求12题完整解析
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(100分)如图所示,在直角坐标平面轴左侧(含轴)有一沿轴负向的匀强电场,一质量为,电量为的带正电粒子从轴上P处以速度沿轴正向进入电场,从轴上Q点离开电场时速度方向与轴负向夹角,Q点坐标为(0,-d),在轴右侧有一与坐标平面垂直的有界匀强磁场区域(图中未画出),磁场磁感应强度大小,粒子能从坐标原点O沿轴负向再进入电场。不计粒子重力,求:
(1)电场强度大小
(2)如果有界匀强磁场区域为半圆形,求磁场区域的最小面积;
(3)粒子从P点运动到O点的总时间。

答案
解:(1)设粒子从Q点离开电场时速度大小v,由粒子在匀强电场中做类平抛运动得:(5分)
由动能定理得 (11分)
解得 (5分)
(2)设粒子从M点进入、N点离开半圆形匀强磁场区域粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为,圆心为,如解答图所示
由洛伦兹力提供向心力,得
解得  (11分)
若半圆形磁场区域的面积最小,则半圆形磁场区域的圆心为
可得半径 (11分)
半圆形磁场区域的最小面积(11分)

(3)设粒子在匀强电场中运动时间为,粒子从Q点离开电场时沿y轴负向速度大小为,
有,
解得(11分)
设粒子在磁场中做匀速圆周运动时间为
有 
粒子在QM、NO间做匀速直线运动时间分别为 、 
由几何关系可得QM距离  得  (11分)
NO间距离,得 (11分)
粒子从P点运动到O点的总时间

视频讲解


5.6M
18:33
解析
问题求解:
(1)由粒子在匀强电场中做类平抛运动,求出,再利用能量守恒可得电场强度的大小。
(2)由洛伦兹力提供向心力可解得运动轨迹的半径,利用偏转的角度,可得到半圆形的半径,从而求出磁场区域的最小面积。
(3)粒子从P点运动到O点分为在匀强电场中类平抛运动、在磁场中做匀速圆周运动、直线运动。匀强电场中运动时间由y方向位移可求,在磁场中做匀速圆周运动通过偏转角度可求,匀速直线运动时间先由几何关系,确定运动的位移大小,最后可求得粒子从P点运动到O点的总时间。
题目来源:2012年重庆市高三考前模拟测试卷理综:物理
(1)电场强度大小
(2)如果有界匀强磁场区域为半圆形,求磁场区域的最小面积;
(3)粒子从P点运动到O点的总时间。

答案
解:(1)设粒子从Q点离开电场时速度大小v,由粒子在匀强电场中做类平抛运动得:(5分)
由动能定理得 (11分)
解得 (5分)
(2)设粒子从M点进入、N点离开半圆形匀强磁场区域粒子在磁场中做匀速圆周运动半径为,圆心为,如解答图所示
由洛伦兹力提供向心力,得
解得  (11分)
若半圆形磁场区域的面积最小,则半圆形磁场区域的圆心为
可得半径 (11分)
半圆形磁场区域的最小面积(11分)

(3)设粒子在匀强电场中运动时间为,粒子从Q点离开电场时沿y轴负向速度大小为,
有,
解得(11分)
设粒子在磁场中做匀速圆周运动时间为
有 
粒子在QM、NO间做匀速直线运动时间分别为 、 
由几何关系可得QM距离  得  (11分)
NO间距离,得 (11分)
粒子从P点运动到O点的总时间

视频讲解


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解析
问题求解:
(1)由粒子在匀强电场中做类平抛运动,求出,再利用能量守恒可得电场强度的大小。
(2)由洛伦兹力提供向心力可解得运动轨迹的半径,利用偏转的角度,可得到半圆形的半径,从而求出磁场区域的最小面积。
(3)粒子从P点运动到O点分为在匀强电场中类平抛运动、在磁场中做匀速圆周运动、直线运动。匀强电场中运动时间由y方向位移可求,在磁场中做匀速圆周运动通过偏转角度可求,匀速直线运动时间先由几何关系,确定运动的位移大小,最后可求得粒子从P点运动到O点的总时间。
题目来源:2012年重庆市高三考前模拟测试卷理综:物理
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