0610各地高考磁场试题 27页

‎06[重庆卷]24.(19分)有人设想用题24图所示的装置来选择密度相同、大小不同的球状纳米粒子。粒子在电离室中电离后带正电，电量与其表面积成正比。电离后，粒子缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域I,再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域II,其中磁场的磁感应强度大小为B,方向如图。收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上。半径为r0的粒子，其质量为m0、电量为q0,刚好能沿O1O3直线射入收集室。不计纳米粒子重力。‎ ‎（）‎ (1) 试求图中区域II的电场强度;‎ (2) 试求半径为r的粒子通过O2时的速率;‎ (3) 讨论半径r≠r2的粒子刚进入区域II时向哪个极板偏转。‎ 答案:（1）E＝B，方向竖直向上 （2）v＝v0 （3）r＞r0时，v＜v0，F总＞0，粒子会向上极板偏转； r＜r0时，v＞v0，F总＜0，粒子会向下极板偏转；‎ ‎06[全国卷II]25（20分）如图所示，在x＜0与x＞0的区域中，存在磁感应强度大小分别为B1与B2的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向里，且B1＞B2。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过O点，B1与B2的比值应满足什么条件？‎ 答案：粒子在整个过程中的速度大小恒为V，交替地在xy平面内B1与B2磁场区域中做匀速圆周运动，轨道都是半个圆周。设粒子的质量和电荷量的大小分别为m和q，圆周运动的半径分别为r1和r2，有 C1‎ D1‎ Cn+1‎ A On O1‎ O y x r1＝， ①‎ r2＝。 ②‎ 现分析粒子运动的轨迹。如图所示，在xy平面内，粒子先沿半径为r1的半圆C1运动至y轴上离O点距离为2 r1的A点，接着沿半径为r2的半圆D1运动至O1点，OO1的距离 d＝2(r2－r1)。 ③‎ 此后，粒子每经历一次“回旋”（即从y轴出发沿半径为r1的半圆和半径为r2的半圆回到原点下方的y轴），粒子的y坐标就减小d。设粒子经过n次回旋后与y轴交于On 点，若OOn即nd满足 nd＝2r1， ④‎ 则粒子再经过半圆Cn+1就能经过原点，式中r＝1，2，3，……为回旋次数。‎ 由③④式解得 ＝ n＝1，2，3，…… ⑤‎ 联立①②⑤式可得B1、B2应满足的条件：‎ ＝ n＝1，2，3，…… ⑥‎ 评分参考：①、②式各2分，求得⑤式12分，⑥式4分。解法不同，最后结果得表达式不同，只要正确的，同样得分。‎ ‎06[北京卷]20.如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，一带电微粒从磁场边界d点垂直于磁场方向射入，沿曲线dpa打到屏MN上的a点，通过pa段用时为I2若该微粒经过P点时，与一个静止的不带电微粒碰撞并结合为一个新微粒，最终打到屏MN上。两个微粒所受重力均忽略。新微粒运动的 A.轨迹为pb,至屏幕的时间将小于t B.轨迹为pc,至屏幕的时间将大于t C.轨迹为pb，至屏幕的时间将等于t D.轨迹为pa，至屏幕的时间将大于t 答案：D ‎07四川卷如图所示，长方形abcd 长ad=‎0.6m，宽ab=‎0.3m，O、e分别是ad、bc的中点，以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场)，磁感应强度B=0.25T。一群不计重力、质量m=3×10－‎7kg、电荷量q=+2×10－‎3C的带电粒子以速度v=5×‎102m/s沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域 ‎ A．从Od边射入的粒子，出射点全部分布在Oa边 ‎ B．从aO边射入的粒子，出射点全部分布在ab边 ‎ C．从Od边射入的粒子，出射点分布在Oa边和ab边 ‎ D。.从aO边射入的粒子，出射点分布在ab边和be边 ‎07天津卷如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120°角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是 A.，正电荷 B.，正电荷 C. ，负电荷 D. ，负电荷 海南卷粒子甲的质量与电荷量分别是粒子乙的4倍与2倍，两粒子均带正电。让它们在匀强磁场中同一点以大小相等、方向相反的速度开始运动。已知磁场方向垂直纸面向里。以下四个图中，能正确表示两粒子运动轨迹的是(A)‎ ‎07宁夏卷在半径为R的半圆形区域中有一匀强磁场，磁场的方向垂直于纸面，磁感应强度为B。一质量为m，带有电量q的粒子以一定的速度沿垂直于半圆直径AD方向经P点（AP＝d）射入磁场（不计重力影响）。‎ ‎⑴如果粒子恰好从A点射出磁场，求入射粒子的速度。‎ ‎⑵如果粒子经纸面内Q点从磁场中射出，出射方向与半圆在Q点切线方向的夹角为φ（如图）。求入射粒子的速度。‎ ‎⑴由于粒子在P点垂直射入磁场，故圆弧轨道的圆心在AP上，AP是直径。‎ 设入射粒子的速度为v1，由洛伦兹力的表达式和牛顿第二定律得： ‎ 解得：‎ ‎⑵设O/是粒子在磁场中圆弧轨道的圆心，连接O/Q，设O/Q＝R/。‎ 由几何关系得： ‎ 由余弦定理得：‎ 解得：‎ 设入射粒子的速度为v，由 解出：‎ ‎07全国卷Ⅰ两屏幕荧光屏互相垂直放置，在两屏内分别去垂直于两屏交线的直线为x和y轴，交点O为原点，如图所示。在y>0，00，x>a的区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，两区域内的磁感应强度大小均为B。在O点出有一小孔，一束质量为m、带电量为q（q>0）的粒子沿x周经小孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧光屏发亮。入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数值。已知速度最大的粒子在0a的区域中运动的时间之比为2︰5，在磁场中运动的总时间为7T/12，其中T为该粒子在磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动的周期。试求两个荧光屏上亮线的范围（不计重力的影响）。‎ 解：对于y轴上的光屏亮线范围的临界条件如图1所示：带电粒子的轨迹和x=a相切，此时r=a，y轴上的最高点为y=2r=‎2a ;‎ 对于 x轴上光屏亮线范围的临界条件如图2所示：左边界的极限情况还是和x=a相切，此刻，带电粒子在右边的轨迹是个圆，由几何知识得到在x轴上的坐标为x=‎2a;速度最大的粒子是如图2中的实线，又两段圆弧组成，圆心分别是c和c’ 由对称性得到 c’在 x轴上，设在左右两部分磁场中运动时间分别为t1和t2,满足 解得 由数学关系得到：‎ 代入数据得到：‎ 所以在x 轴上的范围是 ‎07全国卷Ⅱ如图所示，在坐标系Oxy的第一象限中存在沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为E。在其他象限中存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。A是y轴上的一点，它到坐标原点O的距离为h；C是x轴上的一点，到O的距离为l。一质量为m、电荷量为q的带负电的粒子以某一初速度沿x轴方向从A点进入电场区域，继而同过C点进入磁场区域，并在此通过A点，此时速度与y轴正方向成锐角。不计重力作用。试求：‎ ‎（1）粒子经过C点是速度的大小和方向；‎ ‎（2）磁感应强度的大小B。‎ ‎（1）以a表示粒子在电场作用下的加速度，有qE=ma 加速度沿y轴负方向。设粒子从A点进入电场时的初速度为v0，由A点运动到C点经历的时间为t，则有 ‎ 由式得 设粒子从C点进入磁场时的速度为v，v垂直于x轴的分量 由式得 设粒子经过C点时的速度方向与x轴夹角为，则有 由式得 ‎（2）粒子从C点进入磁场后在磁场中做速率为v的圆周运动。若圆周的半径为R，则有 设圆心为P，则PC必与过C点的速度垂直，且有。用表示与y轴的夹角，由几何关系得 ‎ 由式解得 由式得 。‎ ‎07江苏卷磁谱仪是测量能谱的重要仪器。磁谱仪的工作原理如图所示，放射源Ｓ发出质量为m、电量为q的粒子沿垂直磁场方向进入磁感应强度为Ｂ的匀强磁场，被限束光栏Ｑ限制在２的小角度内，粒子经磁场偏转后打到与束光栏平行的感光片Ｐ上。（重力影响不计）‎ ‎（１）若能量在Ｅ∽Ｅ＋ΔＥ（ΔＥ>0，且ΔＥ<<Ｅ）范围内的粒子均垂直于限束光栏的方向进入磁场。试求这些粒子打在胶片上的范围Δx1 .‎ ‎(2)实际上，限束光栏有一定的宽度，粒子将在２角内进入磁场。试求能量均为Ｅ的粒子打到感光胶片上的范围Δx2 ‎ 江苏卷如图所示，空间等间距分布着水平方向的条形匀强磁场，竖直方向磁场区域足够长，磁感应强度Ｂ＝１Ｔ，每一条形磁场区域的宽度及相邻条形磁场区域的间距均为d=‎0.5m，现有一边长l=‎0.2m、质量m=‎0.1kg、电阻Ｒ＝0.1Ω的正方形线框ＭＮＯＰ以v0=‎7m/s的初速从左侧磁场边缘水平进入磁场，求 ‎（１）线框ＭＮ边刚进入磁场时受到安培力的大小Ｆ。‎ ‎（２）线框从开始进入磁场到竖直下落的过程中产生的焦耳热Ｑ。‎ ‎（３）线框能穿过的完整条形磁场区域的个数n。‎ ‎08.(江苏卷)14.（16分）在场强为B的水平匀强磁场中，一质量为m、带正电q的小球在O点静止释放，小球的运动曲线如图所示.已知此曲线在最低点的曲率半径为该点到x轴距离的2倍，重力加速度为g.求：‎ ‎ （1）小球运动到任意位置P（x,y）处的速率v.‎ ‎ （2）小球在运动过程中第一次下降的最大距离ym.‎ ‎ （3）当在上述磁场中加一竖直向上场强为E（）的匀强电场时，小球从O静止释放后获得的最大速率vm.‎ ‎14.(1)洛仑兹力不做功，由动能定理得，mgy=mv2 ……①‎ 得 v= ……②‎ ‎（2）设在最大距离ym处的速率为vm,根据圆周运动有，qvmB-mg=m ……③‎ 且由②知 ……④‎ 由③④及R=2ym得 ……⑤‎ ‎（3）小球运动如图所示，‎ 由动能定理 （qE-mg）|ym|= ……⑥‎ 由圆周运动 qvmB+mg-qE=m ……⑦‎ 且由⑥⑦及R=2|ym|解得vm=‎ ‎08.(天津卷)23.（16分）在平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ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θ＝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。‎ ‎23.（16分）‎ ‎（1）设粒子过N点时速度v，有＝cosθ　　　①‎ v＝2v0 ②‎ 粒子从M点运动到N点的过程，有qUMN＝mv2－mv　③‎ UMN＝　　　　　　　　　　　　 ④‎ ‎（2）粒子在磁场中以O/为圆做匀速圆周运动，半径为O/N，有 ‎　　qvB＝ ⑤ r＝　　　　　　 ⑥‎ ‎（3）由几何关系得ON＝rsinθ ⑦‎ ‎ 粒子在电场中运动的时间t1，有ON＝v0t1 ⑧t1＝　　　⑨‎ 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T＝　　　　　　⑩‎ ‎　　　 设粒子在磁场中运动的时间t2，有t2＝ t2＝　　　 ‎ t＝t1＋t2　　　　　　t＝　　　　　　　　　 　 ‎08.(宁夏卷)24.(17分)如图所示，在xOy平面的第一象限有一匀强电场，电场的方向平行于y轴向下；在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向外。有一质量为m，带有电荷量+q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场。质点到达x轴上A点时，速度方向与x轴的夹角，A点与原点O的距离为d。接着，质点进入磁场，并垂直于OC飞离磁场。不计重力影响。若OC与x轴的夹角为，求 ‎ （1）粒子在磁场中运动速度的大小：‎ ‎ （2）匀强电场的场强大小。‎ ‎24.（17分）(1)‎ 质点在磁场中的轨迹为一圆弧。由于质点飞离磁场时，速度垂直于OC，故圆弧的圆心在OC上。依题意，质点轨迹与x轴的交点为A，过A点作与A点的速度方向垂直的直线，与OC交于O＇。由几何关系知，AO＇垂直于OC＇，O＇是圆弧的圆心。设圆弧的半径为R，则有R=dsinj 由洛化兹力公式和牛顿第二定律得 ②‎ 将①式代入②式，得 ③‎ ‎(2)质点在电场中的运动为类平抛运动。设质点射入电场的速度为v0，在电场中的加速度为a，运动时间为t，则有v0＝vcosj ④ vsinj＝at ⑤ d=v0t ⑥‎ 联立④⑤⑥得 ⑦‎ 设电场强度的大小为E，由牛顿第二定律得qE＝ma ⑧‎ 联立③⑦⑧得 ⑨‎ ‎08(全国I)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φ120°,在OC右侧有一匀强电场：在第二、三象限内有一心强磁场，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，方向垂直抵面向里。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θ＝30°，大小为v，粒子在磁场中的运动轨迹为纸面内的一段圆弧，且弧的半径为磁场左右边界间距的两倍。粒子进入电场后，在电场力的作用下又由O点返回磁场区域，经过一段时间后再次离开磁场。已知粒子从A点射入到第二次离开磁场所用的时间恰好等于粒子在磁场中做圆周运动的周期。忽略重力的影响。求 ‎（1）粒子经过A点时速度的方向和A点到x轴的距离；‎ ‎（2）匀强电场的大小和方向；‎ ‎（3）粒子从第二次离开磁场到再次进入电场时所用的时间。‎ O h y P R0‎ M x ‎08.(海南卷)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(x＝0，y＝h)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x＝R0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：‎ ‎⑴粒子到达x＝R0平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离；‎ ‎⑵M点的横坐标xM．‎ ‎16、解：⑴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： 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：‎ ‎⑵撤电场加上磁场后，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π/4，有几何关系得C点坐标为： ‎ 过C作x轴的垂线，在ΔCDM中： ‎ 解得：‎ M点横坐标为：‎ ‎09全国一卷26（21分）（注意：在试题卷上作答无效）‎ ‎ 如图，在x轴下方有匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于x y平面向外。P是 y轴上距原点为h的一点，N0为x轴上距原点为a的一点。A是一块平行于x轴的挡板，与x轴的距离为，A的中点在y轴上，长度略小于。带点粒子与挡板碰撞前后，x方向的分速度不变，y方向的分速度反向、大小不变。质量为m，电荷量为q（q>0）的粒子从P点瞄准N0点入射，最后又通过P点。不计重力。求粒子入射速度的所有可能值。‎ ‎26. 【解析】设粒子的入射速度为v,第一次射出磁场的点为,与板碰撞后再次进入磁场的位置为.粒子在磁场中运动的轨道半径为R,有…⑴,粒子速率不变,每次进入磁场与射出磁场位置间距离保持不变有…⑵,粒子射出磁场与下一次进入磁场位置间的距离始终不变,与相等.由图可以看出……⑶‎ 设粒子最终离开磁场时,与档板相碰n次(n=0、1、2、3…).若粒子能回到P点,由对称性,出射点的x坐标应为-a,即……⑷,由⑶⑷两式得……⑸‎ 若粒子与挡板发生碰撞,有……⑹联立⑶⑷⑹得n<3………⑺联立⑴⑵⑸得 ‎………⑻把代入⑻中得 ‎…………⑼‎ ‎…………⑾‎ ‎…………⑿‎ ‎09福建22.(20分)w.w.w.k.s.5.u.c.o.m 图为可测定比荷的某装置的简化示意图，在第一象限区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B=2.0×10-3T,在X轴上距坐标原点L=‎0.50m的P处为离子的入射口，在Y上安放接收器，现将一带正电荷的粒子以v=3.5×‎104m/s的速率从P处射入磁场，若粒子在y轴上距坐标原点L=‎0.50m的M处被观测到，且运动轨迹半径恰好最小，设带电粒子的质量为m,电量为q,不记其重力。‎ ‎（1）求上述粒子的比荷；‎ ‎（2）如果在上述粒子运动过程中的某个时刻，在第一象限内再加一个匀强电场，就可以使其沿y轴正方向做匀速直线运动，求该匀强电场的场强大小和方向，并求出从粒子射入磁场开始计时经过多长时间加这个匀强电场；‎ ‎（3）为了在M处观测到按题设条件运动的上述粒子，在第一象限内的磁场可以局限在一个矩形区域内，求此矩形磁场区域的最小面积，并在图中画出该矩形。‎ 答案（1）=4.9×C/kg（或5.0×C/kg）；（2） ； （3）‎ ‎【解析】本题考查带电粒子在磁场中的运动。第（2）问涉及到复合场（速度选择器模型）第（3）问是带电粒子在有界磁场（矩形区域）中的运动。‎ ‎（1）设粒子在磁场中的运动半径为r。如图甲，依题意M、P连线即为该粒子在磁场中作匀速圆周运动的直径，由几何关系得 ‎ ①‎ 由洛伦兹力提供粒子在磁场中作匀速圆周运动的向心力，可得 ‎ ②‎ 联立①②并代入数据得 ‎=4.9×C/kg（或5.0×C/kg） ③‎ ‎（2）设所加电场的场强大小为E。如图乙，当粒子子经过Q点时，速度沿y轴正方向，依题意，在此时加入沿x轴正方向的匀强电场，电场力与此时洛伦兹力平衡，则有 ‎ ④代入数据得 ⑤‎ 所加电场的长枪方向沿x轴正方向。由几何关系可知，圆弧PQ所对应的圆心角为45°，设带点粒子做匀速圆周运动的周期为T，所求时间为t，则有 ‎ ⑥ ⑦ 联立①⑥⑦并代入数据 ⑧‎ ‎（3）如图丙，所求的最小矩形是，该区域面积w.w.w.k.s.5.u.c.o.m ⑨‎ 联立①⑨并代入数据得 矩形如图丙中（虚线）‎ 全国卷2 25. （18分）‎ 如图,在宽度分别为和 的两个毗邻的条形区域分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右。一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的Q点射出。已知PQ垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d。不计重力,求电场强度与磁感应强度大小之比及粒子在磁场与电场中运动时间之比。‎ 答案 ‎【解析】本题考查带电粒子在有界磁场中的运动.‎ 粒子在磁场中做匀速圆周运动,如图所示.由于粒子在分界线处的速度与分界线垂直,圆心O应在分界线上,OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.由几何关系得 ‎………①‎ 设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q,由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得 ‎……………②‎ 设为虚线与分界线的交点,,则粒子在磁场中的运动时间为……③‎ 式中有………④粒子进入电场后做类平抛运动,其初速度为v,方向垂直于电场.设粒子的加速度大小为a,由牛顿第二定律得…………⑤‎ 由运动学公式有……⑥ ………⑦‎ 由①②⑤⑥⑦式得…………⑧‎ 由①③④⑦式得 ‎09天津卷 ‎11.(18分)如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x轴上的N点第一次离开电场和磁场，MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为.不计空气阻力，重力加速度为g,求 (1) 电场强度E的大小和方向；‎ (2) 小球从A点抛出时初速度v0的大小;‎ (3) A点到x轴的高度h.‎ ‎（1），方向竖直向上 （2） （3）‎ ‎【解析】本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。‎ ‎（1）小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动，说明电场力和重力平衡（恒力不能充当圆周运动的向心力），有 ① ②重力的方向竖直向下，电场力方向只能向上，由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上。‎ ‎（2）小球做匀速圆周运动，O′为圆心，MN为弦长，，如图所示。设半径为r，由几何关系知 ③‎ 小球做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，设小球做圆周运动的速率为v，有 由速度的合成与分解知 ⑤由③④⑤式得 ⑥（3）设小球到M点时的竖直分速度为vy，它与水平分速度的关系为 由匀变速直线运动规律 ⑧‎ 由⑥⑦⑧式得 ⑨‎ ‎09浙江卷 ‎25.（22分）如图所示，x轴正方向水平向右，y轴正方向竖直向上。在xOy平面内有与y轴平行的匀强电场，在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。在圆的左边放置一带电微粒发射装置，它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m、电荷量q（q>0）和初速度v的带电微粒。发射时，这束带电微粒分布在00.‎ ‎【解 析】本题考查带电粒子在复合场中的运动。‎ 带电粒子平行于x轴从C点进入磁场，说明带电微粒所受重力和电场力平衡。设电场强度大小为E，由可得方向沿y轴正方向。‎ 带电微粒进入磁场后，将做圆周运动。 且r=R 如图（a）所示，设磁感应强度大小为B。由得 ‎ 方向垂直于纸面向外 ‎（2）这束带电微粒都通过坐标原点。‎ 方法一：从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动，其圆心位于其正下方的Q点，如图b所示，这束带电微粒进入磁场后的圆心轨迹是如图b的虚线半圆，此圆的圆心是坐标原点为。‎ 方法二：从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动。如图b示，高P点与O′点的连线与y轴的夹角为θ，其圆心Q的坐标为（-Rsinθ，Rcosθ）,圆周运动轨迹方程为 得 ‎ x=0 x=-Rsinθ ‎ y=0 或 y=R(1+cosθ)‎ ‎（3）这束带电微粒与x轴相交的区域是x>0‎ 带电微粒在磁场中经过一段半径为r′的圆弧运动后，将在y同的右方(x>0)的区域离开磁场并做匀速直线运动，如图c所示。靠近M点发射出来的带电微粒在突出磁场后会射向x同正方向的无穷远处国靠近N点发射出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场。‎ 所以，这束带电微粒与x同相交的区域范围是x>0.‎ ‎09海南16．如图，ABCD是边长为的正方形。质量为、电荷量为的电子以大小为的初速度沿纸面垂直于BC变射入正方形区域。在正方形内适当区域中有匀强磁场。电子从BC边上的任意点入射，都只能从A点射出磁场。不计重力，求：‎ ‎（1）次匀强磁场区域中磁感应强度的方向和大小；‎ ‎（2）此匀强磁场区域的最小面积。‎ ‎16. （1）设匀强磁场的磁感应强度的大小为B。令圆弧是自C点垂直于BC入射的电子在磁场中的运行轨道。电子所受到的磁场的作用力www.ks5u.com 应指向圆弧的圆心，因而磁场的方向应垂直于纸面向外。圆弧的圆心在CB边或其延长线上。依题意，圆心在A、C连线的中垂线上，故B 点即为圆心，圆半径为按照牛顿定律有 ‎ 联立①②式得 ‎（2）由（1）中决定的磁感应强度的方向和大小，可知自点垂直于入射电子在A点沿DA方向射出，且自BC边上其它点垂直于入射的电子的运动轨道只能在BAEC区域中。因而，圆弧是所求的最小磁场区域的一个边界。‎ 为了决定该磁场区域的另一边界，我们来考察射中A点的电子的速度方向与BA的延长线交角为（不妨设）的情形。该电子的运动轨迹如右图所示。‎ 图中，圆的圆心为O，pq垂直于BC边 ，由③式知，圆弧的半径仍为，在D为原点、DC为x轴，AD为轴的坐标系中，P点的坐标为 这意味着，在范围内，p点形成以D为圆心、为半径的四分之一圆周，它是电子做直线运动和圆周运动的分界线，构成所求磁场区域的另一边界。‎ 因此，所求的最小匀强磁场区域时分别以和为圆心、为半径的两个四分之一圆周和所围成的，其面积为 评分参考：本题10分。第（1）问4分，①至③式各1分；得出正确的磁场方向的，再给1分。第（2）问6分，得出“圆弧是所求磁场区域的一个边界”的，给2分；得出所求磁场区域的另一个边界的，再给2分；⑥式2分。‎ ‎09江苏卷 ‎14.（16分）1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q ，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。‎ ‎ ‎ （1） 求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；‎ （2） 求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t ；‎ （3） 实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm，试讨论粒子能获得的最大动能E㎞。‎ 解析：‎ ‎(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1‎ qu=mv12‎ qv1B=m 解得 ‎ 同理，粒子第2次经过狭缝后的半径 ‎ 则 ‎ ‎（2）设粒子到出口处被加速了n圈 解得 ‎ ‎（3）加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即 当磁场感应强度为Bm时，加速电场的频率应为 粒子的动能 当≤时，粒子的最大动能由Bm决定 解得 当≥时，粒子的最大动能由fm决定 解得 ‎ ‎10年全国卷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0～180°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：‎ ⑴ 粒子在磁场中做圆周运动的半径R及粒子的比荷q／m；‎ ⑵ 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；‎ ⑶ 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。‎ ‎【答案】⑴ ‎ ‎⑵速度与y轴的正方向的夹角范围是60°到120°‎ ‎⑶从粒子发射到全部离开所用 时间 为 ‎【解析】 ⑴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 ‎⑵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⑴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120°‎ ‎⑶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 R R R ‎，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。‎ ‎10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 ‎ ①‎ ‎ ②‎ 由①②化简得 ‎ ‎ ③‎ ‎ 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=acos30°tan15° ④‎ tan15°= ⑤‎ 联立④⑤化简得 ‎ ⑥‎ 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 ‎ ⑦‎ 联立③⑦化简得 ‎ ⑧‎ ‎（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 ‎ ⑨‎ 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。‎ ‎10全国新课标卷25.(18分)如图所示，在0≤x≤a、o≤y≤范围内有垂直于xy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。坐标原点O处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xy平面内，与y轴正方向的夹角分布在0～90°范围内.己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于到a之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一，求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的：‎ ‎(1)速度大小；‎ ‎(2)速度方向与y轴正方向夹角正弦。‎ ‎ ‎ 解析：‎ 设粒子的发射速度为v，粒子做圆周运动的轨道半径为R，由牛顿第二定律和洛伦磁力公式，得，解得：‎ 当＜R＜a时，在磁场中运动时间最长的粒子，其轨迹是圆心为C的圆弧，圆弧与磁场的边界相切，如图所示，设该粒子在磁场中运动的时间为t，依题意，时，‎ 设最后离开磁场的粒子的发射方向与y轴正方向的夹角为α，由几何关系可得：‎ 再加上，解得：‎ ‎10（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 ‎⑴粒子第一次经过电场子的过程中电场力所做的功。‎ ‎⑵粒子第n次经过电场时电场强度的大小。‎ ‎⑶粒子第n次经过电场子所用的时间。‎ ‎⑷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)‎ ‎10年（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 ‎ ①‎ 微粒作圆周运动，则 ②‎ 联立①②得 ‎ ③‎ ‎ ④‎ ‎（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 ‎ ⑤‎ ‎ ⑥‎ ‎ ⑦‎ 联立③④⑤⑥⑦得 ‎ ⑧‎ 电场变化的周期 ‎ ⑨‎ ‎（3）若粒子能完成题述的运动过程，要求 ‎ d≥2R (10)‎ 联立③④⑥得 ‎ （11）‎ 设N1Q段直线运动的最短时间为tmin，由⑤（10）（11）得 ‎ ‎ 因t2不变，T的最小值