专题13带电粒子在组（复）合场中运动的核心问题

专题13带电粒子在组（复）合场中运动的核心问题目录TOC\o"13"\h\u一．电偏转、磁偏转的区别与联系问题 1二．带电粒子在叠加场中的匀速直线与匀速圆周 2三．带电粒子在叠加场中的复杂曲线运动及洛伦兹力的冲量 2一．电偏转、磁偏转的区别与联系问题1.组合场电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，一般为两场相邻或在同一区域电场、磁场交替出现。2.分析思路带电粒子在电场、磁场组合场中的运动是指粒子从电场到磁场或从磁场到电场的运动。通常按时间的先后顺序将粒子的运动过程分成若干个小过程，在每一运动过程中从粒子的受力性质、受力方向和速度方向的关系入手，分析粒子在电场中做什么运动，在磁场中做什么运动。3.运动分析及方法选择4.“电偏转”与“磁偏转”的比较项目电偏转磁偏转偏转条件垂直电场线进入匀强电场(不计重力)垂直磁感线进入匀强磁场(不计重力)受力情况静电力F＝qE大小、方向不变洛伦兹力F洛＝qvB大小不变，方向时刻与v垂直运动类型类平抛运动匀速圆周运动运动轨迹抛物线圆或圆的一部分求解方法x＝v0t，a＝eq\f(qE,m)，偏移距离y＝eq\f(1,2)at2，偏转角tanφ＝eq\f(v⊥,v0)＝eq\f(at,v0)偏移距离y和偏转角θ要结合圆的几何关系通过圆周运动的规律求解，r＝eq\f(mv,qB)，T＝eq\f(2πm,qB)，t＝eq\f(θ,2π)T动能变大不变二．带电粒子在叠加场中的匀速直线与匀速圆周1.叠加场电场、磁场、重力场叠加，或其中某两场叠加。2.是否考虑粒子重力对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与静电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。3.带电粒子在叠加场中的常见运动静止或匀速直线运动当带电粒子在叠加场中所受合力为零时，将处于静止状态或匀速直线运动状态匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与静电力大小相等、方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动三．带电粒子在叠加场中的复杂曲线运动及洛伦兹力的冲量当带电粒子所受合力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线。解决该类问题初配速法以外主要应用功能关系及洛伦兹力的冲量进行解决。【模型演练1】（2024上·广东深圳·高二校考期末）某实验小组分别用匀强电场和匀强磁场设计电子偏转装置。一带正电的粒子，重力不计，电量与质量之比为k，以平行于Ox轴的速度v0从y轴上的A点水平射入第一象限区域，并从x轴的B点射出，如图（甲）和（乙）所示。已知OA=s，∠ABO=α，，（1）若第一象限只存在平行于Oy的电场，如图（甲），求该电场强度大小；（2）若第一象限只存在垂直xOy平面的匀强磁场，如图（乙），求该磁感应强度的大小。（3）在第（1）问中，带电粒子到达B点后撤销电场，同时在整个空间中施加垂直xOy平面的匀强磁场，要求粒子能回到A点，求所施加磁场的磁感应强度B。（忽略磁场变化过程带来的电磁扰动）【答案】（1）；（2）；（3），方向磁场垂直纸面向外【详解】（1）正电子从A点射入，做类平抛运动解得（2）设粒子在磁场中圆周运动的半径为R根据勾股定理解得根据带电粒子在磁场中运动所以联立两式，得所以（3）第（1）问中粒子到达B点时入射角度为θ=45°合速度为如果磁场垂直纸面向外，粒子轨迹如图，向下偏转，设圆周运动半径为R，则解得根据圆周运动动力学方程解得当磁场方向垂直平面向里，则粒子逆时针方向运动，跟y轴的交点坐标一定大于OB，由于OA小于OB，故不可能经过A点。【模型演练2】．（2024·陕西咸阳·统考一模）现代科技可以利用电场、磁场对带电粒子的作用来控制其运动轨迹，让其到达所需的位置，在现代科学技术、生产生活、仪器电器等方、面有广泛的应用。如图所示是此种仪器中电磁场的简化示意图。以竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系，该真空中存在方向沿x轴正方向、电场强度大小的匀强电场和方向垂直xOy平面向外、磁感应强度大小B=0.5T的匀强磁场。原点O处的粒子源连续不断地发射速度大小和方向一定、质量、电荷量q=2×10⁻6C的带正电的粒子束，粒子恰能在平面内做直线运动，重力加速度为，不计粒子间的相互作用。（1）求粒子发射的速度大小和方向；（2）若保持粒子束的初速度不变，在粒子从O点射出时立即撤去磁场，求粒子从O点射出后再次运动到y轴过程中，重力所做的功（不考虑磁场变化产生的影响）；（3）若保持E、B初始状态和粒子束的初速度不变，在粒子束运动过程中，突然将电场变为竖直向上、场强大小变为，求从O点射出的所有粒子第一次打在x轴上的坐标范围（不考虑电场变化产生的影响）。【答案】（1）20m/s，方向与y轴负方向夹角30°；（2）；（3）【详解】（1）粒子做匀速直线运动，如下图则解得设粒子出射的速度方向与轴负方向夹角为，则解得（2）撤去磁场后，粒子做平抛运动，如下图根据牛顿第二定律有解得重力所做的功（3）由题意可得粒子做匀速圆周运动，如下图。根据洛伦兹力提供向心力解得由几何关系可知，当粒子在O点时就改变电场，打在x轴上的横坐标距O点最近的点的坐标当改变电场时粒子所在处与粒子打在x轴上的位置之间的距离为2R时，打在x轴上的横坐标最远距离的坐标从O点射出的所有粒子第一次打在x轴上的坐标范围为【模型演练3】．（2024上·江苏常州·高三常州高级中学校考期末）如图所示，竖直平面内的直角坐标系xoy，第一象限内有竖直向上的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场；第三、四象限有磁感应强度大小为，方向垂直坐标平面向里的匀强磁场。t=0时刻，质量为m、带电量为+q的绝缘小球，从x轴的O点，沿x轴正方向以速度v0射入第一象限，在第一象限做匀速圆周运动；小球过一段时间进入第三象限的磁场区域。不计空气阻力，重力加速度为g。求：（1）电场强度的大小E；（2）小球第一次回到x轴时的速度大小；（3）在磁场B2内，小球离x轴最远距离ym及对应的速度v大小。【答案】（1）；（2）；（3），【详解】（1）在第一象限内做匀速圆周运动，则得（2）第一象限，根据洛伦兹力等于向心力得匀速圆周运动半周，其时间为小球在第二象限做做平抛运动，则得则则与x轴负方向夹角的正切值为（3）在磁场B2内小球离x轴最远距离ym，此时对应的速度为v，由动能定理水平方向由动量定理即取向右为正方向，则可得小球离x轴最远距离及对应的速度大小分别为，1．（2024上·山西太原·高三统考期末）如图所示，平面直角坐标系的第一象限内有竖直向上的匀强电场，虚线圆内有垂直纸面向外的匀强磁场。虚线圆的圆心在轴上，半径为，。质量为，电荷量为的粒子从圆上点以速度正对圆心射入磁场，并从坐标原点射出磁场。粒子在电场中运动，恰好经过第一象限的点。已知与轴负方向的夹角，粒子重力不计。求：（1）电场强度与磁感应强度的比值；（2）粒子从运动到的时间。【答案】（1）；（2）【详解】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为，几何关系得解得粒子从到做类平抛运动，运动时间为，有所以（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为，则粒子在磁场中运动时间为，则粒子从运动的时间为2．（2024上·陕西咸阳·高二统考期末）如图所示，在的区域存在匀强电场，场强沿y轴负方向；在区域存在匀强磁场，磁感应强度，磁场方向垂直xOy平面向外。一电荷量、质量的带正电粒子，从y轴上处的点以速率沿x轴正方向射入电场，紧接着从点射入磁场（不计粒子重力）。求：（1）点到坐标原点O的距离x；（2）该粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径的大小；（3）粒子从开始计时直到第四次经过x轴所用的时间。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】解：（1）粒子在电场中做类平抛运动，由牛顿第二定律有解得粒子做类平抛运动，竖直方向有水平方向有解得（2）设粒子进入磁场时与x轴的夹角为，有则进入磁场的速度大小由牛顿第二定律有解得（3）粒子的运动轨迹如图所示。设带电粒子在磁场中运动周期为，则粒子在磁场中运动的总时间粒子在电场中运动的总时间粒子从开始计时直到第四次经过x轴所用的时间解得3．（2024上·湖南常德·高三统考期末）如图所示，一质量为m、带电荷量为q的粒子，以速度v0从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，粒子飞出磁场区域后，从b点处穿过x轴，速度方向与x轴正方向的夹角为，并进入场强为E、方向沿x轴正方向的匀强电场中，之后通过了b点正下方的c点（图中未画出），不计粒子重力。求：（1）b点与O点的距离；（2）圆形匀强磁场区域的最小半径；（3）b点到c点的距离。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）做b点速度方向的反向延长线，交轴于点，再做的角平分线，交轴于点，即为粒子做圆周运动轨道的圆心，即为粒子做圆周运动轨道的半径，运动轨迹交于a点，如图所示设粒子再磁场中做圆周运动的轨道半径为，由洛伦兹力充当向心力有解得又根据几何关系可得则的距离为（2）最小的圆形磁场区域是以为直径的圆，如图中阴影部分。设最小的磁场区域半径为，则根据几何关系有解得（3）由牛顿第二定律可得带电粒子在电场中的加速度将速度沿着轴正方向和轴负方向分解，可得两个分速度大小分别为，由轴方向做匀变速直线运动可求得时间为由轴方向做匀速直线运动可求得间的距离4．（2024·新疆乌鲁木齐·统考一模）如图所示，在的空间中存在匀强电场，电场强度大小为E，方向沿y轴负方向；在的空间中存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直平面（纸面）向外。一带正电的粒子（重力不计），从y轴上A点以水平初速度v0沿x轴正方向射入电场中，之后粒子在电场、磁场中做周期性运动。已知，粒子每次进、出磁场时两点间的距离均为d。（1）求粒子第一次经过x轴的位置距坐标原点的距离；（2）若，求粒子在电场中的运动轨迹的相邻的两交点间的距离。【答案】（1）；（2）【详解】（1）粒子的运动轨迹如图所示，设粒子在电场中的加速度为a，运动时间为t，粒子离开电场时的速度大小为v、方向与x轴正方向夹角为θ，y轴方向的分速度为vy；粒子在磁场中做圆周运动的半径为R，由类平抛运动和圆周运动的规律得解得（2）设粒子经过x轴的位置距坐标原点的距离为，粒子进、出磁场时两点间的距离为，由第一问同理可得如图所示故粒子每运动一个周期，轨迹向x轴负方向平移，由图可得，电场中的运动轨迹的相邻的两交点间距离5．（2024上·福建宁德·高二统考期末）电视机显像管的工作原理可简化如图。初速度为0的电子经电场加速后，以速度v沿半径方向进入圆形匀强磁场，经磁场偏转后电子向上偏转了。已知电子的质量为m，电荷量大小为e，磁场方向垂直于圆面，电子在磁场中运动的轨迹半径为r。求：（1）加速电场的电压U；（2）磁场的磁感应强度B的大小及方向；（3）电子在磁场中的运动时间t。【答案】（1）；（2），方向垂直圆面向外；（3）【详解】（1）电子在电场中加速解得（2）电子在磁场中做圆周运动解得方向垂直圆面向外；（3）解法一：电子在磁场中运动的轨迹长度解得解法二：电子在磁场中运动的周期解得6．（2024上·湖北襄阳·高三校联考期末）如图所示，在坐标系内有一个半径为的圆形区域，圆心坐标为，圆内分布有正交的匀强磁场和匀强电场，磁场垂直纸面向里，电场大小方向未知。在直线的上方和直线的左侧区域内，有一沿轴负方向的匀强电场，场强大小和圆形区域内的电场相等。一质量为、电荷量为的粒子以速度（未知）从点沿轴正方向垂直于磁场射入，经过时间匀速通过圆形区域并从点射出；若不改变初速度的大小和方向，仅撤去磁场，粒子飞出圆形区域时间将变为（不计粒子的重力，已知）。（1）求粒子的初速度；（2）求电场强度和磁感应强度的大小；（3）若仅撤去圆形区域中的电场，让粒子以速度从点垂直磁场射入第四象限，且速度方向与轴正方向夹角，求粒子从第一次射入磁场到最终离开磁场的时间。【答案】（1）；（2），；（3）【详解】（1）粒子在电磁场中做匀速直线运动，所以v0=（2）撤去磁场后，带电粒子在电场中做类平抛运动x=R，y=R沿y轴负方向联立得又因为该粒子在电磁场中做匀速直线运动时联立可得B（3）撤去电场后，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动代入v0和B得r=R由几何关系可知粒子从A点沿y轴正方向射出磁场，并从C点进入上方电场，在电场中减速为零后反向加速从C点出电场时vC=2v0，又从A点沿y轴负向进入磁场做匀速圆周运动，刚好从Q点射出磁场，在磁场中运动的总时间电场中运动的总时间在AC之间匀速运动的时间则总时间为7．（2024·全国·模拟预测）如图所示，在平面直角坐标系的第一、二象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，在x轴的下方和边界MN之间的区域I内存在垂直纸面向里的匀强磁场，在边界MN下方的区域II内存在垂直纸面向外的匀强磁场，x轴与边界MN之间的距离为L。质量为m、电荷量为q的带正电粒子从点以初速度沿x轴负方向射出，粒子恰好从原点O射出电场进入区域I，并从点离开区域I进入区域II。不计粒子的重力及空气阻力。（1）求匀强电场的电场强度大小和区域I内磁场的磁感应强度大小；（2）要使粒子能经过x轴上的点且在区域II内的轨迹半径最大，求粒子由P点运动到F点所需的时间。【答案】（1），；（2）【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动联立解得，设粒子刚进入区域I时的速度为v，与x轴负方向之间的夹角为根据动能定理得由可得设粒子在区域I内做匀速圆周运动的半径为由几何关系可知由牛顿第二定律得联立解得（2）粒子的轨迹如图所示粒子在区域I内运动的时间粒子在区域II内运动的时间粒子由P点运动到F点所需时间8．（2024·广西·校联考一模）如图，直角坐标系中，在第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场，在第四象限内有方向垂直于坐标平面向外的匀强磁场；在第三象限内的区域内有方向垂直于坐标平面向里的匀强磁场，下边界MN与x轴平行。一质量为m、电荷量为q（）的粒子从y轴上P点（，）以初速度垂直于y轴射入电场，再经x轴上的Q点沿与x轴正方向成角进入磁场。粒子重力不计。（1）求匀强电场的场强大小E；（2）要使粒子能够进入第三象限，求第四象限内磁感应强度B的大小范围；（3）若第三象限内磁感应强度大小为第四象限内磁感应强度大小的2倍，则要使粒子能够垂直边界MN飞出第三象限的磁场，求第四象限内磁感应强度B的可能取值。【答案】（1）；（2）；（3），且n是0或小于的正整数【详解】（1）在第一象限内，粒子在电场力作用下做类平抛运动，则有，，联立解得（2）粒子在Q点的速率为根据类平抛运动的规律可得联立解得粒子进入第四象限后做匀速圆周运动，如图所示轨迹恰与y轴相切时，磁感应强度最大；则有联立解得则磁感应强度B的大小范围为（3）由洛伦兹力提供向心力得可得粒子由Q点进入第四象限后运动半周进入第三象限，作出粒子在第四、第三象限的可能运动轨迹如图所示要使粒子能够垂直边界MN飞出第三象限的磁场，则满足的条件为（，，）联立解得（，，）粒子要进入第三象限需满足可得解得综上可知，B的可能值为，且n是0或小于的正整数。9．（2024上·山西大同·高三统考期末）如图所示，在直角坐标系的第一和第二象限内分别存在沿y轴正向和沿x轴负向的足够大的匀强电场，电场强度大小都为E，第三、四象限里存在垂直纸面向里的足够大的匀强磁场。在第二象限的（，）点静止释放一质量为m、电荷量为的粒子，粒子开始运动，在第一象限经x轴上Q点（Q点未画出）进入磁场，此后粒子经坐标原点继续运动，不计粒子重力。求：（1）粒子经过x轴上的Q点的坐标；（2）磁场的磁感应强度B；（3）粒子第3次经过x轴的坐标。【答案】（1）（，）；（2）；（3）（，）【详解】（1）粒子在电场中运动，所受电场力大小相等，根据牛顿第二定律有粒子在第二象限内粒子在电场力的作用下加速，到达y轴，根据速度与位移的关系式有粒子进入第一象限做类平抛运动，则有，解得可知，Q点坐标为。（2）粒子类平抛运动的末速度为结合上述解得令该速度与x轴夹角为，则有解得作出粒子运动轨迹如图所示根据几何关系有解得粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力解得（3）粒子自O点进入电场后，粒子做类斜抛运动，水平方向做匀速运动，竖直方向做双向匀变速运动，利用逆向思维，竖直方向上速度减到0的时间其中解得上升过程中粒子沿x轴向右运动的距离结合上述解得即达到Q点正上方L处，然后重复运动，可知，粒子第3次经x轴坐标为。10．（2024上·天津河东·高三统考期末）如图所示，第一象限内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，第四象限内存在沿轴的匀强电场，场强大小为。时刻，粒子从点以速度平行轴射入电场，第1次通过轴从点进入磁场。已知点坐标为，粒子质量为、电荷量为，重力不计。（1）求粒子经过点的速度和到点的距离；（2）欲使粒子不从轴射出磁场，求磁感应强度的最小值；（3）若磁感应强度，求粒子第5次通过轴的位置和时间。【答案】（1），方向与轴正向夹角为，；（2）；（3）9l，【详解】（1）粒子进入电场后，根据牛顿第二定律有粒子从到做类平抛运动，则有，，，解得，设点的速度与轴正向夹角为，则有解得（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有欲使粒子不从轴射出磁场，临界状态如图所示根据几何关系有解得（3）粒子进入磁场后，由洛伦兹力提供向心力，则有结合上述解得返回电场后做类斜抛运动，运动轨迹如图所示根据运动的对称性可知，第5次通过轴时有粒子在电场中的运动时间粒子在磁场中运动的周期粒子在磁场中运动的时间解得11.（2024上·广东茂名·高三统考期末）如图所示，平面直角坐标系xOy中，在第I象限内存在方向沿y轴负方向的匀强电场，在第IV象限内区域存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为的带电粒子以初速度v0从y轴上P（0，h）点沿x轴正方向开始运动，经过电场后从x轴上的点进入磁场，粒子恰好不能从磁场的下边界离开磁场。不计粒子重力。求：（1）粒子在Q点位置的速度vQ和速度方向与x轴正方向夹角θ；（2）匀强磁场磁感应强度大小B；（3）粒子从P点开始运动至第一次到达磁场下边界所需要的时间。【答案】（1），；（2）；（3）【详解】（1）设粒子从P到Q的过程中，加速度大小为a，运动时间为t，在Q点进入磁场时速度大小为vQ，方向与x轴正方向间的夹角为θ，vQ沿y轴方向的大小为vy，则水平方向上竖直方向上，解得Q点的合速度大小为速度方向与x轴正方向夹角正切值为解得（2）设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R，据洛伦兹力提供向心力解得粒子运动轨迹如图所示根据几何关系得解得（3）根据几何关系，粒子在磁场中转过的圆心角为在磁场中运动的周期在磁场中运动的时间粒子运动总的时间12．（2023上·广东深圳·高三校考阶段练习）如图所示，平面直角坐标系的第一象限内存在沿轴正方向、电场强度大小为的匀强电场，第四象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场。一带电荷量为，质量为的负电粒子以一定的速度从点垂直射入电场，从点进入磁场后，恰好垂直轴从点离开磁场。已知点坐标为点坐标为，不计粒子受到的重力，求∶（1）粒子进入电场时的速度大小。（2）粒子进入磁场时的速度大小。（3）点的纵坐标及磁感应强度大小。【答案】（1）；（2）；（3），【详解】（1）电荷在电场中做类平抛运动，有联立可得（2）粒子进入磁场时的沿电场方向的速度速度（3）粒子的轨迹如图粒子进入磁场时，有则可得则可得则由可得13．（2023上·河南·高三校联考期中）如图所示，在平面直角坐标系xOy中，第I象限内存在匀强电场，电场方向沿y轴负方向，第Ⅱ象限内存在垂直于xOy平面、半径为R的有界圆形匀强磁场，边界线与x轴相切于A点、与y轴相切于M点，第Ⅳ象限存在矩形边界的匀强磁场（图中未画出），第Ⅱ、Ⅳ象限匀强磁场的磁感强度大小相等、方向相反。有一电荷量为q、质量为m的带正电的离子从P点（，）以初速度向着圆心方向射入磁场，从M点进入电场，从x轴上的（，）点进入第Ⅳ象限矩形边界的匀强磁场内，经磁场偏转后，粒子打到y轴上的Q点时速度方向与轴成45°角，粒子重力不计。求：（1）匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为多大；（2）第Ⅳ象限内矩形磁场面积的最小值。【答案】（1），；（2）【详解】（1）粒子向着圆心方向射入圆形磁场，最终从M点背向圆心离开圆形磁场，根据几何关系可知粒子在磁场中运动的轨迹半径为，由洛伦兹力提供向心力可得解得磁感应强度大小为粒子在电场中做类平抛运动，则有解得电场强度大小为（2）到达N点时，沿电场方向的速度为粒子到达N点时的速度为方向与x轴成45°角，速度为，粒子在磁场中运动的半径为如图所示最小矩形磁场区域的宽度为最小矩形磁场区域的长度为最小矩形磁场面积为14.（2023·云南·校联考模拟预测）如图所示，xOy平面直角坐标系第三象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，电场强度为E，第一象限内存在垂直坐标平面的匀强磁场（未画出），MN是长度为L的绝缘挡板，放在第一象限中，使MNPO构成边长为L的正方形。一带电量为q、质量为m的带正电粒子，由第三象限中的S点以沿x轴正方向的初速度射出，经过一段时间恰好从O位置进入第一象限，运动到O点的速度为v1，速度方向与x轴正方向夹角为45°，带电粒子与挡板发生弹性碰撞，经过一次碰撞后从P点（L，0）离开第一象限，不计粒子的重力。（1）求粒子初始位置S到O的距离；（2）求第一象限中磁感应强度的方向与大小；（3）若将MN沿y轴正方向平移L，求粒子第一次打在MN板上的位置坐标。【答案】（1）；（2），方向垂直纸面向里；（3）（，2L）【详解】（1）设初始位置S与O之间的水平距离为x，竖直距离为y，运动时间为t，则由牛顿第二定律得水平位移竖直位移SO之间的距离由几何关系得解得（2）若粒子要和挡板相碰，受力方向在速度左侧，可得磁场方向垂直纸面向里，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，如图所示根据洛伦兹力提供向心力有由OP点的对称性可知，带电粒子和挡板在挡板中点相碰，由几何关系可得（或）解得（3）打在C′，轨迹距离y轴最远时，速度方向沿y轴正向，连接O′与最远点，过C′做连线的垂线，垂足为D，如图所示根据几何关系有解得C′的坐标为（，2L）。15.（2024·河北·校联考模拟预测）如图所示xOy坐标系处在竖直平面内，在第一象限内存在水平向右的匀强电场，在第二、三象限内存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，两个区域的电场强度大小相等。一质量为m、电荷量为q（q>0）的带电小球以初速度v0沿与x轴负方向成θ=45°的方向从M点进入第一象限，在第一象限内做直线运动，经过y轴上A点时的速度为。经历一段时间后，小球经x轴上的N点（图中未画出）进入第三象限，速度方向与x轴正方向成β=60°角。小球进入第三象限后从y轴P点（图中未画出）射出，重力加速度为g，求：（1）匀强电场的电场强度的大小及M点到坐标原点O的距离；（2）匀强磁场的磁感应强度的大小；（3）判断带电小球从P点进入第四象限能否回到x轴。【答案】（1）；；（2）；（3）见解析【详解】（1）根据题意，小球由M点运动到A点做匀减速直线运动，且联立解得（2）由于小球受到向下的重力和向上的电场力相等，所以小球进入第二象限后做匀速圆周运动，轨迹如图所示根据洛伦兹力提供向心力有根据几何关系联立解得（3）小球进入第四象限做斜上抛运动，则说明小球从P点进入第四象限能回到x轴。16．（2023上·江苏南京·高三南京市大厂高级中学校考阶段练习）如图所示，在绝缘水平面上方，相距为L的竖直边界MP、NA之间存在水平向左的匀强电场，场强大小为。边界NA右侧有一半圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场和竖直向下的场强大小的匀强电场。在边界MP上的P点由静止释放一个质量为、电量大小为q的带负电小球（大小忽略不计），小球从A点进入半圆形场区，最终从圆周上的S点离开半圆形区域。已知半圆形区域的半径为，，不计一切摩擦。（1）小球刚进入磁场的速度；（2）求半圆形区域内的磁感应强度大小；（3）求小球从P运动到S所需时间。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）带负电小球在电场中加速运动，根据动能定理可得解得小球进入磁场的速度为（2）粒子进入磁场和电场，小球受到的电场力竖直向上，由于可知电场力与重力平衡，小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图所示根据图中几何关系可知，粒子轨迹对应圆心角为粒子轨迹半径为根据洛伦兹力提供向心力可得联立解得（3）小球在电场中的时间为，则有，小球在磁场中的时间为，则有小球从P运动到S所需时间为联立解得17．（2024上·云南·高三校联考阶段练习）如图所示的竖直平面内，虚线的左侧存在平行纸面向右且宽度的匀强电场，电场强度大小。虚线右侧存在垂直纸面向里且磁感应强度大小的匀强磁场和平行纸面向上且电场强度大小的匀强电场。一质量为、带电量的粒子（重力不可忽略）从电场左边界A点以水平向右的初速度射入匀强电场，从虚线上C点（图中未画出）进入匀强磁场，经磁场偏转后从虚线上D点（图中未画出）射出磁场。已知重力加速度g取，磁场区域和电场区域足够大。已知，。求：（1）带电粒子在电场中从A点运动至C点所用的时间t；（2）带电粒子进入磁场中的速度v；（3）若点P为初速度方向与虚线边界的交点，则出射点D与点P间的距离d。【答案】（1）；（2）5m/s，方向与水平方向夹角为；（3）【详解】（1）粒子进入电场E1后，受力如图所示，水平方向做匀加速直线运动，有解得（2）竖直方向仅受重力作用粒子进入磁场时水平速度解得粒子进入磁场时速度解得则带电粒子进入磁场中的速度解得速度v与水平方向夹角为θ，则所以则带电粒子进入磁场中的速度为5m/s，方向与水平方向夹角为；（3）从虚线上C点进入匀强磁场时，C点与P点相距带电粒子进入磁场区域后，由于qE2=mg则带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，设其做圆周运动的半径为r，则由解得由于带电粒子从C点进入磁场区域时速度与水平方向夹角为53°，则则C、D两点之间的距离则出射点D与点P间的距离18．（2024上·河南周口·高三统考阶段练习）如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系，水平方向为x轴，在第一象限有方向沿x轴负方向的匀强电场，场强为E（大小未知），在第二象限有正交的匀强电场和匀强磁场，其中匀强电场的方向竖直向上，场强大小为，匀强磁场的方向垂直纸面向里。若一带电小球（质量为m，带电量为q）从坐标原点以某一初速度（大小未知）斜向右上方射入第一象限，速度方向与x轴正方向的夹角为45°，小球在竖直方向达到最高点时，正好在y轴上的P点（未画出），O、P两点间的距离为d，重力加速度为g。（1）求小球从坐标原点入射时的初速度大小；（2）求场强E的大小；（3）若小球进入第二象限后从坐标为的点第一次经过x轴，求匀强磁场的磁感应强度大小。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）根据题意可知，小球从O点抛出到小球在竖直方向达到最高点的过程，y轴方向上有联立可得，（2）小球从O点抛出到小球在竖直方向达到最高点的过程，x轴方向上有联立可得（3）小球到达最高点的速度即速度大小为，方向沿x轴负方向。小球进入第二象限后，受到的电场力方向竖直向上，与重力平衡。因此小球进入第二象限后在洛伦兹力作用下做圆周运动，如图：由几何关系可知即解得由牛顿第二定律有有联立可得19．（2023上·青海海东·高三校联考阶段练习）如图所示，在竖直面内的直角坐标系中，轴竖直，两点的坐标分别为和，第一象限内有方向与轴正方向夹角的匀强电场；第二象限内有匀强电场（图中未画出）和方向垂直坐标平面向里的匀强磁场；第三象限内有匀强电场（图中未画出）和方向垂直坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小与第二象限内磁场的磁感应强度大小相等。现有一质量为、电荷量为的带正电小球，从点由静止开始沿直线运动，通过点后在第二象限内做匀速圆周运动，垂直通过轴上的点后做匀速直线运动，通过点（图中未画出）时立即撤去第三象限内的磁场，经过一段时间后小球通过轴上的点。重力加速度大小为，不计空气阻力。求：（1）第一象限内电场的电场强度大小和第二象限内电场的电场强度大小；（2）第二象限内磁场的磁感应强度大小；（3）小球从点运动到点的时间。【答案】（1），；（2）；（3）【详解】（1）根据题意可知，小球的运动轨迹如图所示由于小球沿MN方向做初速度为零的匀加速直线运动，所以重力与电场力的合力方向沿MN方向，有解得经分析可知解得小球在第二象限内做匀速圆周运动，重力与电场力平衡，有解得（2）根据题意，设小球通过轴时的速度大小为，有根据牛顿第二定律有设小球在第二象限内运动的轨迹半径为r，则由几何关系可得又有解得（3）小球沿方向做匀速直线运动，则电场力与重力的合力与洛伦兹力平衡，设撤去磁场后小球的加速度大小为，显然的方向沿x轴正方向，有撤去磁场后，小球做类平抛运动，有解得20．（2023上·江苏淮安·高三校联考阶段练习）为探测射线，威耳逊曾用置于匀强磁场或电场中的云室来显示它们的径迹。某研究小组设计了电场和磁场分布如图所示，在平面（纸面）内，在区间内存在平行轴的匀强电场，。在的区间内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，。一未知粒子从坐标原点与正方向成角射入，在坐标为的点以速度垂直磁场边界射入磁场，并从射出磁场。已知整个装置处于真空中，不计粒子重力。求：（1）该未知粒子的比荷；（2）匀强电场电场强度的大小及左边界的值；（3）若粒子进入磁场后受到了与速度大小成正比、方向相反的阻力，观察发现该粒子轨迹呈螺旋状并与磁场左边界相切于点（未画出）。求粒子由点运动到点的时间以及坐标的值。【答案】（1）；（2）；；（3）；L【详解】（1）粒子在点以速度垂直磁场边界射入磁场，并从射出磁场，根据几何关系可知粒子运动的半径为根据洛伦兹力提供向心力有解得（2）根据运动的独立性可知，水平方向有根据牛顿第二定律有解得E=由几何关系可得解得（3）根据洛伦兹力提供向心力有qvB=m可得即角速度为一定值,又可知粒子与磁场左边界相切时转过的弧度为，则有取一小段时间，对粒子在x方向上列动量定理（如图）两边同时对过程求和得即其中则结合（1）中得故21．（2023上·浙江·高三校联考期中）足够大空间存在xOy坐标系，x轴水平，y轴竖直，一质量为m，电量q（q>0）的粒子从坐标原点以初速度沿x轴射入，不计粒子重力。若空间分别施加竖直向下的匀强电场E与垂直xOy向里的匀强磁场B，可使粒子分别通过图中关于x轴对称的A、A'点。（1）求E和B的大小；（2）若空间同时施加上述（1）中电场和磁场，求粒子通过图中平行x轴的虚线时的速度大小；（3）若空间同时施加上述（1