D046.带电物体在电磁场中的运动(下)

1、带电物体在电磁 场中的运动（下）,一、带电粒子在电场中的运动 二、带电粒子在磁场中的运动 三、带电粒子在电磁场中的运动 056. 08年苏北四市第三次调研试题 4 gk003. 2008年高考理综北京卷19 060. 徐州市0708学年度第三次质量检测16 042. 08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查(一)17 051. 北京西城区08年4月物理一模23 052. 2008年北京东城区第一次模拟试题22 056. 08年苏北四市第三次调研试题16 058. 08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查（二）17 065. 08年南京一中第三次模拟16 gk001. 2008年高考理综全国卷25 gk

2、007. 2008年高考理综天津卷23 gk011. 2008年高考物理海南卷16,带电物体在电磁场中的运动（下）,1、 带电粒子的加速,由动能定理,2、 带电粒子的偏转,带电粒子在初速度方向做匀速运动 L=v0t t=L/ v0,带电粒子在电场力方向做匀加速运动F=qE a=qE/m,带电粒子通过电场的侧移,偏向角,一、带电粒子在电场中的运动,3、处理带电粒子在电场中的运动问题的一般步骤：,分析带电粒子的受力情况，尤其要注意是否要考虑重力、电场力是否是恒力等,分析带电粒子的初始状态及条件，确定粒子是作直线运动还是曲线运动,建立正确的物理模型，进而确定解题方法,利用物理规律或其它解题手段（如图

3、像等）找出物理量间的关系，建立方程组,1.带电粒子的速度与磁感应线平行时, 能做匀速直线运动,2.当带电粒子以垂直于匀强磁场的方向入射，受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动。 当带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛仑兹力充当向心力时，其余各力的合力一定为零.,3.带电粒子在磁场中的运动常因各种原因形成多解，通常原因有： 带电粒子的电性及磁场方向的不确定性， 粒子运动方向的不确定性及运动的重复性， 临界状态的不唯一性等。,二、带电粒子在磁场中的运动,当带电粒子在电磁场中作多过程运动时，关键是掌握基本运动的特点和寻找过程的边界条件。,当带电粒子做电磁场中运动时，电场力和重力可能做功,而洛仑兹力始终不做功。

4、,带电粒子在电磁场中的运动，其本质是力学问题，应按力学的基本思路，运用力学的基本规律研究和解决此类问题。,三、带电粒子在电磁场中的运动,056.08年苏北四市第三次调研试题 4,4. 如图所示，相距为d 的两平行金属板水平放置，开始开关S合上使平行板电容器带电板间存在垂直纸面向里的匀强磁场一个带电粒子恰能以水平速度v向右匀速通过两板间。在以下方法中 ，要使带电粒子仍能匀速通过两板，（不考虑带电粒子所受重力）正确的是 （ ） A把两板间距离减小一倍， 同时把粒子速率增加一倍 B把两板的距离增大一倍， 同时把板间的磁场增大一倍 C把开关S断开，两板的距离增大一倍，同时把板 间的磁场减小一倍 D把开

5、关S断开，两板的距离减小一倍，同时把粒 子速率减小一倍,A,gk003.2008年高考理综北京卷19,19.在如图所示的空间中，存在场强为E的匀强电场，同时存在沿x轴负方向，磁感应强度为B的匀强磁场。一质子(电荷量为e)在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动。据此可以判断出 （ ） A.质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小；沿z轴正方向电势升高 B.质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大；沿z轴正方向电势降低 C.质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变;沿z轴正方向电势升高 D.质子所受电场力大小等于evB，运动 中电势能不变;沿z轴正方向电势降低,C,解见下页,由电子沿

6、y 轴正方向匀速直线运动受平衡力，,由电子运动方向和磁感应强度方向，用左手定则可判断电子所受洛伦兹力方向沿z轴负方向，则电场力方向沿z轴正方向，则对电子不做功，电势能不变。,综上分析，正确答案为C。,则沿z轴正方向电势逐渐升高。,负电荷所受电场力方向与场强方向相反，故电场方向沿z轴负方向。沿电场线方向电势逐渐降低，,解析：,所以,060.徐州市0708学年度第三次质量检测16,16(14分)如图所示，第四象限内有互相正交的匀强电场E与匀强磁场B1， E的大小为0.5103V/m, B1大小为0.5T；第一象限的某个矩形区域内，有方向垂直纸面向里的匀强磁场B2，磁场的下边界与x轴重合.一质量 m

7、=110-14kg、电荷量 q=110-10C的带正电微粒以某一速度v 沿与y 轴正方向60角从M 点沿直线运动,经P点即进入处于第一象限内的磁场B2区域.,一段时间后, 小球经过y 轴上的N点并与y 轴正方向成60角的方向飞出。M点的坐标为（0，-10）, N点的坐标为（0，30），不计粒子重力， g取10m/s2,(1)请分析判断匀强电场E1的方向并求出微粒的运动速度v； (2)匀强磁场B2的大小为多大？； (3) B2磁场区域的最小面积为多少？,解：(1),由于重力忽略不计，微粒在第四象限内仅受电场力和洛伦兹力，且微粒做直线运动，速度的变化会引起洛仑兹力的变化，所以微粒必做匀速直线运动.

8、,由力的平衡有 Eq=B1qv,这样，电场力和洛仑兹力大小相等, 方向相反, 电场E的方向与微粒运动的方向垂直，即与y 轴负方向成30角斜向下.,(2) 画出微粒的运动轨迹如图,由几何关系可知粒子在第一象限内做圆周运动的半径为,微粒做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供即,解之得,(3) 由图可知，磁场B2的最小区域应该分布在图示的矩形PACD内由几何关系易得,所以，所求磁场的最小面积为,题目,042.08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查（一）17,17（17分）某同学设想用带电粒子的运动轨迹做出“0”、“8”字样，首先，如图甲所示，在真空空间的竖直平面内建立xoy坐标系，在y1=0.1m和y2=

9、-0.1m处有两个与轴平行的水平界面和把空间分成、三个区域，在三个区域中分别存在匀强磁场B1、B2、B3 ，其大小满足B2=2B1=2B3=0.02T，方向如图甲所示.在区域中的y轴左右两侧还分别存在匀强电场E1、E2（图中未画出），忽略所有电、磁场的边缘效应. ABCD是以坐标原点O为中心对称的正方形，其边长L=0.2m.现在界面PQ上的A处沿y轴正方向发射一比荷的带正电荷的粒子（其重力不计），粒子恰能沿图中实线途经BCD三点后回到A点并做周期性运动，轨迹构成一个“0”字.己知粒子每次穿越区域时均做直线运动. （1）求E1、E2场的大小和方向.,（2）去掉和区域中的匀强电场和磁场，其他条件不

10、变，仍在A处以相同的速度发射相同的粒子，请在和区城内重新设计适当的匀强电场或匀强磁场，使粒子运动的轨迹成为上、下对称的“8”字，且粒子运动的周期跟甲图中相同，请通过必要的计算和分析，求出你所设计的“场”的大小、方向和区域，并在乙图中描绘出带电粒子的运动轨迹和你所设计的“场”.（上面半圆轨迹己在图中画出）,解：（1）,、区域中,在区域的电磁场中运动满足,方向水平向右,题目,（2）根据对称性，在区域中只能存在匀强磁场,且满足B3= B1=0.01T，方向垂直纸面向外。,由于周期相等，所以在区域中只能存在匀强电场，且方向必须与x轴平行，,从B点运动至O点做类平抛运动,时间,沿x轴方向的位移是L/2,

11、则,由牛顿第二定律qE=ma,代入数据解得,根据对称性电场方向如答图示。,题目,第2页,051.北京西城区08年4月物理一模23,23（18分）如图所示，在y 0的区域内有沿y轴正方向的匀强电场，在y0的区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场。一电子（质量为m、电量为e）从y轴上A点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动。当电子第一次穿越x轴时，恰好到达C点；当电子第二次穿越x轴时，恰好到达坐标原点；当电子第三次穿越x轴时，恰好到达D点。C、D两点均未在图中 标出。已知A、C点到坐标原 点的距离分别为d、2d。不计 电子的重力。求,（1）电场强度E的大小； （2）磁感应强度B的大小； （3）电子从A运

12、动到D经历的时间t,电子的运动轨迹如右图所示 （2分） （若画出类平抛和圆运动轨迹给1分）,求出,设电子从A到C的时间为t1,（1）电子在电场中做类平抛运动,解：,求出,由图可知,电子进入磁场后做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,求出, = 45,（2）设电子进入磁场时速度为v, v与x轴的夹角为, 则,题目,电子从A运动到D的时间,（3）由抛物线的对称关系，电子在电场中运动的时间为,电子在磁场中运动的时间,题目,第2页,052.2008年北京东城区第一次模拟试题22,22（16分）如图所示，MN、PQ是平行金属板，板长为L，两板间距离为d，PQ带正电, MN板带负电, 在PQ板的上方有垂直纸

13、面向里的匀强磁场。一个电荷量为q、质量为m的带负电粒子以速度v0从MN板边缘沿平行于板的方向射入两板间，结果粒子恰好从PQ板左边缘飞进磁场，然后又恰好从PQ板的右边缘飞进电场。不计粒子重力。试求： （1）两金属板间所加电压U的大小； （2）匀强磁场的磁感应强度B的大小； （3）在图中正确画出粒子再次 进入电场中的运动轨迹,并标出粒 子再次从电场中飞出的速度方向。,分析和解：,（1）设带电粒子在平行金属板匀强电场中运动的时间为t，由类平抛运动可知：,联立求解式解得：,或由动能定理和运动的合成、分解的方法，联立求解得出正确的结果同样给分。,设带电粒子第一次飞出电场时的速度为v, 即由动能定理,和联

14、立可得,题目,（2）带电粒子以速度v飞出电场后射入匀强磁场做匀速圆周运动，由,联立求解可得,题目,第2页,或由下列常规方法求解：,联立以上有关方程求解可得：,（3）粒子的运动轨迹见上图。,题目,第2页,第3页,056.08年苏北四市第三次调研试题16,16.如图所示，K与虚线MN之间是加速电场，虚线MN与PQ之间是匀强电场，虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场，且MN、PQ与荧光屏三者互相平行，电场和磁场的方向如图所示，图中A点与O点的连线垂直于荧光屏.一带正电的粒子从A点离开加速电场，速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场，在离开偏转电场后进入匀强磁场，最后恰好垂直地打在荧光屏上.已知电场和磁场区

15、域在竖直方向足够长， 加速电场电压与偏转电场的 场强关系为 ，式中 的d是偏转电场的宽度，,磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度v0关系符合表达式 .若题中只有偏转电场的宽度d为已知量，则 （1）画出带电粒子轨迹示意图； （2）磁场的宽度L为多少？ （3）带电粒子在电场和磁场中垂直于v0方向的偏转距离分别是多少？,解：（1）,轨迹如图所示,（2）粒子在加速电场中，由动能定理有,粒子在匀强电场中做类平抛运动，设偏转角为,有,解得：=45,由几何关系得，带电粒子离开偏转电场速度为,题目,粒子在磁场中运动,由牛顿第二定律有：,在磁场中偏转的半径为,由图可知，磁场宽度

16、L= Rsin= d,（3）由几何关系可得：带电粒子在偏转电场中距离为,在磁场中偏转距离为,题目,第2页,058. 08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查（二）17,17（17分）电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成. 偏转电场由加了电压的相距为d的两块水平平行放置的导体板形成，匀强磁场的左边界与偏转电场的右边界相距为s，如图甲所示.大量电子（其重力不计）由静止开始，经加速电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间射入偏转电场当两板不带电时，这些电子通过两板之间的时间为2t0，当在两板间加如图乙所示的周期为2t0、幅值恒为U0的电压时，所有电子均从两板间通过，进入水平宽度为l，

17、竖直宽度足够大的匀强磁场中，最后通过匀强磁场打在竖直放置的荧光屏上。问：,（1）电子在刚穿出两板之间时的最大侧向位移与最小侧向位移之比为多少？ （2）要使侧向位移最大的电子能垂直打在荧光屏上，匀强磁场的磁感应强度为多少？ （3）在满足第（2）问的情况下，打在荧光屏上的电子束的宽度为多少？（已知电子的质量为m、电荷量为e）,解:（1）,由题意可知，要使电子的侧向位移最大，应让电子从0、2t0、4t0等时刻进入偏转电场，在这种情况下，电子的侧向位移为,要使电子的侧向位移最小，应让电子从t0、3t0等时刻进入偏转电场，在这种情况下，电子的侧向位移为,所以最大侧向位移和最小侧向位移之比为,题目,（2）

18、设电子从偏转电场中射出时的偏向角为 ，由于电子要垂直打在荧光屏上，所以电子在磁场中运动半径应为：,设电子从偏转电场中出来时的速度为vt，垂直偏转极板的速度为vy，则电子从偏转电场中出来时的偏向角为：,式中,又,由上述四式可得：,题目,第2页,（3）由于各个时刻从偏转电场中出来的电子的速度大小相同，方向也相同，因此电子进入磁场后的半径也相同，如图示：,由第（1）问可知电子从偏转电场中出来时的最大侧向位移和最小侧向位移的差值为：,所以打在荧光屏上的电子束的宽度为,题目,第2页,第3页,gk007.2008年高考理综天津卷23,23(16分)在平面直角坐标系xOy中，第1象限存在沿y轴负方向的匀强电

19、场，第象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成=60角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示。 不计粒子重力，求 (1)M、N两点间的电势差UMN。 (2)粒子在磁场中运动的轨道半径r； (3)粒子从M点运动到P点的总时间t。,解：（1）,设粒子过N点时的速度为v，有,粒子从M点运动到N点的过程，有,v,（2）粒子在磁场中以O为圆心做匀速圆周运动,半径为O N，有,（3）由几何关系得,设粒子在电场中运动的时间为t1,有,题目,粒子在磁场中做匀速

20、圆周运动的周期,设粒子在磁场中运动的时间为t2,有,粒子从M点运动到P点的总时间t,题目,第2页,gk011.2008年高考物理海南卷16,16、如图，空间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向为y轴正方向，磁场方向垂直于xy平面（纸面）向外，电场和磁场都可以随意加上或撤除，重新加上的电场或磁场与撤除前的一样一带正电荷的粒子从P(x0，yh)点以一定的速度平行于x轴正向入射这时若只有磁场，粒子将做半径为R0的圆周运动：若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动现在，只加电场，当粒子从P点运动到xR0平面（图中虚线所示）时，立即撤除电场同时加上磁场，粒子继续运动，其轨迹与 x轴交于M点不计重力求： 粒子

21、到达xR0平面时速度方向 与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离； M点的横坐标xM,解：,做直线运动有：,做圆周运动有：,只有电场时，粒子做类平抛，有：,解得：,此时粒子速度大小为：,速度方向与x轴夹角为：,粒子与x轴的距离为：,撤除电场加上磁场后，有：,解得：,粒子运动轨迹如图所示，圆心C位于与速度v方向垂直的直线上，该直线与x轴和y轴的夹角均为/4，由几何关系得C点坐标为：,题目,过C作x轴的垂线，垂足为D ， 在CDM中：,解得：,M点横坐标为：,题目,第2页,065.08年南京一中第三次模拟16,16（16分）如图甲所示，两个几何形状完全相同的平行板电容器PQ和MN，水平置于水平方向的匀强

22、磁场中（磁场区域足够大），两电容器极板的左端和右端分别在同一竖直线上，已知P、Q之间和M、N之间的距离都是d，极板本身的厚度不计，板间电压都是U，两电容器的极板长相等。今有一电子从极板PQ中轴线左边缘的O点 , 以速度v0沿其中轴线进入电容器 ,并做匀速直线运动 , 此后经过 磁场偏转又沿水平方向进入到 电容器MN之间,且沿MN的中轴 线做匀速直线运动,再经过磁场 偏转又通过O点沿水平方向进入 电容器PQ之间，如此循环往复。,解：,（1）电子受磁场力向下，则受电场力向上，所以P板带正电，Q板带负电,同理可知，M板带负电，N板带正电,（2）电子在电容器中由平衡条件有：,电子在磁场中做圆周运动的半

23、径为R，则：,Q板和M板间的距离，应满足：,题目,（3）电子离开电容器P、Q时的侧移量为：,在右侧区域的磁场中，,电子进入电容器M、N之 间的位置在中轴线以上 y（即d8）处。,题目,第2页,电子进入电容器M、N后，在电场力作用下作类抛体运动，根据对称性可知，电子在竖直方向上的位移为y,离开电容器M、N的位置在中轴线以上2 y（即d/4）处，速度大小为v0 ，方向与中轴线平行。,在电容器左侧区域加一个匀强磁场,电子又能回到O点,方向垂直于纸面 向里（水平）。,题目,第2页,第3页,gk001.2008年高考理综全国卷.25,25（22分）如图所示，在坐标系xOy中，过原点的直线OC与x轴正向的夹角120，在OC右侧有一匀强电场，在第二、三象限内有一匀强磁场，其上边界与电场边界重叠，右边界为y轴，左边界为图中平行于y轴的虚线，磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里。一带正电荷q、质量,为m的粒子以某一速度自磁场左边界上的A点射入磁场区域，并从O点射出，粒子射出磁场的速度方向与x轴的夹角30,大