带电粒子在复合场中的运动分类知识点习题(经典)

1、 带电粒子在复合场运动问题基础知识 一、复合场的分类：1、复合场：即电场与磁场有明显的界线，带电粒子分别在两个区域内做两种不同的运动，即分段运动，该类问题运动过程较为复杂，但对于每一段运动又较为清晰易辨，往往这类问题的关键在于分段运动的连接点时的速度，具有承上启下的作用2、叠加场：即在同一区域内同时有电场和磁场，些类问题看似简单，受力不复杂，但仔细分析其运动往往比较难以把握。二、带电粒子在复合场电运动的基本分析1.当带电粒子在复合场中所受的合外力为0时，粒子将做匀速直线运动或静止2.当带电粒子所受的合外力与运动方向在同一条直线上时，粒子将做变速直线运动3.当带电粒子所受的合外力充当向心力时，粒

2、子将做匀速圆周运动4.当带电粒子所受的合外力的大小、方向均是不断变化的时，粒子将做变加速运动，这类问题一般只能用能量关系处理三、电场力和洛伦兹力的比较1.在电场中的电荷，不管其运动与否，均受到电场力的作用；而磁场仅仅对运动着的、且速度与磁场方向不平行的电荷有洛伦兹力的作用2.电场力的大小FEq，与电荷的运动的速度无关；而洛伦兹力的大小f=Bqvsin,与电荷运动的速度大小和方向均有关3.电场力的方向与电场的方向或相同、或相反；而洛伦兹力的方向始终既和磁场垂直，又和速度方向垂直4.电场力既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向，而洛伦兹力只能改变电荷运动的速度方向，不能改变速度大小

3、5.电场力可以对电荷做功，能改变电荷的动能；洛伦兹力不能对电荷做功，不能改变电荷的动能6.匀强电场中在电场力的作用下，运动电荷的偏转轨迹为抛物线；匀强磁场中在洛伦兹力的作用下，垂直于磁场方向运动的电荷的偏转轨迹为圆弧四、对于重力的考虑 重力考虑与否分三种情况（1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等一般不做特殊交待就可以不计其重力，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、金属块等不做特殊交待时就应当考虑其重力（2)在题目中有明确交待的是否要考虑重力的，这种情况比较正规，也比较简单（3)对未知名的带电粒子其重力是否忽略又没有明确时，可采用假设法

4、判断，假设重力计或者不计，结合题给条件得出的结论若与题意相符则假设正确，否则假设错误五、复合场中的特殊物理模型1粒子速度选择器 如图所示，粒子经加速电场后得到一定的速度v0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，则有qv0BqE,v0=E/B，若v= v0=E/B，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关 若vE/B，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加 若vE/B，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少2.磁流体发电机 如图所示，由燃烧室O燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速。喷入偏转磁场B中在洛伦兹力作用下

5、，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场两板间形成一定的电势差当qvB=qU/d时电势差稳定UdvB，这就相当于一个可以对外供电的电源3.电磁流量计电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定 由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd.流量Q=Sv=Ud/4B4.质谱仪如图所示组成：离子源O，加速场U，速度选择器（E,B），偏转场B2，胶片原理：加速场中qU=½

6、mv2选择器中:v=E/B1偏转场中:d2r，qvB2mv2/r比荷:质量作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素5.回旋加速器如图所示组成：两个D形盒，大型电磁铁，高频振荡交变电压，两缝间可形成电压U作用：电场用来对粒子（质子、氛核,a粒子等）加速，磁场用来使粒子回旋从而能反复加速高能粒子是研究微观物理的重要手段要求：粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电源的变化周期关于回旋加速器的几个问题：(1)回旋加速器中的D形盒，它的作用是静电屏蔽，使带电粒子在圆周运动过程中只处在磁场中而不受电场的干扰，以保证粒子做匀速圆周运动(2)回旋加速器中所加交变电压的频率f,与带电粒子做匀速圆周运动的频

7、率相等:(3)回旋加速器最后使粒子得到的能量，可由公式来计算，在粒子电量，、质量m和磁感应强度B一定的情况下，回旋加速器的半径R越大，粒子的能量就越大【注意】直线加速器的主要特征 如图所示，直线加速器是使粒子在一条直线装置上被加速考点一：无约束匀速直线运动v0E图1Bbaqll例：如图1所示，水平放置的两块带电金属板a、b平行正对。极板长度为l，板间距也为l，板间存在着方向竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里磁感强度为B的匀强磁场。假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域。一质量为m的带电荷量为q的粒子（不计重力及空气阻力），以水平速度v0从两极板的左端中间射入场区，恰好做匀速直线运动。求：（1）

8、金属板a、b间电压U的大小；（2）若仅将匀强磁场的磁感应强度变为原来的2倍，粒子将击中上极板，求粒子运动到达上极板时的动能大小； （3）若撤去电场，粒子能飞出场区，求m、v0、q、B、l满足的关系； （4）若满足（3）中条件，粒子在场区运动的最长时间。v0图1-3-321-3-32图2变式1：在平行金属板间，有如图2所示的相互正交的匀强电场的匀强磁场粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过供下列各小题选择的答案有：A不偏转 B向上偏转C向下偏转D向纸内或纸外偏转若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向 射入时，将( )若电子以速度v0从两板

9、的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，将( )若质子以大于的v0速度，沿垂直于匀强电场和匀强磁场的方向从两板正中央射入，将( )若增大匀强磁场的磁感应强度，其它条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板正中央射入时，将( )BEAv图11-4-20变式2：质量为m，带电量为q的液滴以速度v沿与水平成45角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域，电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，如图11-4-20所示液滴带正电荷，在重力、电场力及磁场力共同作用下在场区做匀速直线运动试求：（1）电场强度E和磁感应强度B各多大？（2）当液滴运动到某一点A时，电场方向突然变为竖直向上，大

10、小不改变，不考虑因电场变化而产生的磁场的影响，此时液滴加速度多少？说明此后液滴的运动情况PQ图11-4-21变式3：如图11-4-21所示，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度B=1T，匀强电场水平向右，电场强度E=10N/C，有一带正电的微粒m=2×106kg，电量q=2×106C，在纸面内做匀速直线运动g取10m/s2，问：（1）微粒的运动方向和速率如何？（2）若微粒运动到P电时突然撤去磁场，经过时间t后运动到Q点，P、Q连线与电场线平行，那么t为多少？Ecbxyv0Om，q30º图11-4-22变式4：如图11-4-22所示，一质量为m，带电量为+q的粒子以速度

11、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外，粒子飞出磁场区域后，从点b处穿过x轴，速度方向与x轴正方向的夹角为30°，同时进入场强为E、方向沿与x轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中，通过了b点正下方的c点，如图15-76所示粒子的重力不计，试求：（1）圆形匀强磁场区域的最小面积；（2）c点到b点的距离sEB图3考点二：有约束匀速直线运动例：如图3所示，套在足够长的绝缘粗糙直棒上的带正电小球，其质量m，带电量q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放入沿水平方向且互相垂直的匀强磁场和匀强电场中，设小球电荷量不变，小球由静止下滑的过程中A：小球

12、速度一直增大，直到最后匀速 B：小球加速度一直增大C：小球对杆的弹力一直减小 D：小球所受的洛伦兹力一直增大，直到最后不变BE图11-4-18变式1：如图11-4-18所示，套在很长的绝缘直棒上的小圆环，其质量为m，带电量是+q，小圆环可在棒上滑动，将此棒竖直放在互相垂直，且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度是E，磁感应强度是B，小圆环与棒的动摩擦因数为，求小圆环由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度变式2：如图11-4-24所示，在空间有水平方向的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，在磁场中有一长为L、内壁光滑且绝缘的细筒MN竖直放置，筒的底部有一质量为m、带电荷量为+q的小

13、球，现使细筒MN沿垂直磁场的方向水平向右匀速运动，设小球带电荷量不变vBMNL图11-4-24（1）若使小球能沿筒壁上升，则细筒运动速度v应满足什么条件？（2）当细筒运动速度为v0（v0>v）时，试求小球在沿细筒上升高度h时小球的速度大小变式3：如图4所示，质量为m，电量为Q的金属滑块以某一初速度沿水平放置的木板进入电磁场空间，匀强磁场的方向垂直纸面向里，匀强电场的方向水平且平行纸面；滑块和木板间的动摩擦因数为，已知滑块由A点至B点是匀速的，且在B点与提供电场的电路的控制开关K相碰，使电场立即消失，滑块也由于碰撞动能减为碰前的1/4，其返回A点的运动恰好也是匀速的，若往返总时间为T，AB

14、长为L，求：BAKmm图4滑块带什么电？场强E的大小和方向？磁感应强度的大小为多少？ 摩擦力做多少功？B图11-4-17变式4：质量为m，带正电为q的小物块放在斜面上，斜面倾角为，物块与斜面间动摩擦因数为，整个斜面处在磁感应强度为B的匀强磁场中，如图11-4-17所示，物块由静止开始沿斜面下滑，设斜面足够长，物块在斜面上滑动能达到的最大速度为多大？若物块带负电量为q，则物块在斜面上滑动能达到的最大速度又为多大？考点三：无约束匀速圆周运动分析方法：先受力分析， 一般是洛伦兹力提供向心力，然后根据牛顿定律和匀速圆周运动知识，以及其他力平衡条件列方程求解。RARBEBP图5例：如图5所示的空间，匀强

15、电场的方向竖直向下，场强为E1，匀强磁场的方向水平向外，磁感应强度为B有两个带电小球A和B都能在垂直于磁场方向的同一竖直平面内做匀速圆周运动（两小球间的库仑力可忽略），运动轨迹如图。已知两个带电小球A和B的质量关系为mA=3mB，轨道半径为RA=3RB=9cm试说明小球A和B带什么电，它们所带的电荷量之比qA: qA等于多少?指出小球A和B的绕行方向？设带电小球A和B在图示位置P处相碰撞，且碰撞后原先在小圆轨道上运动的带电小球B恰好能沿大圆轨道运动，求带电小球A碰撞后所做圆周运动的轨道半径（设碰撞时两个带电小球间电荷量不转移）。变式1：如图11-4-19所示，一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀

16、强磁场中运动，已知电场强度的大小为E，方向竖直向下，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里若此液滴在垂直于磁感应强度的平面内做半径为R的匀速圆周运动，设液滴的质量为m，求：（1）液滴的速度大小和绕行方向；BE图11-4-19（2）若液滴运行到轨迹最低点A时，分裂成大小相同的两滴，其中一个液滴仍在原来的平面内做半径为3R的圆周运动，绕行方向不变，且此圆周的最低点也是A，另一滴将如何运动？ABCDOE图6考点四：有约束匀速圆周运动例：如图6所示，半径为R的环形塑料管竖直放置，AB为该环的水平直径，且管的内径远小于环的半径，环的AB及其以下部分处于水平向左的匀强电场中，管的内壁光滑。现将一质量为m，带电量

17、为q的小球从管中A点由静止释放，已知qEmg，以下说法正确的是A.小球释放后，到达B点时速度为零，并在BDA间往复运动B.小球释放后，第一次达到最高点C时对管壁无压力C.小球释放后，第一次和第二次经过最高点C时对管壁的压力之比为1:5D.小球释放后，第一次经过最低点D和最高点C时对管壁的压力之比为5:1变式：质量为m，电量为q带正电荷的小物块，从半径为R的1/4光滑圆槽顶点由静止下滑，整个装置处于电场强度E，磁感应强度为B的区域内，如图7所示则小物块滑到底端时对轨道的压力为多大？图7EomqB考点五:复杂的曲线运动BAC图3-3-33图8当带电粒子所受的合外力是变力，且与初速度方向不在同一直线

18、上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子的运动轨迹不是圆弧，也不是抛物线，也不可能是匀变速。有洛伦兹力作用的曲线运动不可能是类抛体运动。处理方法：一般应用动能定理或能量守恒定律列方程求解例：如图8所示，空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，一带电液滴从静止自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零C点是运动的最低点，以下说法中正确的是 （ ）A液滴一定带负电 B液滴在C点动能最大C液滴受摩擦力不计，则机械能守恒 D液滴在C点的机械能最小+-abp图9考点六：受力及能的转化例：如图9所示，带电平行板中匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘轨道上的a点滑下，经过

19、轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经过P点进入板间的运动过程中，以下分析正确的是 A.其动能将会增大 B其电势能将会增大 C.小球所受洛伦兹力增大 D小球所受的电场力将会增大图10变式：有一带电量为q，重为G的小球，由两竖直的带电平行板上方自由落下，两板间匀强磁场的磁感强度为B，方向如图10，则小球通过电场、磁场空间时 ()A一定作曲线运动 B不可能作曲线运动C可能作匀速运动 D可能作匀加速运动考点七：综合例：在某空间存在着水平向右的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所示，一段光滑且绝缘的圆弧轨道AC固定在纸面内，其圆心为O点，半径R =

20、 1.8 m，OA连线在竖直方向上，AC弧对应的圆心角 = 37°。今有一质量m = 3.6×104 kg、电荷量q = +9.0×104 C的带电小球（可视为质点），以v0 = 4.0 m/s的初速度沿水平方向从A点射入圆弧轨道内，一段时间后从C点离开，小球离开C点后做匀速直线运动。已知重力加速度g = 10 m/s2，sin37° = 0.6，cos370=0.8，不计空气阻力，求：（1）匀强电场的场强E；（2）小球射入圆弧轨道后的瞬间对轨道的压力。练习：1、如图所示，在xOy平面内的第象限中有沿y方向的匀强电场，场强大小为E在第I和第II象限有匀强

21、磁场，方向垂直于坐标平面向里有一个质量为m，电荷量为e的电子，从y轴的P点以初速度v0垂直于电场方向进入电场（不计电子所受重力），经电场偏转后，沿着与x轴负方向成450角进入磁场，并能返回到原出发点P.(1)简要说明电子的运动情况，并画出电子运动轨迹的示意图；(2)求P点距坐标原点的距离；(3)电子从P点出发经多长时间再次返回P点？LdB2、如图所示，空间分布着图示的匀强电场E（宽为L）和匀强磁场B，一带电粒子质量为m，电量为q（重力不计）从A点由静止释放后经电场加速后进入磁场，穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径再返回A点而重复前述过程求中间磁场的宽度d和粒子的运动周期T（虚线为分界线）4

22、、如图所示，两平行金属板A、B长8cm，两板间距离d8cm，B板比A板电势高300V，即UBA300V。一带正电的粒子电量q10-10C，质量m10-20kg，从R点沿电场中心线垂直电场线飞入电场，初速度v02×106m/s，粒子飞出平行板电场后经过无场区域后，进入界面为MN、PQ间匀强磁场区域，从磁场的PS边界出来后刚好打在中心线上离PQ边界4L/3处的S点上。已知MN边界与平行板的右端相距为L,两界面MN、PQ相距为L,且L12cm。求（粒子重力不计）BAv0RMNLPSOlL4L/3Q1.粒子射出平行板时的速度大小v；2.粒子进入界面MN时偏离中心线RO的距离多远？3.画出粒子

23、运动的轨迹，并求匀强磁场的磁感应强度B的大小。如图11-4-28所示，在直角坐标xoy的第一象限中分布着指向-y轴方向的匀强电场，在第四象限中分布着垂直纸面向里方向的匀强磁场，一个质量为m、带电+q的粒子（不计重力）在A点（0，3）以初速v0120m/s平行x轴射入电场区域，然后从电场区域进入磁场，又从磁场进入电场，并且只通过x轴上的P点（6，0）和Q点（8，0）各一次，已知该粒子的荷质比为q/m=108C/kg（1）画出带电粒子在电场和磁场中的运动轨迹 （2）求磁感强度B的大小带电粒子在复合场中的运动习题1一个质量为m，电量为q的负电荷在磁感应强度为B的匀强磁场中绕固定的正电荷做匀速圆周运动

24、，磁场方向垂直于它的运动平面，作用在负电荷上的电场力恰好是磁场力的三倍，则负电荷做圆周运动的角速度可能是：( )A B C D 图11-4-52如图11-4-5所示，足够长的光滑三角形绝缘槽，与水平面的夹角分别为和（），加垂直于纸面向里的磁场分别将质量相等、带等量正、负电荷的小球 a、b依次从两斜面的顶端由静止释放，关于两球在槽上运动的说法正确的是（ ）A在槽上，a、b两球都做匀加速直线运动，且aaabB在槽上，a、b两球都做变加速运动，但总有aaab图11-4-6Ca、b两球沿直线运动的最大位移是sasbDa、b两球沿槽运动的时间为ta和tb，则tatbB图11-4-73一带正电的小球沿光滑

25、水平桌面向右运动，飞离桌面后进入匀强磁场，如图11-4-6所示，若飞行时间t1后落在地板上，水平射程为s1，着地速度大小为v1，撤去磁场，其他条件不变，小球飞行时间t2，水平射程s2，着地速度大小为v2，则（ ）As2s1 Bt1t2 Cv1v2 Dv1=v4用绝缘细线悬挂一个质量为m、带电量为+q的小球，让它处于右图11-4-7所示的磁感应强度为B的匀强磁场中由于磁场的运动，小球静止在如图位置，这时悬线与竖直方向夹角为，并被拉直，则磁场运动的速度和方向是（ ）Av=mg/Bq，水平向右 Bv=mg/Bq，水平向左hqB图11-4-8Cv=mgtan/Bq，竖直向上 Dv=mgtan/Bq，竖

26、直向下5如图11-4-8所示，有一电量为q，质量为m的小球，从两竖直的带等量 异种电荷的平行板上方高h处自由下落，两板间有匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，那么带电小球在通过正交电磁场时( )A一定做曲线运动B不可能做曲线运动C可能做匀速直线运动D可能做匀加速直线运动BabP_+图11-4-96如图11-4-9所示，带电平行板间匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑轨道上的a点自由下落，经轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经过P点进入板间后的运动过程中，以下分析中正确的是( )A其动能将会增大 B其电势能将会增大C小球所受的洛

27、伦兹力将会逐渐增大 D小球受到的电场力将会增大abcdBEv0图11-4-107如图11-4-4-10所示，在长方形abcd区域内有正交的电磁场，ab=bc/2=L，一带电粒子从ad的中点垂直于电场和磁场方向射入，恰沿直线从bc边的中点P射出，若撤去磁场，则粒子从C点射出；若撤去电场，则粒子将（重力不计）( )A从b点射出 B从b、P间某点射出C从a点射出 D从a、b间某点射出abcvv图11-4-118如图11-4-11所示，在真空中，匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷，已知a静止，b向右匀速运动，c向左匀速运动，比较它们的质量应有（ ）Aa油滴质量最大Bb油滴质量最大Cc油滴质量最大Da、b、c质量一样EBe图11-4-129如图11-4-12中所示虚线所围的区域内，存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场，已知从左侧水平射入的电子，穿过这一区域时未发生偏转，设重力忽略不计，则在这个区域中的E和B的方向可能是（ ）A