高中物理复合场问题归纳

1高中物理复合场问题分类总结高中物理复合场问题综合性强，覆盖的考点多（如牛顿定律、动能定理、能量守恒和圆周运动），是理综试题中的热点、难点。复合场一般包括重力场、电场、磁场，该专题所说的复合场指的是磁场与电场、磁场与重力场、电场与重力场，或者是三场合一。所以在解题时首先要弄清题目是一个怎样的复合场。一、无约束1、匀速直线运动如速度选择器。一般是电场力与洛伦兹力平衡。分析方法：先受力分析，根据平衡条件列方程求解1、设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场．已知电场强度和磁感强度的方向是相同的，电场强度的大小E=4.0V/m，磁感强度的大小B=0.15T．今有一个带负电的质点以20m/s的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电量q与质量之比q/m以及磁场的所有可能方向．解析：由题意知重力、电场力和洛仑兹力的合力为零，则有22)()(EqBqmg=q222EB，则222EBgmq，代入数据得，mq/1.96C/㎏，又EB/tan0.75，可见磁场是沿着与重力方向夹角为75.0arctan，且斜向下方的一切方向2、（海淀区高三年级第一学期期末练习）15.如图28所示，水平放置的两块带电金属板a、b平行正对。极板长度为l，板间距也为l，板间存在着方向竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里磁感强度为B的匀强磁场。假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域。一质量为m的带电荷量为q的粒子（不计重力及空气阻力），以水平速度v0从两极板的左端中间射入场区，恰好做匀速直线运动。求：（1）金属板a、b间电压U的大小；（2）若仅将匀强磁场的磁感应强度变为原来的2倍，粒子将击中上极板，求粒子运动到达上极板时的动能大小；（3）若撤去电场，粒子能飞出场区，求m、v0、q、B、l满足的关系；（4）若满足（3）中条件，粒子在场区运动的最长时间。解析：（1）U=lv0B；（2）EK=21mv0221qBlv0；（3）mqBlv40或mqBlv450;（4）qBm3、两块板长为L=1.4m，间距d=0.3m水平放置的平行板，板间加有垂直于纸面向里，B=1.25T的匀强磁场，如图所示，在两极板间加上如图所示电压，当t=0时，有一质量m=210-15Kg，电量q=110-10C带正电荷的粒子，以速度Vo=4×103m/s从两极正中央沿与板面平行的方向射入，不计重力的影响，（1）画出粒子在板间的运动轨迹（2）求在两极板间运动的时间v0E图28Bbaqll2答案：(1)见下图（2）两板间运动时间为t=6.510-4s解析：本题主要考查带电粒子在电磁复合场中的匀速圆周运动和匀速直线运动。第一个10-4s有电场，洛伦兹力F=qE=510-7N（方向向下），f=qvB=510-7N(方向向上)，粒子作匀速直线运动，位移为x=vot=0.4m；第二个10-4s无电场时，做匀速圆周运动，其周期为T=qBm2=110-4s,半径为R=qBmv=6.410-2m2d不会碰到板，粒子可以转一周可知以后重复上述运动粒子可在磁场里作三个完整的圆周运动，其轨迹如图（2）直线运动知xL=4.04.1=3.5由图像可得，粒子转了3周，所以在两板间运动时间T’=3.5t+3T=6.510-4sBU+-VO(a)t/10-4sU/103V543210.5O1.51.0(b)votvot21votvot图10-534、如图3-4-2所示的正交电磁场区，有两个质量相同、带同种电荷的带电粒子，电量分别为qa、、qb，它们沿水平方向以相同速率相对着直线穿过电磁场区，则()A．它们若带负电，则qa、qbB．它们若带负电，则qa、qbC．它们若带正电，则qa、qbD．它们若带正电，则qa、qb5、如图3-4-8所示，在xoy竖直平面内，有沿+x方向的匀强电场和垂直xoy平面指向纸内的匀强磁场，匀强电场的场强E=12N/C，匀强磁场的磁感应强度B=2T．一质量m=4×10-5㎏、电量q=2.5×10-5C的带电微粒，在xoy平面内作匀速直线运动，当它过原点O时，匀强磁场撤去，经一段时间到达x轴上P点，求：P点到原点O的距离和微粒由O到P的运动时间．6、如图3-4-9所示，矩形管长为L，宽为d，高为h，上下两平面是绝缘体，相距为d的两个侧面为导体，并用粗导线MN相连，令电阻率为ρ的水银充满管口，源源不断地流过该矩形管．若水银在管中流动的速度与加在管两端的压强差成正比，且当管的两端的压强差为p时，水银的流速为v0．今在矩形管所在的区域加一与管子的上下平面垂直的匀强磁场，磁感应强度为B（图中未画出）．稳定后，试求水银在管子中的流速．7、如图3-4-10所示，两水平放置的金属板间存在一竖直方向的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一质量为4m带电量为-2q的微粒b正好悬浮在板间正中央O点处，另一质量为m的带电量为q的微粒a，从P点以一水平速度v0(v0未知)进入两板间正好做匀速直线运动，中途与B相碰．(1)碰撞后a和b分开，分开后b具有大小为0.3v0的水平向右的速度，且电量为-q/2．分开后瞬间a和b的加速度为多大？分开后a的速度大小如何变化？假如O点左侧空间足够大，则分开后a微粒运动轨迹的最高点和O点的高度差为多少？（分开后两微粒间的相互作用的库仑力不计）(2)若碰撞后a、b两微粒结为一体，最后以速度0.4v0从H穿出，求H点与O点的高度差．8、在平行金属板间，有如图1-3-31所示的相互正交的匀强电场的匀强磁场．α粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过．供下列各小题选择的答案有：ab图3-4-2OBEPyxdhNMLbaPOHv0图1-3-321-3-32图1-3-314OA．不偏转B．向上偏转C．向下偏转D．向纸内或纸外偏转⑴若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，将(A)⑵若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，将(A)⑶若质子以大于的v0速度，沿垂直于匀强电场和匀强磁场的方向从两板正中央射入，将(B)⑷若增大匀强磁场的磁感应强度，其它条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板正中央射入时，将(C)9、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）．为了简化，假设流量计是如图1-3-37所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c．流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电阻的两端连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为，不计电流表的内阻，则可求得流量为(A)A．)(acbRBIB．)(cbaRBIC．)(bacRBID．)(abcRBI2、匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力平衡时，带电粒子可以在洛伦兹力的作用下，在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动。无约束的圆周运动必为匀速圆周运动。分析方法：先受力分析，一般是洛伦兹力提供向心力，然后根据牛顿定律和匀速圆周运动知识，以及其他力平衡条件列方程求解。1、一带电液滴在如图3-13所示的正交的匀强电场和匀强磁场中运动．已知电场强度为E，竖直向下；磁感强度为B，垂直纸面向内．此液滴在垂直于磁场的竖直平面内做匀速圆周运动，轨道半径为R．问：（1）液滴运动速率多大？方向如何？（2）若液滴运动到最低点A时分裂成两个液滴，其中一个在原运行方向上作匀速圆周运动，半径变为3R，圆周最低点也是A，则另一液滴将如何运动？解析：（1）Eq=mg，知液滴带负电，q=mg/E，RmBq2，EBRgmBqR．（2）设半径为3R的速率为v1，则RmqB32/2211，知3331EBgRmBqR，由动量守恒，212121mmm，得v2=—v．则其半径为RBqmBqmr2222/．2、如图1-3-33，在正交的匀强电磁场中有质量、电量都相同的两滴油．A静止，B做半径为R的匀速圆周运动．若B与A相碰并结合在一起，则它们将(B)A．以B原速率的一半做匀速直线运动B．以R/2为半径做匀速圆周运动C．R为半径做匀速圆周运动BAR图1-3-34E图1-3-33图1-3-375D．做周期为B原周期的一半的匀速圆周运动3、在真空中同时存在着竖直向下的匀强电场和水平方向的匀强磁场，如图1-3-39所示，有甲、乙两个均带负电的油滴，电量分别为q1和q2，甲原来静止在磁场中的A点，乙在过A点的竖直平面内做半径为r的匀速圆周运动．如果乙在运动过程中与甲碰撞后结合成一体，仍做匀速圆周运动，轨迹如图所示，则碰撞后做匀速圆周运动的半径是多大？原来乙做圆周运动的轨迹是哪一段？假设甲、乙两油滴相互作用的电场力很小，可忽略不计．Bqqvmmr)()(2121；4、如图1-3-41所示的空间，匀强电场的方向竖直向下，场强为E1，匀强磁场的方向水平向外，磁感应强度为B．有两个带电小球A和B都能在垂直于磁场方向的同一竖直平面内做匀速圆周运动（两小球间的库仑力可忽略），运动轨迹如图。已知两个带电小球A和B的质量关系为mA=3mB，轨道半径为RA=3RB=9cm．(1)试说明小球A和B带什么电，它们所带的电荷量之比qA:qA等于多少?(2)指出小球A和B的绕行方向？(3)设带电小球A和B在图示位置P处相碰撞，且碰撞后原先在小圆轨道上运动的带电小球B恰好能沿大圆轨道运动，求带电小球A碰撞后所做圆周运动的轨道半径（设碰撞时两个带电小球间电荷量不转移）。答案：都带负电荷，13qqBA；都相同；cmRA75、如图1-3-52甲所示，空间存在着彼此垂直周期性变化的匀强电场和匀强磁场，磁场和电场随时间变化分别如图中乙、丙所示(电场方向竖直向上为正，磁场方向垂直纸面水平向里为正)，某时刻有一带电液滴从A点以初速v开始向右运动，图甲中虚线是液滴的运动轨迹(直线和半圆相切于A、B、C、D四点，图中E0和B0都属未知)(1)此液滴带正电还是带负电?可能是什么时刻从A点开始运动的?(2)求液滴的运动速度和BC之间的距离．解：（1）微粒应带正电，并在0.1()ts的时刻开始运动，这样，在AB的运动阶段，只要满足00qvBqEmg，微粒即可做匀速直线运动，历时0.1()s至B。到B点，电场反向。在BC的运动阶段，要使微粒做圆周运动，必须0qEmg，洛伦兹力0qvB提供向心力，周期0.2()Ts。到CABMBNBEBD图1-3-39RARBEBP图1-3-41图1-3-526点，电场、磁场同时反向。在CD的运动阶段，00qvBqEmg仍成立，微粒做匀速直线运动，历时0.1()s至D。到D点，电场、磁场同时反向。在DA的运动阶段，因0qEmg，洛伦兹力0qvB提供向心力，运动0.1()s至A。到A，电场反向。此后，微粒周期性重复上述运动。因此，如果微粒在0.5()ts的时刻开始运动，也能实现题设运动，考虑到所有情况，微粒从A点开始运动的时刻应为答案中所给出的通式。（2）0000,2qvBqEmgqEmgmvqBg020.2()mTsqB2/vms0mvrqB20.4BCrm答案：（1）、带正电，可能是sn10)34(（n=1，2，3，…）（2）2m/s,0.4m6、（18分）如图所示，半径R=0.8m的四分之一光滑圆弧轨道位于竖直平面内，与长CD=2.0m的绝缘水平面平滑连接，水平面右侧空间存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度E=40N/C，方向竖直向上，磁场的磁感应强度B=1.0T，方向垂直纸面向外。两个质量无为m=2.0×10-6kg的小球a和b，a球不带电，b球带q=1.0×10-6C的正电并静止