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2018高考物理全国II卷25题

2018-07-07 21:52阅读:
一足够长的条状区域内存在匀强电场和匀强磁场,其在xoy平面内的截面如图所示:中间是磁场区域,其边界与y轴垂直,宽度为l,磁感应强度的大小为B,方向垂直于xoy平面;磁场的上、下两侧为电场区域,宽度均为l,电场强度的大小均为E,方向均沿x轴正方向;MN为条形区域边界上的两点,它们的连线与y轴平行。一带正电的粒子以某一速度从M点沿y轴正方向射入电场,经过一段时间后恰好以从M点入射的速度从N点沿y轴正方向射出。不计重力。
1)定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹;
2)求该粒子从M点射入时速度的大小;
3)若该粒子进入磁场时的速度方向恰好与x
轴正方向的夹角为π/6,求该粒子的比荷及其从M点运动到N点的时间。
2018高考物理全国II卷25题

【答案】(1)轨迹图如图所示:
2018高考物理全国II卷25题

2v0=2El/Bl 3q/m=4 2018高考物理全国II卷25题El/B2l2; t=Bl(1+ 2018高考物理全国II卷25题πl/18l)/E
【解析】试题分析:(1)粒子在电场中做类平抛,然后进入磁场做圆周运动,再次进入电场做类平抛运动,结合相应的计算即可画出轨迹图。
2)在电场中要分两个方向处理问题,一个方向做匀速运动,一个方向做匀加速运动。
3)在磁场中的运动关键是找到圆心,求出半径,结合向心力公式求解。
1)粒子运动的轨迹如图(a)所示。(粒子在电场中的轨迹为抛物线,在磁场中为圆弧,上下对称)
2018高考物理全国II卷25题

2)粒子从电场下边界入射后在电场中做类平抛运动。设粒子从M点射入时速度的大小为v0,在下侧电场中运动的时间为t,加速度的大小为a;粒子进入磁场的速度大小为v,方向与电场方向的夹角为θ(见图(b)),速度沿电场方向的分量为v1,根据牛顿第二定律有
2018高考物理全国II卷25题

qE=ma
式中qm分别为粒子的电荷量和质量,由运动学公式有
v1=at
l=v0t
v1=vcosθ
粒子在磁场中做匀速圆周运动,设其运动轨道半径为R,由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得
qvB=mv2/R
由几何关系得
联立式得
v0=2El/Bl
3)由运动学公式和题给数据得
v1=v0cot(π/6)
联立式得
q/m=4 2018高考物理全国II卷25题El/B2l2
设粒子由M点运动到N点所用的时间为t′,则
t=2t+2(π/2-π/6)T/2π
式中T是粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,
T=2πm/qB
式得
t=Bl(1+ 2018高考物理全国II卷25题πl/18l)/E
故本题答案是:(1)轨迹图如图所示:
2018高考物理全国II卷25题

2v0=2El/Bl 3q/m=4 2018高考物理全国II卷25题El/B2l2 ; t=Bl(1+ 2018高考物理全国II卷25题πl/18l)/E

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