量均为。加速电场的电势差为u，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。（1）求质量为的离子进入磁场时的速率；（2）当磁感应强度的大小为b时，求两种离子在g边落点的间距s；（3）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。若狭缝过宽，可能使两束离子在g边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离。 设磁感应强度大小可调，g边长为定值l，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在处；离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于g边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在g边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。【答案】【详解】由动能定理，所以在磁场中作圆周运动，利用得，求两种离子在g边落点的间距质量为的粒子，在g边上的落点都在其入射点左侧2r1处，由于狭缝的宽度为d，落点区域的宽度也为d，同理，质量为的粒子在g边上落点区域宽度也是d。为保证两束粒子能完全分离，两个区域应无交叠，条件为利用式代入式，得r1最大值满足得求得最大值4.(2013山东高考t25)（18分）扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆。其简化模型如图、两处的条形匀强磁场区边界竖直，相距为l,磁场方向相反且垂直于纸面。一质量为m、电量为-q、重力不计的粒子，从靠近平行板电容器mn板处由静止释放，极板间电压为u,粒子经电场加速后平行于纸面射入区，射入时速度与水平方向夹角（1）当区宽度l1=l、磁感应强度大小b1=b0时，粒子从区右边界射出时速度与水平方向夹角也为，求b0及粒子在区运动的时间t0（2）若区宽度l2=l1=l磁感应强度大小b2=b1=b0，求粒子在区的最高点与区的最低点之间的高度差h（3）若l2=l1=l、b1=b0，为使粒子能返回区，求b2应满足的条件（4）若，且已保证了粒子能从区右边界射出。为使粒子从区右边界射出的方向与从区左边界射入的方向总相同，求b1、b2、l1、l2、之间应满足的关系式。【答案】（1）（2）（3）或（4）【详解】（1）如图1所思，设粒子射入磁场区的速度为，在磁场区中做圆周运动的半径为，由动能定理和牛顿第二定律得 由几何知识得 联立式，代入数据得 设粒子在磁场区中做圆周运动的周期为t，运动的时间为 联立式，代入数据得 （2）设粒子在磁场区做圆周运动的半径为，由牛顿第二定律得 由几何知识可得 联立式，代入数据得 （3）如图2所示，为使粒子能再次回到区，应满足 联立式，代入数据得 （12）（4）如图3（或图4）所示，设粒子射出磁场区时速度与水平方向的夹角为，由几何知识可得 （13） （14）联立式得 (15)联立（13）（14）（15）式得 （16）5.（2013广东理综t35）如图19（a）所示，在以o为圆心，内外半径分别为和的圆环区域内，存在辐射状电场和垂直纸面的匀强磁场，内外圆间的电势差u为常量，,一电荷量为+q，质量为m的粒子从内圆上的点进入该区域，不计重力。（1）已知粒子从外圆上以速度射出，求粒子在点的初速度的大小（2）若撤去电场，如图19（b）,已知粒子从o延长线与外圆的交点c以速度射出，方向与o延长线成45角，求磁感应强度的大小及粒子在磁场中运动的时间（3）在图19（b）中，若粒子从点进入磁场，速度大小为，方向不确定，要使粒子一定能够从外圆射出，磁感应强度应小于多少？【答案】（1），（2），；（3）【详解】（1）带电粒子在复合场中受到电场力和洛伦兹力的作用，因为洛伦兹力不做功，故只要有电场力做功，由动能定理得:.（2）做出粒子运动的轨迹如图所示，则，得粒子的运动半径为洛伦兹力提供向心力：，联立解得：在磁场中的运动时间为：（3）若粒子能够从o延长线与外圆的交点射出，则有所有粒子均射出，此时粒子在点的射入方向是垂直c向下的，粒子轨迹的半径为，此时对应磁感应强度是最大的设为bm，要使粒子能从外圆射出，由洛伦兹力提供向心力得：所以6.（2013全国卷1）26（21分）如下图，在区域内存在与xy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为b.在t=0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角分布在0180范围内。已知沿y轴正方向发射的粒子在时刻刚好从磁场边界上点离开磁场。求：1 粒子在磁场中做圆周运动的半径r及粒子的比荷qm；2 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y轴正方向夹角的取值范围；3 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。【答案】 速度与y轴的正方向的夹角范围是60到120从粒子发射到全部离开所用 时间 为【解析】 粒子沿y轴的正方向进入磁场，从p点经过做op的垂直平分线与x轴的交点为圆心，根据直角三角形有解得，则粒子做圆周运动的的圆心角为120，周期为粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，根据牛顿第二定律得，化简得仍在磁场中的粒子其圆心角一定大于120，这样粒子角度最小时从磁场右边界穿出；角度最大时从磁场左边界穿出。角度最小时从磁场右边界穿出圆心角120，所经过圆弧的弦与中相等穿出点如图，根据弦与半径、x轴的夹角都是30，所以此时速度与y轴的正方向的夹角是60。角度最大时从磁场左边界穿出，半径与y轴的的夹角是60，则此时速度与y轴的正方向的夹角是120。所以速度与y轴的正方向的夹角范围是60到120rrr在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹应该与磁场的右边界相切，在三角形中两个相等的腰为，而它的高是，半径与y轴的的夹角是30，这种粒子的圆心角是240。所用 时间 为。所以从粒子发射到全部离开所用 时间 为。7. (2013全国卷2)26（21分）图中左边有一对平行金属板，两板相距为d，电压为v;两板之间有匀强磁场，磁场应强度大小为b0，方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为a的正三角形区域efg(ef边与金属板垂直)，在此区域内及其边界上也有匀强磁场，磁感应强度大小为b，方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q的正离子沿平行于金属板面，垂直于磁场的方向射入金属板之间，沿同一方向射出金属板之间的区域，并经ef边中点h射入磁场区域。不计重力（1）已知这些离子中的离子甲到达磁场边界eg后，从边界ef穿出磁场，求离子甲的质量。（2）已知这些离子中的离子乙从eg边上的i点（图中未画出）穿出磁场，且gi长为，求离子乙的质量。（3）若这些离子中的最轻离子的质量等于离子甲质量的一半，而离子乙的质量是最大的，问磁场边界上什么区域内可能有离子到达。解析：（1）在粒子进入正交的电磁场做匀速直线运动，设粒子的速度为v，电场的场强为e0，根据平衡条件得 由化简得 粒子甲垂直边界ef进入磁场，又垂直边界ef穿出磁场，则轨迹圆心在ef上。粒子运动中经过eg，说明圆轨迹与eg相切，在如图的三角形中半径为r=acos30tan15 tan15= 联立化简得 在磁场中粒子所需向心力由洛伦磁力提供，根据牛顿第二定律得 联立化简得 （2）由于1点将eg边按1比3等分，根据三角形的性质说明此轨迹的弦与eg垂直，在如图的三角形中，有 同理 （10）（3）最轻离子的质量是甲的一半，根据半径公式离子的轨迹半径与离子质量呈正比，所以质量在甲和最轻离子之间的所有离子都垂直边界ef穿出磁场，甲最远离h的距离为，最轻离子最近离h的距离为，所以在离h的距离为到之间的ef边界上有离子穿出磁场。比甲质量大的离子都从eg穿出磁场，期中甲运动中经过eg上的点最近，质量最大的乙穿出磁场的1位置是最远点，所以在eg上穿出磁场的粒子都在这两点之间。8、 （2013上海物理）13. 如图，长为的直导线拆成边长相等，夹角为的形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为，当在该导线中通以电流强度为的电流时，该形通电导线受到的安培力大小为（）0 （b）0.5 （c） （d）答案：c解析：导线有效长度为2lsin30=l，所以该v形通电导线收到的安培力大小为。选c。本题考查安培力大小的计算。难度：易。9、 （2013福建卷）21、（19分）如图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上，导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上，与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线pq以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界pq处时，撤去拉力，a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此时b棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场边界pq处时，又恰能沿导轨匀速向下运动。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为r,b棒的质量为m，重力加速度为g，导轨电阻不计。求（1）a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中，a棒中的电流强度i，与定值电阻r中的电流强度ir之比；（2）a棒质量ma；（3）a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力f。解析：（1）a棒沿导轨向上运动时，a棒、b棒及电阻r中的电流分别为ia、ib、ir，有解得：（2）由于a棒在pq上方滑动过程中机械能守恒，因而a棒在磁场中向上滑动的速度大小v1与在磁场中向下滑动的速度大小v2相等，即v1=v2=v设磁场的磁感应强度为b，导体棒长为l乙，a棒在磁场中运动时产生的感应电动势为e=blv当a棒沿斜面向上运动时向下匀速运动时，a棒中的电流为ia、则 由以上各式联立解得：（3）由题可知导体棒a沿斜面向上运动时，所受拉力10、 （2013山东卷）25（18分）如图所示，以两虚线为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，宽度为d，两侧为相同的匀强磁场，方向垂直纸面向里。一质量为、带电量+q、重力不计的带电粒子，以初速度垂直边界射入磁场做匀速圆周运动，后进入电场做匀加速运动，然后第二次进入磁场中运动，此后粒子在电场和磁场中交替运动。已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此类推。求粒子第一次经过电场子的过程中电场力所做的功。粒子第n次经过电场时电场强度的大小。粒子第n次经过电场子所用的时间。假设粒子在磁场中运动时，电场区域场强为零。请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中，电场强度随时间变化的关系图线（不要求写出推导过程，不要求标明坐标明坐标刻度值）。解析：（1）根据，因为，所以，所以,（2）=，所以。（3），所以。(4)11、 （2013北京卷）23.（18分）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图1，将一金属或半导体薄片垂直至于磁场b中，在薄片的两个侧面、间通以电流时，另外两侧、间产生电势差，这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用相一侧偏转和积累，于是、间建立起电场，同时产生霍尔电势差。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，和达到稳定值，的大小与和以及霍尔元件厚度之间满足关系式，其中比例系数称为霍尔系数，仅与材料性质有关。（1）设半导体薄片的宽度（、间距）为，请写出和的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图中、哪端的电势高；（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为，电子的电荷量为，请导出霍尔系数的表达式。（通过横截面积的电流，其中是导电电子定向移动的平均速率）；（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图所示。.若在时间内，霍尔元件输出的脉冲数目为，请导出圆盘转速的表达式。.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。解析：（1）由 得 当电场力与洛伦兹力相等时 得 将 、代入，得 （2） a.由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为p，则 p=mnt圆盘转速为 n=b.提出的实例或设想 12、 （2013天津卷）12.（20分）质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域。汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图，m、n为两块水平放置的平行金属极板，板长为l，板右端到屏的距离为d，且d远大于l，oo为垂直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板间偏离oo的距离。以屏中心o为原点建立xoy直角坐标系，其中x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向。（1）设一个质量为m0、电荷量为q0的正离子以速度v0沿oo的方向从o点射入，板间不加电场和磁场时，离子打在屏上o点。若在两极板间加一沿+y方向场强为e的匀强电场，求离子射到屏上时偏离o点的距离y0;(2)假设你利用该装置探究未知离子，试依照以下实验结果计算未知离子的质量数。上述装置中，保留原电场，再在板间加沿-y方向的匀强磁场。现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流，仍从o点沿oo方向射入，屏上出现两条亮线。在两线上取y坐标相同的两个光点，对应的x坐标分别为3.24mm和3.00mm，其中x坐标大的光点是碳12离子击中屏产生的，另一光点是未知离子产生的。尽管入射离子速度不完全相同，但入射速度都很大，且在板间运动时oo方向的分速度总是远大于x方向和y方向的分速度。解析：（1）离子在电场中受到的电场力离子获得的加速度离子在板间运动的时间到达极板右边缘时，离子在方向的分速度离子从板右端到达屏上所需时间离子射到屏上时偏离点的距离由上述各式，得（2）设离子电荷量为，质量为，入射时速度为，磁场的磁感应强度为，磁场对离子的洛伦兹力已知离子的入射速度都很大，因而离子在磁场中运动时间甚短，所经过的圆弧与圆周相比甚小，且在板间运动时，方向的分速度总是远大于在方向和方向的分速度，洛伦兹力变化甚微，故可作恒力处理，洛伦兹力产生的加速度是离子在方向的加速度，离子在方向的运动可视为初速度为零的匀加速直线运动，到达极板右端时，离子在方向的分速度离子飞出极板到达屏时，在方向上偏离点的距离当离子的初速度为任意值时，离子到达屏上时的位置在方向上偏离点的距离为，考虑到式，得由、两式得其中上式表明，是与离子进入板间初速度无关的定值，对两种离子均相同，由题设条件知，坐标3.24mm的光点对应的是碳12离子，其质量为，坐标3.00mm的光点对应的是未知离子，设其质量为，由式代入数据可得故该未知离子的质量数为14。13、 （2013四川卷）24.（19分）如图所示，电源电动势。内阻，电阻。间距的两平行金属板水平放置，板间分布有垂直于纸面向里、磁感应强度的匀强磁场。闭合开关，板间电场视为匀强电场，将一带正电的小球以初速度沿两板间中线水平射入板间。设滑动变阻器接入电路的阻值为rx，忽略空气对小球的作用，取。（1）当rx=29时，电阻消耗的电功率是多大？（2）若小球进入板间做匀速圆周运动并与板相碰，碰时速度与初速度的夹角为，则rx是多少？【答案】0.6w；54。【解析】闭合电路的外电阻为 根据闭合电路的欧姆定律 r2两端的电压为 v r2消耗的功率为 w 小球进入电磁场做匀速圆周运动，说明重力和电场力等大反向，洛仑兹力提供向心力，根据牛顿第二定律 连立化简得 小球做匀速圆周运动的初末速的夹角等于圆心角为60，根据几何关系得 连立带入数据 v 干路电流为 14、 （2013安徽卷）23.(16分)如图1所示，宽度为的竖直狭长区域内（边界为），存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场（如图2所示），电场强度的大小为，表示电场方向竖直向上。时，一带正电、质量为的微粒从左边界上的点以水平速度射入该区域，沿直线运动到点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的点。为线段的中点，重力加速度为g。上述、为已知量。 (1)求微粒所带电荷量和磁感应强度的大小；(2)求电场变化的周期；(3)改变宽度，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求的最小值。解析： （1）微粒作直线运动，则 微粒作圆周运动，则 联立得 （2）设粒子从n1运动到q的时间为t1，作圆周运动的周期为t2，则 联立得 电场变化的周期 （3）若粒子能完成题述的运动过程，要求 d2r (10)联立得 （11）设n1q段直线运动的最短时间为tmin，由（10）（11）得 因t2不变，t的最小值1.在空间某一区域中既存在匀强电场，又存在匀强磁场.有一带电粒子，以某一速度从不同方向射入到该区域中(不计带电粒子受到的重力)，则该带电粒子在区域中的运动情况可能是( ).做匀速直线运动b.做匀速圆周运动c.做匀变速直线运动d.做匀变速曲线运动【答案】选、c.【详解】如果粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡，则粒子做匀速直线运动，正确；如果粒子速度方向与磁感线平行，则粒子做匀变速直线运动,c正确.2.如图所示，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场方向水平指向纸外，有一电子(不计重力)，恰能沿直线从左向右飞越此区域，若电子以相同的速率从右向左水平飞入该区域，则电子将( ).沿直线飞越此区域b.向上偏转c.向下偏转d.向纸外偏转【答案】选c.【详解】电子在复合场中从左边进入时受力如图(a)，沿直线从左向右飞越此区域，则f洛=f电；电子从右边进入复合场区域时受力如图(b)所示.由电子受力方向与速度方向的关系知电子应在速度和力决定的平面内向下偏转做曲线运动.故选项c正确.3.(2013大连模拟)某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中做匀速圆周运动,磁场方向垂直于它的运动平面,电子所受正电荷的电场力恰好是磁场对它的作用力的3倍,若电子电荷量为e,质量为m,磁感应强度为b,那么电子运动的可能角速度是( ). b. c. d. 【答案】选a、c.【详解】电子受电场力和洛伦兹力作用而做匀速圆周运动,当两力方向相同时有:ee+evb=m2r,ee=3bev,v=r,联立解得,故正确;当两力方向相反时有ee-evb=m2r,与上面式子联立得,c正确.4.如图所示，质量为m，电荷量为e的质子以某一初速度从坐标原点o沿x轴正方向进入场区，若场区仅存在平行于y轴向上的匀强电场时，质子通过p(d，d)点时的动能为5ek；若场区仅存在垂直于xoy平面的匀强磁场时，质子也能通过p点.不计质子的重力.设上述匀强电场的电场强度大小为e，匀强磁场的磁感应强度大小为b，则下列说法中正确的是( ). b. c. d. 【答案】选d.【详解】质子在电场中，解得,、b错误.再根据，故c错误、d正确.5.如图所示，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b，相距为d，ab间的电场强度为e，今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b板时，速度大小不变，而方向变为水平方向，且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域，bc区域的宽度也为d，所加电场大小为e，方向竖直向上，磁感应强度方向垂直纸面向里，磁场磁感应强度大小等于e/v0，重力加速度为g，则下列关于粒子运动的有关说法正确的是( ).粒子在ab区域的运动时间为b.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r=2dc.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为d.粒子在ab、bc区域中运动的总时间为【答案】选a、b、d.【详解】粒子在ab区域运动时，竖直方向在重力作用下做匀减速运动，故，正确.在水平方向，则qe=mg.在bc区域，由于粒子所受电场力竖直向上，且qe=mg，故粒子只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.其轨道半径，又qe=mg,v02=2gd，所以r=2d，故b正确；设粒子在bc区域转过的角度为，则，则=30，所以粒子在bc区域做匀速圆周运动的时间，或.故c错.粒子在电场中运动时间,故总时间,故d正确.6.(2013南京模拟)如图所示,两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场e和匀强磁场b,有一个带正电的小球(电荷量为+q,质量为m)从电磁复合场上方的某一高度处自由落下,那么,带电小球可能沿直线通过的电磁复合场是( )【答案】选c、d.【详解】在图中刚进入复合场时,带电小球受到方向向左的电场力、向右的洛伦兹力、竖直向下的重力,在重力的作用下,小球的速度要变大,洛伦兹力也会变大,所以水平方向受力不可能总是平衡,选项错误;b图中小球要受到向下的重力、向上的电场力、向外的洛伦兹力,小球要向外偏转,不可能沿直线通过复合场,b选项错误;c图中小球受到向下的重力、向右的洛伦兹力、沿电场方向的电场力,若这三个力的合力正好为0,则小球将沿直线通过复合场,c选项正确;d图中小球只受到向下的重力和向上的电场力,都在竖直方向上,小球可能沿直线通过复合场,d选项正确.7.北半球某处，地磁场水平分量b1=0.810-4 t，竖