最新高中物理带电粒子在复合场中的运动题20套(带答案)

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练
1．下图为某种离子加速器的设计方案.两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁场.其中MN 和M N ''是间距为h 的两平行极板，其上分别有正对的两个小孔O 和
O '，O N ON d ''==，P 为靶点，O P kd '=（k 为大于1的整数）。

极板间存在方向向上的匀强电场，两极板间电压为U 。

质量为m 、带电量为q 的正离子从O 点由静止开始加
速，经O '进入磁场区域.当离子打到极板上O N ''区域（含N '点）或外壳上时将会被吸收。

两虚线之间的区域无电场和磁场存在，离子可匀速穿过。

忽略相对论效应和离子所受的重力。

求：
（1）离子经过电场仅加速一次后能打到P 点所需的磁感应强度大小； （2）能使离子打到P 点的磁感应强度的所有可能值；
（3）打到P 点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间。

【来源】2015年全国普通高等学校招生统一考试物理（重庆卷带解析) 【答案】（1）22qUm B =
（2）22nqUm B =，2
(1,2,3,,1)n k =-L （3）
22
22(1)t qum k -磁，2
2(1)=k m t h qU
-电 【解析】 【分析】
带电粒子在电场和磁场中的运动、牛顿第二定律、运动学公式。

【详解】
（1）离子经电场加速，由动能定理：
2
12
qU mv =
可得2qU
v m
=
磁场中做匀速圆周运动：
2
v qvB m r
=
刚好打在P 点，轨迹为半圆，由几何关系可知：
2
kd r =
联立解得B =
； （2）若磁感应强度较大，设离子经过一次加速后若速度较小，圆周运动半径较小，不能直接打在P 点，而做圆周运动到达N '右端，再匀速直线到下端磁场，将重新回到O 点重新加速，直到打在P 点。

设共加速了n 次，有：
212
n nqU mv =
2n
n n
v qv B m r =
且：
2
n kd r =
解得：B =
，
要求离子第一次加速后不能打在板上，有
12
d r >
且：
2112
qU mv =
2
111
v qv B m r =
解得：2n k <，
故加速次数n 为正整数最大取21n k =- 即：
B =
2(1,2,3,,1)n k =-L ；
（3）加速次数最多的离子速度最大，取21n k =-，离子在磁场中做n -1个完整的匀速圆周运动和半个圆周打到P 点。

由匀速圆周运动：
22r m
T v qB
ππ=
=
22=(1)222(1)
T t n T qum k -+=-磁
电场中一共加速n 次，可等效成连续的匀加速直线运动.由运动学公式
221(1)2
k h at -=
电 qU
a mh
=
可得：22(1)=k m
t h qU -电
2．离子推进器是太空飞行器常用的动力系统，某种推进器设计的简化原理如图所示，截面半径为R 的圆柱腔分为两个工作区．I 为电离区，将氙气电离获得1价正离子；II 为加速区，长度为L ，两端加有电压，形成轴向的匀强电场．I 区产生的正离子以接近0的初速度进入II 区，被加速后以速度v M 从右侧喷出．I 区内有轴向的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，在离轴线R /2处的C 点持续射出一定速度范围的电子．假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动，截面如图所示（从左向右看）．电子的初速度方向与中心O 点和C 点的连线成α角（0<α<90◦）．推进器工作时，向I 区注入稀薄的氙气．电子使氙气电离的最小速度为v 0，电子在I 区内不与器壁相碰且能到达的区域越大，电离效果越好．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．已知离子质量为M ；电子质量为m ，电量为e ．（电子碰到器壁即被吸收，不考虑电子间的碰撞）．
（1）求II 区的加速电压及离子的加速度大小；
（2）为取得好的电离效果，请判断I 区中的磁场方向（按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”）；
（3）α为90°时，要取得好的电离效果，求射出的电子速率v 的范围； （4）要取得好的电离效果，求射出的电子最大速率v max 与α角的关系．
【来源】2014年全国普通高等学校招生统一考试理科综合能力测试物理（浙江卷带解析)
【答案】（1）22M
v L
（2）垂直于纸面向外（3）043mv B eR >（4）()max 342sin eRB v m α=-
【解析】 【分析】 【详解】
（1）离子在电场中加速，由动能定理得：2
12M eU Mv =,得：2
2M Mv U e =．
离子做匀加速直线运动，由运动学关系得:22M
v aL =,得：2
2M
v a L
=．
（2）要取得较好的电离效果，电子须在出射方向左边做匀速圆周运动，即为按逆时针方向旋转，根据左手定则可知，此刻Ⅰ区磁场应该是垂直纸面向外．
（3）当90α=︒时，最大速度对应的轨迹圆如图一所示，与Ⅰ区相切，此时圆周运动的半径为
34
r R =
洛伦兹力提供向心力，有
2max
max
v Bev m r
= 得
34max BeR
v m
=
即速度小于等于
34BeR
m
此刻必须保证0
43mv B BR
＞
． （4）当电子以α角入射时，最大速度对应轨迹如图二所示，轨迹圆与圆柱腔相切，此时有：
90OCO α∠'=︒﹣
2
R
OC =
，OC r '=，OO R r '=﹣ 由余弦定理有
2
2
2(29022R R R r r r cos α⎛⎫=+⨯⨯︒ ⎪⎝⎭
﹣）﹣（﹣）
，90cos sin αα︒-=（） 联立解得：
()
342R
r sin α=
⨯-
再由：max
mv r Be
=
，得 ()
342max eBR
v m sin α=
-．
考点：带电粒子在匀强磁场中的运动、带电粒子在匀强电场中的运动
【名师点睛】
该题的文字叙述较长，要求要快速的从中找出物理信息，创设物理情境；平时要注意读图能力的培养，以及几何知识在物理学中的应用，解答此类问题要有画草图的习惯，以便有助于对问题的分析和理解；再者就是要熟练的掌握带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期和半径公式的应用．
3．如图甲所示，空间存在一范围足够大的垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B．让质量为m，电荷量为q（q＞0）的粒子从坐标原点O沿xOy平面以不同的初速度大小和方向入射到磁场中．不计重力和粒子间的影响．
（1）若粒子以初速度v1沿y轴正向入射，恰好能经过x轴上的A（a，0）点，求v1的大小；
（2）已知一粒子的初速度大小为v（v＞v1），为使该粒子能经过A（a，0）点，其入射角θ（粒子初速度与x轴正向的夹角）有几个？并求出对应的sinθ值；
（3）如图乙，若在此空间再加入沿y轴正向、大小为E的匀强电场，一粒子从O点以初速度v0沿y轴正向发射．研究表明：粒子在xOy平面内做周期性运动，且在任一时刻，粒子速度的x分量v x与其所在位置的y坐标成正比，比例系数与场强大小E无关．求该粒子运动过程中的最大速度值v m．
【来源】2013年全国普通高等学校招生统一考试理科综合能力测试物理（福建卷带解析)【答案】⑴；⑵两个 sinθ=；⑶＋．
【解析】
试题分析：(1)当粒子沿y轴正向入射，转过半个圆周至A点，半径R1＝a/2
由运动定律有
2
1
1
1
v Bqv m
R
解得12Bqa
v m
=
(2)如右图所示，O
、A 两点处于同一圆周上，且圆心在
x ＝
2
a
的直线上，半径为R ，当给定一个初速率v 时， 有2个入射角，分别在第1、2象限．
即 sinθ′＝sinθ＝
2a R
另有2
v Bqv m R
=
解得 sinθ′＝sinθ＝
2aqB
mv
(3)粒子在运动过程中仅电场力做功，因而在轨道的最高点处速率最大，用y m 表示其y 坐标，由动能定理有 qEy m ＝12mv 2
m －12
mv 20 由题知 v m ＝ky m
若E ＝0时，粒子以初速度v 0沿y 轴正向入射，有 qv 0B ＝m 20
v R
在最高处有 v 0＝kR 0 联立解得22
()m E E v v B B
=
++
考点：带电粒子在符合场中的运动；动能定理．
4．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 ．在其它象限中存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里．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，继而通过C 点进入磁场区域．并再次通过A 点，此时速度方向与y 轴正方向成锐角．不计重力作用．试求：
（1）粒子经过C 点速度的大小和方向； （2）磁感应强度的大小B ．
【来源】2007普通高等学校招生全国统一考试（全国卷Ⅱ)理综物理部分 【答案】（1）α＝arctan
2h l
（2）B 2212mhE
h l q
+【解析】 【分析】 【详解】
试题分析：（1）以a 表示粒子在电场作用下的加速度，有qE ma ＝①
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0v ，由A 点运动到C 点经历的时间为t ， 则有：2
12
h at =
② 0l v t =③
由②③式得02a v h
＝ 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12v ah ＝⑤ 由①④⑤式得：2
2101
v v v +＝(
)22
42qE h l mh
+⑥
设粒子经过C 点时的速度方向与x 轴的夹角为α，则有
1
v tan v α＝
⑦ 由④⑤⑦式得2h arctan
l
α＝⑧
（2）粒子从C 点进入磁场后在磁场中作速率为v 的圆周运动．若圆周的半径为R ，
则有qvB ＝m 2
v R
⑨
设圆心为P ，则PC 必与过C 点的速度垂直，且有PC uuu r ＝PA R u u u r ＝．用β表示PA u u u r
与y 轴的
夹角，由几何关系得：Rcos Rcos h βα=+⑩
Rsin l Rsin βα=－
解得
22
2242h l R h l hl
++＝
由⑥⑨式得：B =
2212mhE
h l q
+
5．压力波测量仪可将待测压力波转换成电压信号，其原理如图1所示，压力波p （t ）进入弹性盒后，通过与铰链O 相连的“”型轻杆L ，驱动杆端头A 处的微型霍尔片在磁场中沿x 轴方向做微小振动，其位移x 与压力p 成正比（,0x p αα=>）．霍尔片的放大图如图2所示，它由长×宽×厚=a×b×d ，单位体积内自由电子数为n 的N 型半导体制成，磁场方向垂直于x 轴向上，磁感应强度大小为0(1)0B B x ββ=->，．无压力波输入时，霍尔片静止在x=0处，此时给霍尔片通以沿12C C 方向的电流I ，则在侧面上D 1、D 2两点间产生霍尔电压U 0.
（1）指出D 1、D 2两点那点电势高；
（2）推导出U 0与I 、B 0之间的关系式（提示：电流I 与自由电子定向移动速率v 之间关系
为I=nevbd ，其中e 为电子电荷量）；
（3）弹性盒中输入压力波p （t ），霍尔片中通以相同的电流，测得霍尔电压U H 随时间t 变化图像如图3，忽略霍尔片在磁场中运动场所的电动势和阻尼，求压力波的振幅和频率．（结果用U 0、U 1、t 0、α、及β）
【来源】浙江新高考2018年4月选考科目物理试题 【答案】(1) D 1点电势高 (2) 0
01IB U ne d
= (3) 101(1)U A U αβ=- ，012f t = 【解析】
【分析】由左手定则可判定电子偏向D 2边，所以D 1边电势高；当电压为U 0时，电子不再发生偏转，故电场力等于洛伦兹力，根据电流I 与自由电子定向移动速率v 之间关系为I=nevbd 求出U 0与I 、B 0之间的关系式；图像结合轻杆运动可知，0-t 0内，轻杆向一侧运动至最远点又返回至原点，则可知轻杆的运动周期，当杆运动至最远点时，电压最小，结合U 0与I 、B 0之间的关系式求出压力波的振幅．
解：（1）电流方向为C 1C 2，则电子运动方向为C2C1，由左手定则可判定电子偏向D 2边，所以D 1边电势高；
（2）当电压为U 0时，电子不再发生偏转，故电场力等于洛伦兹力
0U qvB q
b
= ① 由电流I nevbd = 得：I
v nebd
=
② 将②带入①得0
0IB U ned
=
（3）图像结合轻杆运动可知，0-t 0内，轻杆向一侧运动至最远点又返回至原点，则轻杆的运动周期为T=2t 0 所以，频率为: 0
12f t =
当杆运动至最远点时，电压最小，即取U 1，此时0(1)B B x β=- 取x 正向最远处为振幅A ，有：0
1(1?)IB U A ned
β=
- 所以：0
0011(1)1IB U ned IB A U A
ned ββ==-- 解得：01
U U A U β-=
根据压力与唯一关系x p α=可得x
p α
=
因此压力最大振幅为：01
m U U p U αβ-=
6．在xOy 平面的第一象限有一匀强电磁，电场的方向平行于y 轴向下，在x 轴和第四象限的射线OC 之间有一匀强电场，磁感应强度为B ，方向垂直于纸面向里，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，速度方向与x 轴的夹角为φ，A 点与原点O 的距离为d ，接着，质点进入磁场，并垂直与OC 飞离磁场，不计重力影响，若OC 与x 轴的夹角为φ.求：
⑴粒子在磁场中运动速度的大小； ⑵匀强电场的场强大小.
【来源】带电粒子在复合场中的运动 计算题 【答案】(1) (2)
【解析】 【分析】 【详解】
试题分析：（1）由几何关系得：R=dsinφ 由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得
解得：
（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v 0，在电场中的加速度
为a ，运动时间为t ，则有： v 0=vcosφ vsinφ=at d=v 0t
设电场强度的大小为E ，由牛顿第二定律得 qE=ma 解得：
7．如图，ABD 为竖直平面内的光滑绝缘轨道，其中AB 段是水平的，BD 段为半径R =0.25m 的半圆,两段轨道相切于B 点，整个轨道处在竖直向下的匀强电场中，场强大小
E =5.0×103V/m 。

一不带电的绝缘小球甲，以速度v 0沿水平轨道向右运动，与静止在B 点带正电的小球乙发生弹性碰撞。

已知甲、乙两球的质量均为m =1.0×10-2kg ，乙所带电荷量q =2.0×10-5C ，g 取10m/s 2。

(水平轨道足够长，甲、乙两球可视为质点，整个运动过程无电荷转移)
（1）甲乙两球碰撞后，乙恰能通过轨道的最高点D ，求乙球在B 点被碰后的瞬时速度大小；
（2）在满足1的条件下，求甲的速度v 0；
（3）甲仍以中的速度v 0向右运动，增大甲的质量，保持乙的质量不变，求乙在轨道上的首次落点到B 点的距离范围。

【来源】四川省资阳市高中（2018届)2015级高三课改实验班12月月考理综物理试题 【答案】（1）5m/s ；（2）5m/s ；（3323m 2
x '≤<。

【解析】 【分析】 【详解】
（1）对球乙从B 运动到D 的过程运用动能定理可得
22112222
D B mg R q
E R mv mv --=
-g g 乙恰能通过轨道的最高点D ，根据牛顿第二定律可得
2
D
v mg qE m
R
+=
联立并代入题给数据可得
B v =5m/s
（2）设向右为正方向，对两球发生弹性碰撞的过程运用动量守恒定律可得
00
B mv mv mv '=+ 根据机械能守恒可得
22200111222
B mv mv mv '=+
联立解得
0v '=，05v =m/s （3）设甲的质量为M ，碰撞后甲、乙的速度分别为M v 、m v ，根据动量守恒和机械能守恒定律有
0M m Mv Mv mv =+
2220111
222
M m Mv Mv mv =+ 联立得
2m Mv v M m
=
+ 分析可知：当M =m 时，v m 取最小值v 0；当M ≫m 时，v m 取最大值2v 0 可得B 球被撞后的速度范围为
002m v v v <<
设乙球过D 点的速度为D
v '，由动能定理得 2211
2222
D m mg R q
E R mv mv --=
'-g g 联立以上两个方程可得
/s</s D
v '> 设乙在水平轨道上的落点到B 点的距离为x '，则有
2
122
D x v t R gt ''==
， 所以可得首次落点到B 点的距离范围
2
x '≤<
8．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：Ⅰ、Ⅱ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Ⅰ区，射入时速度与水平和方向夹角30θ=︒
（1）当Ⅰ区宽度1L L =、磁感应强度大小10B B =时，粒子从Ⅰ区右边界射出时速度与水平方向夹角也为30︒，求B 0及粒子在Ⅰ区运动的时间t 0
（2）若Ⅱ区宽度21L L L ==磁感应强度大小210B B B ==，求粒子在Ⅰ区的最高点与Ⅱ区的最低点之间的高度差h
（3）若21L L L ==、10B B =，为使粒子能返回Ⅰ区，求B 2应满足的条件
（4）若12B B ≠，12L L ≠，且已保证了粒子能从Ⅱ区右边界射出．为使粒子从Ⅱ区右边界射出的方向与从Ⅰ区左边界射出的方向总相同，求B 1、B 2、L 1、、L 2、之间应满足的关系式．
【来源】2011年普通高等学校招生全国统一考试物理卷（山东) 【答案】（1）32l
m t qU π=
（2）2233h L ⎛⎫
=-
⎪⎝⎭
（3）232mU B L q >（或232mU
B L q
≥
）（4）1122B L B L =
【解析】
图1
（1）如图1所示，设粒子射入磁场Ⅰ区的速度为v ，在磁场Ⅰ区中做圆周运动的半径为
1R ，由动能定理和牛顿第二定律得
2
12
qU mv =
① 2
11
v qvB m R = ②
由几何知识得
12sin L R θ= ③
联立①②③，带入数据得
012mU
B L
q
=
④
设粒子在磁场Ⅰ区中做圆周运动的周期为T ，运动的时间为t
1
2R T v π= ⑤ 22t T θ
π
=
⑥ 联立②④⑤⑥式，带入数据得
32L
m
t qU
π=
⑦ （2）设粒子在磁场Ⅱ区做圆周运动的半径为2R ，有牛顿第二定律得
2
22
v qvB m R = ⑧
由几何知识得
()()121cos tan h R R L θθ=+-+ ⑨
联立②③⑧⑨式，带入数据得
2233h L ⎛⎫
=- ⎪⎝⎭
⑩
图2
（3）如图2所示，为时粒子能再次回到Ⅰ区，应满足
()21sin R L θ+<[或()21sin R L θ+≤] ⑾
联立①⑧⑾式，带入数据得
232mU B L q >
232mU
B L q
≥
） ⑿
图3
图4
（4）如图3（或图4）所示，设粒子射出磁场Ⅰ区时速度与水平方向得夹角为α，有几何知识得()11sin sin L R θα=+ ⒀ [或()11sin sin L R θα=-]
()22sin sin L R θα=+ ⒁
[或]()22sin sin L R θα=- 联立②⑧式得
1122B R B R = ⒂
联立⒀⒁⒂式得
1122B L B L = ⒃
【点睛】（1）加速电场中，由动能定理求出粒子获得的速度．画出轨迹，由几何知识求出半径，根据牛顿定律求出B 0．找出轨迹的圆心角，求出时间；（2）由几何知识求出高度
差；（3）当粒子在区域Ⅱ中轨迹恰好与右侧边界相切时，粒子恰能返回Ⅰ区，由几何知识求出半径，由牛顿定律求出B 2满足的条件；（4）由几何知识分析L 1、L 2与半径的关系，再牛顿定律研究关系式．
9．如图所示，真空中某竖直平面内有一长为2l 、宽为l 的矩形区域ABCD ，区域ABCD 内加有水平向左的匀强电场和垂直于该竖直面的匀强磁场。

一质量为m 、电荷量为+q 的带电微粒，从A 点正上方的O 点水平抛出，正好从AD 边的中点P 进入电磁场区域，并沿直线运动，从该区域边界上的某点Q 离开后经过空中的R 点(Q 、R 图中未画出)。

已知微粒从Q 点运动到R 点的过程中水平和竖直分位移大小相等，O 点与A 点的高度差3
8
h l = ，重力加速度为g ，求：
(1)微粒从O 点抛出时初速度v 0的大小； (2)电场强度E 和磁感应强度B 的大小； (3)微粒从O 点运动到R 点的时间t 。

【来源】四川省攀枝花市2019届高三第三次统一考试理综物理试题 【答案】(1)0233v gl =；(2)3mg E 4q =，32m g B q l
=；(3) 433l t g =【解析】 【详解】
（1）从O 到P ，带电微粒做平抛运动：
2
01h gt 2
=
00l=v t
所以02
v 3gl 3
=
（2）在P 点：y 01
v =gt 3gl 2
=
2
2p 0y 5
v =v v 3gl 6
+=
设P 点速度与竖直方向的夹角为θ，则
0y v 4tan θv 3
=
= 带电微粒进入电磁区域后做直线运动，受力如图，可知其所受合力为零，可知：
mg mg
tanθ
F Eq
==
p
mg mg
sinθ
f qv B
==
3mg
E
4q
=
m3g
B
2q l
=
（3）设微粒从P到Q所用时间为t1，
1
PD13l
t
v2g
==
设微粒从Q到R所用时间为t2，因水平和竖直分位移相等，得：
202
x v t
=
2
2y22
1
y v t gt
2
=+
由题意得：
22
x y
=
微粒从0点运动到R点的时间t为：
012
t t t t
=++
所以：
43l
t
3g
=
10．在平面直角坐标系xOy中，第Ⅱ、Ⅲ象限y轴到直线PQ范围内存在沿x轴正方向的匀强电场，电场强度大小500N/C
E=，第I、Ⅳ象限以()
0.4,0为圆心，半径为的圆形范围内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度0.5T
B=.大量质量为10
110kg
m-
=⨯，电荷量6
110C
q-
=⨯的带正电的粒子从PQ上任意位置由静止进入电
场．已知直线PQ 到y 轴的距离也等于R ．不计粒子重力，求：
（1）粒子进入磁场时的速度大小；
（2）若某个粒子出磁场时速度偏转了120o ，则该粒子进入电场时到y 轴的距离h 多大？ （3）粒子在磁场中运动的最长时间．
【来源】天津市耀华中学2019届高三高考二模物理试题 【答案】（1）2000m/s （2）0.2m （3）4210s π-⨯ 【解析】 【详解】
（1）粒子在电场中加速，则有：212
EqR mv = 解得：2000m/s v =
（2）在磁场中，有：2
v qvB m r
=
解得： 0.4m r R ==
即正好等于磁场半径，如图，轨迹圆半径与磁场圆半径正好组成一个菱形
由此可得sin300.2h R m =︒=
（3）无论粒子从何处进入磁场，（2）中菱形特点均成立，所有粒子均从同一位置射出磁场，故4max 210s 2T m t Bq
ππ-=
==⨯
11．实验中经常利用电磁场来改变带电粒子运动的轨迹．如图所示，氕（1
1
H）、氘
（2
1H）、氚（3
1
H）三种粒子同时沿直线在纸面内通过电场强度为E、磁感应强度为B的
复合场区域．进入时氕与氘、氘与氚的间距均为d，射出复合场后进入y轴与MN之间（其夹角为θ）垂直于纸面向外的匀强磁场区域Ⅰ，然后均垂直于边界MN射出．虚线
MN与PQ间为真空区域Ⅱ且PQ与MN平行．已知质子比荷为q
m
，不计重力．
（1）求粒子做直线运动时的速度大小v；
（2）求区域Ⅰ内磁场的磁感应强度B1；
（3）若虚线PQ右侧还存在一垂直于纸面的匀强磁场区域Ⅲ，经该磁场作用后三种粒子均能汇聚于MN上的一点，求该磁场的最小面积S和同时进入复合场的氕、氚运动到汇聚点的时间差Δt．
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【来源】江苏省苏州市2019届高三上学期期末阳光指标调研考试物理试题
【答案】(1) E
B
(2)
mE
qdB
(3)
(2)Bd
E
πθ
+
【解析】
【分析】
（1）粒子在电磁复合场中做直线运动是匀速直线运动，根据电场力与洛伦兹力平衡，可求粒子的速度大小；
（2）由粒子的轨迹与边界垂直，可求轨迹半径，由洛伦兹力提供向心力，可求磁感应强度的大小；
（3）由氚粒子圆周运动直径可求磁场的最小面积．根据氕、氚得运动周期，结合几何关系，可求氕、氚到汇聚点的时间差．
【详解】
(1) 由电场力与洛伦兹力平衡，
Bqv＝Eq
解得v＝E/B.
(2) 由洛伦兹力提供向心力，
B1vq＝m
2 v r
由几何关系得r＝d
解得B1＝mE qdB
.
(3) 分析可得氚粒子圆周运动直径为3r
磁场最小面积S＝1
2
π
22
3
2
2
r r
⎡⎤
⎛⎫⎛⎫
-
⎢⎥
⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭
⎢⎥
⎣⎦
解得S＝πd2
由题意得B2＝2B1
由T＝
2r
v
π
得T＝
2m
qB
π
由轨迹可知Δt1＝(3T1－T1)
2
θ
π
，其中T1＝
1
2m
qB
π
Δt2＝
1
2
(3T2－T2)，其中T2＝
2
2m
qB
π
)
解得
12
(2)Bd
t t t
E
πθ
+
∆=∆∆=
＋
12．如图所示，在xoy平面的第二象限内有沿y轴负方向的匀强电场，电场强度的大小
E=102V/m，第一象限某区域内存在着一个边界为等边三角形的匀强磁场，磁场方向垂直xoy平面向外。

一比荷
q
m
=107C/kg的带正电粒子从x轴上的P点射入电场，速度大小
v0=2×104m/s，与x轴的夹角θ=60°。

该粒子经电场偏转后，由y轴上的Q点以垂直于y轴的方向进入磁场区域，经磁场偏转射出，后来恰好通过坐标原点O，且与x轴负方向的夹角α=60°，不计粒子重力。

求：
(1)OP的长度和OQ的长度；
(2)磁场的磁感应强度大小；
(3)等边三角形磁场区域的最小面积。

【来源】安徽蚌埠市2019届高三第二次教学质量检查考试理综（二模)物理试题 【答案】(1) 30.1510OP m OQ m ==， (2) B=0.02T (3)22331016
m -⨯ 【解析】 【详解】
解：(1)粒子在电场中沿x 轴正方向的分运动是匀速直线运动，沿y 轴正方向的分运动是匀变速直线运动
沿y 轴方向：qE ma =，0v sin θt a =
，，0
v sin θ
OQ t 2
= 沿x 轴正方向：0OP v cos θt =⋅ 联立解得：3
OP m OQ 0.15m ，=
= (2)粒子在磁场中作半径为r 的匀速圆周运动，其轨迹如图 根据几何关系由：r OQ r cos α
=+ 解得：r=0.05m
根据牛顿第二定律可得：()2
v cos θBqv cos θm r
=
解得：B=0.02T
(3)根据粒子运动轨迹和几何关系可知，以弦QD 为边长L 的△QRD 是磁场区域面积最小的等边三角形，如图，则L 3r =， 故最小面积：222min 133
S L sin60?10m 2-=
=
13．如图，离子源A 产生的初速度为零、带电量均为e 、质量不同的正离子被电压为U 0的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板HM 上的小孔S 离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN 进入磁感应强度为B 的匀强磁场．已知HO ＝d ，HS ＝2d ，MNQ ∠＝90°．（忽略粒子所受重力）
（1）求偏转电场场强E 0的大小以及HM 与MN 的夹角φ； （2）求质量为m 的离子在磁场中做圆周运动的半径；
（3）若质量为4m 的离子垂直打在NQ 的中点S 1处，质量为16m 的离子打在S 2处．求S 1和S 2之间的距离以及能打在NQ 上的正离子的质量范围． 【来源】2009高考重庆理综 【答案】（1）00U E d =；45°（2）0
22mU eB
（3）25x m m m << 【解析】 【分析】 【详解】
（1）正离子被电压为U 0的加速电场加速后速度设为V 1，设 对正离子，应用动能定理有eU 0＝
1
2
mV 12， 正离子垂直射入匀强偏转电场，作类平抛运动
受到电场力F ＝qE 0、产生的加速度为a ＝F
m
，即a ＝0qE m ，
垂直电场方向匀速运动，有2d ＝V 1t ， 沿场强方向：Y ＝
12
at 2
，
联立解得E 0＝0
U d
又tanφ＝
1
V at
，解得φ＝45°；
（2）正离子进入磁场时的速度大小为V 2
解得2V =正离子在匀强磁场中作匀速圆周运动，由洛仑兹力提供向心力，qV 2B ＝2
2mV R
，
解得离子在磁场中做圆周运动的半径R ＝；
（3）根据R ＝
质量为4m 的离子在磁场中的运动打在S 1，运动半径为R 1＝
质量为16m 的离子在磁场中的运动打在S 2，运动半径为R 2＝
又ON ＝R 2－R 1，
由几何关系可知S 1和S 2之间的距离ΔS R 1，
联立解得ΔS ＝ 由R′2＝(2 R 1)2+( R′－R 1)2解得R′＝5
2
R 1， 再根据
1
2R 1＜R ＜52
R 1， 解得m ＜m x ＜25m ．
14．如图所示，半径为r 的圆形匀强磁场区域Ⅰ与x 轴相切于坐标系的原点O ，磁感应强度为B 0，方向垂直于纸面向外．磁场区域Ⅰ右侧有一长方体加速管，加速管底面宽度为2r ，轴线与x 轴平行且过磁场区域Ⅰ的圆心，左侧的电势比右侧高．在加速管出口下侧距离2r 处放置一宽度为2r 的荧光屏．加速管右侧存在方向垂直于纸面向外磁感应强度也为B 0的匀强磁场区域Ⅱ．在O 点处有一个粒子源，能沿纸面向y >0的各个方向均匀地发射大量质量为m 、带电荷量为q 且速率相同的粒子，其中沿y 轴正方向射入磁场的粒子，恰能沿轴线进入长方形加速管并打在荧光屏的中心位置．（不计粒子重力及其相互作用）
（1）求粒子刚进入加速管时的速度大小v0；
（2）求加速电压U；
（3）若保持加速电压U不变，磁场Ⅱ的磁感应强度B=0.9 B0，求荧光屏上有粒子到达的范围？
【来源】江苏省扬州市高邮市2018－2019学年度第二学期高三年级阶段性物理调研试题【答案】（1）（2）（3）
【解析】
【分析】
由运动方向通过几何关系求得半径，进而由洛伦兹力作向心力求得速度；再由几何关系求得半径，由洛伦兹力作向心力联立两式求得粒子速度，应用动能定理求得加速电压；先通过几何关系求得粒子在加速管中的分布，然后由粒子运动的半径及几何关系求得可打在荧光屏上的粒子范围；
【详解】
解：(1)磁场区域Ⅰ内粒子运动轨道半径为：
(2)粒子在磁场区域Ⅱ的轨道半径为:
又
由动能定理得：
解得：
(3)粒子经磁场区域Ⅰ后，其速度方向均与x轴平行；经证明可知： OO1CO2是菱形，所以CO2和y轴平行，v和x轴平行
磁场Ⅱ的磁感应强度B2减小10%，即，
荧光屏上方没有粒子到达的长度为:
即荧光屏上有粒子到达的范围是：距上端处到下端，总长度
15．如图所示，x轴正方向有以(0，0.10m)为圆心、半径为r=0.10m的圆形磁场区域，磁感应强度B=2.0×10-3T，方向垂直纸面向里。

PQ为足够大的荧光屏，在MN和PQ之间有方向竖直向下、宽度为2r的匀强电场(MN与磁场的右边界相切)。

粒子源中有带正电的粒子不断地由静止电压U=800V的加速电场加速。

粒子经加速后，沿x轴正方向从坐标原点O射入磁场区域，再经电场作用恰好能垂直打在荧光屏PQ上，粒子重力不计。

粒子的比荷为
q m =1.0×1010C/kg，
2
2tan
tan2
1tan
θ
θ
θ
=
-。

求：
(1)粒子离开磁场时速度方向与x轴正方向夹角的正切值。

(2)匀强电场的电场强度E的大小。

(3)将粒子源和加速电场整体向下平移一段距离d(d<r)，粒子沿平行于x轴方向进入磁场且在磁场中运动时间最长。

求粒子在匀强磁场和匀强电场中运动的总时间(计算时π取3)。

【来源】【市级联考】辽宁省大连市2019届高三双基础检测物理试题
【答案】（1）
4
tan
3
θ=（2）3
3.8410/
E N C
=⨯（3）7
1.510s
-
⨯
【解析】【详解】。