在豎直平面內(nèi)建立一平面直角坐標(biāo)系xoy，x軸沿水平方向，如圖甲所示．第二象限內(nèi)有一水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E1．坐標(biāo)系的第一、四象限內(nèi)有一正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)交變磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向上，場(chǎng)強(qiáng)E2=
E1
2
，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面．處在第三象限的某種發(fā)射裝置（圖中沒(méi)有畫(huà)出）豎直向上射出一個(gè)比荷
q
m
=102C/kg的帶正電的微粒（可視為質(zhì)點(diǎn)），該微粒以v0=4m/s的速度從-x上的A點(diǎn)進(jìn)入第二象限，并以v1=8m/s速度從+y上的C點(diǎn)沿水平方向進(jìn)入第一象限．取微粒剛進(jìn)入第一象限的時(shí)刻為0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙所示規(guī)律變化（以垂直紙面向外的磁場(chǎng)方向?yàn)檎较颍琯=10m/s2．試求：
（1）帶電微粒運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的縱坐標(biāo)值h及電場(chǎng)強(qiáng)度E1；
（2）+x軸上有一點(diǎn)D，OD=OC，若帶電微粒在通過(guò)C點(diǎn)后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不再越過(guò)y軸，要使其恰能沿x軸正方向通過(guò)D點(diǎn)，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B0及其磁場(chǎng)的變化周期T0為多少？
（3）要使帶電微粒通過(guò)C點(diǎn)后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不再越過(guò)y軸，求交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和變化周期T0的乘積B0 T0應(yīng)滿足的關(guān)系？
分析：（1）將粒子在第二象限內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分解為水平方向和豎直方向，得出兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓第二定律求出帶電微粒運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的縱坐標(biāo)值h及電場(chǎng)強(qiáng)度E1；
（2）若帶電微粒在通過(guò)C點(diǎn)后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不再越過(guò)y軸，要使其恰能沿x軸正方向通過(guò)D點(diǎn)，作出粒子的運(yùn)動(dòng)的軌跡圖，根據(jù)洛倫茲力提供向心力，得出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑大小，結(jié)合幾何關(guān)系，求出磁感應(yīng)度的通項(xiàng)表達(dá)式，再根據(jù)周期的關(guān)系求出磁場(chǎng)的變化周期T0的通項(xiàng)表達(dá)式．
（3）當(dāng)交變磁場(chǎng)周期取最大值而粒子不再越過(guò)y軸時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系求出圓心角的大小，從而求出T0的范圍，以及B0 T0應(yīng)滿足的關(guān)系．
解答：解：（1）將粒子在第二象限內(nèi)的運(yùn)動(dòng)分解為水平方向和豎直方向，在豎直方向上做豎直上拋運(yùn)動(dòng)，在水平方向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．
t=
v0
g
=0.4s．
h=
v0
2
t=0.8m．
ax=
v1
t
=2g，
則qE1=2mg，解得E1=0.2N/C．
（2）qE2=mg，所以帶電的粒子在第一象限將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)粒子運(yùn)動(dòng)圓軌道半徑為R，周期為T(mén)，則qv1B0=m
v12
R
可得R=
0.08
B0
．
使粒子從C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)，則有：h=(2n)R=(2n)
0.08
B0
．
解得：B0=0.2n（T）（n=1，2，3…）．
T=
2πm
qB0
．
T0
2
=
T
4
，
T0=
T
2
=
πm
qB0
=
π
20n
(s)  (n=1，2，3…)．
（3）當(dāng)交變磁場(chǎng)周期取最大值而粒子不再越過(guò)y軸時(shí)可作如圖運(yùn)動(dòng)情形：
由圖可知θ=
5π
6

T0≤
5
6
T=
5π
300B0
．
B0T0≤
π
60
(kg/C)．
答：（1）帶電微粒運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的縱坐標(biāo)值h為0.8m．電場(chǎng)強(qiáng)度E1為0.2N/C．
（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B0為B0=0.2n（T）（n=1，2，3…）．磁場(chǎng)的變化周期T0為T0=
T
2
=
πm
qB0
=
π
20n
(s)  (n=1，2，3…)．
（3）交變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0和變化周期T0的乘積B0 T0應(yīng)滿足B0T0≤
π
60
(kg/C)．
點(diǎn)評(píng)：本題中質(zhì)點(diǎn)在復(fù)合場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，分析受力情況，確定質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況是解題的基礎(chǔ)．結(jié)合粒子運(yùn)動(dòng)的周期性以及臨界狀態(tài)，運(yùn)用數(shù)學(xué)幾何知識(shí)綜合求解．
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

精英家教網(wǎng)如圖所示，水平放置的兩平行金屬板間存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，方向與紙面垂直，電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=2.0×105V/m，方向豎直向下，PQ為板間中線．緊靠平行板右側(cè)邊緣建立平面直角坐標(biāo)系xOy，在第一象限內(nèi)，存在著以AO為理想邊界的兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，方向如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2=B3=0.6T，AO和y軸間的夾角θ=30°．一束帶負(fù)電的粒子，質(zhì)量不同，帶電量q=2.5×10-8C，以v=5×105m/s的水平速度從P點(diǎn)射入板間，沿PQ做直線運(yùn)動(dòng)，穿出平行板區(qū)域后從y軸上坐標(biāo)為（0，0.3m）的Q點(diǎn)垂直于y軸射入磁場(chǎng)區(qū)域．（粒子的重力不計(jì)）
（1）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小和方向；
（2）若粒子不能穿過(guò)AO邊界，試確定其質(zhì)量m應(yīng)滿足的條件；
（3）若m=9.0×10-15kg，試畫(huà)出粒子從Q點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域開(kāi)始，至第3次經(jīng)過(guò)AO邊界時(shí)的軌跡圖；
（4）由（3）所給條件，求粒子從Q點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域開(kāi)始至第n次通過(guò)AO邊界時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離和該過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間．（結(jié)果可保留π）

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科目：高中物理 來(lái)源：2015屆廣東省高一下學(xué)期期中理綜物理試卷（解析版） 題型：實(shí)驗(yàn)題

（18分）（1）(4分)在如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)中，A、B兩球同時(shí)落地，說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上___________。 某同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖乙的實(shí)驗(yàn)：將兩個(gè)相同的軌道固定在同一豎直平面內(nèi)，最下端水平，其中軌道2與光滑水平軌道平滑相接.現(xiàn)把兩個(gè)質(zhì)量相等的小鋼球，從傾斜軌道的相同位置由靜止同時(shí)釋放，則他將觀察到的現(xiàn)象是：在水平軌道上球1擊中球2，這說(shuō)明平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上____             _。

（2）(10分)若用圖3所示的平拋儀來(lái)做研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)所需器材包括：附帶金屬小球的斜槽，木板及豎直固定支架，白紙，圖釘，          ，三角板，重錘，鉛筆等。

實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)要步驟如下：

 

A．讓小球多次從＿＿＿位置上由靜止?jié)L下，記下小球運(yùn)動(dòng)的一系列位置．

B．安裝好器材，注意＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，記下軌道末端O點(diǎn)和過(guò)O點(diǎn)的豎直線．

C．測(cè)出曲線上某點(diǎn)的坐標(biāo)x、y，用v＝＿＿    ＿＿。算出該點(diǎn)的瞬時(shí)速度．

D．取下白紙，以O(shè)為原點(diǎn)，以豎直線為軸建立坐標(biāo)系，用平滑曲線畫(huà)平拋軌跡．

上述實(shí)驗(yàn)步驟的合理順序是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）(4分)在“研究平拋物體的運(yùn)動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)中，記錄了下圖所示的一段軌跡ABC.已知物體是由原點(diǎn)O水平拋出的，C點(diǎn)的坐標(biāo)為（60，45），則平拋物體的初速度為v0=___________m/s，物體經(jīng)過(guò)B點(diǎn)時(shí)下落的高度為hB=___________m.（取g=10 m/s2）

 

 

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科目：高中物理 來(lái)源：2012年山東省濟(jì)寧市高考物理模擬試卷（解析版） 題型：解答題

如圖所示，水平放置的兩平行金屬板間存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，方向與紙面垂直，電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=2.0×105V/m，方向豎直向下，PQ為板間中線．緊靠平行板右側(cè)邊緣建立平面直角坐標(biāo)系xOy，在第一象限內(nèi)，存在著以AO為理想邊界的兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，方向如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B2=B3=0.6T，AO和y軸間的夾角θ=30°．一束帶負(fù)電的粒子，質(zhì)量不同，帶電量q=2.5×10-8C，以v=5×105m/s的水平速度從P點(diǎn)射入板間，沿PQ做直線運(yùn)動(dòng)，穿出平行板區(qū)域后從y軸上坐標(biāo)為（0，0.3m）的Q點(diǎn)垂直于y軸射入磁場(chǎng)區(qū)域．（粒子的重力不計(jì)）
（1）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小和方向；
（2）若粒子不能穿過(guò)AO邊界，試確定其質(zhì)量m應(yīng)滿足的條件；
（3）若m=9.0×10-15kg，試畫(huà)出粒子從Q點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域開(kāi)始，至第3次經(jīng)過(guò)AO邊界時(shí)的軌跡圖；
（4）由（3）所給條件，求粒子從Q點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域開(kāi)始至第n次通過(guò)AO邊界時(shí)的位置到原點(diǎn)O的距離和該過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間．（結(jié)果可保留π）

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

如下圖所示，兩平行金屬板間存在相互平行的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感強(qiáng)度為B，方向都在豎直平面內(nèi)與金屬板相垂直.平行板右側(cè)有一熒光屏MN在豎直平面內(nèi)與金屬板相垂直.熒光屏MN中心為O，O'是電、磁場(chǎng)上邊緣的一點(diǎn)，連線OO'垂直熒光屏MN，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在熒光屏MN上建立一直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)為O，y軸向上，x軸垂直紙面向外，一束具有相同速度和荷質(zhì)比的帶電粒子，沿OO'方向由O射入此電、磁場(chǎng)中，最后打在熒光屏上，屏上亮點(diǎn)坐標(biāo)為.粒子所受重力不計(jì)，求帶電粒子的荷質(zhì)比.

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