1、2023年高考物理预测系列试题14粒子在电磁场中的运动B适用：全国各地区带电粒子在电磁场中的运动是中学物理中的重点内容，这类问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求，是考查考生多项能力的极好载体，因此历来是高考的热点。带电粒子在电磁场中的运动与现代科技密切相关，在近代物理实验中有重大意义，因此考题有可能以科学技术的具体问题为背景。当定性讨论这类问题时，试题常以选择题的形式出现，定量讨论时常以计算题的形式出现，计算题还常常成为试卷的压轴题。计算题预测与训练【预测题】在xoy平面内，第象限内的直线OM是电场与磁场的边界，OM与负x轴成45角。在x0且OM的
2、左侧空间存在着负x方向的匀强电场E，场强大小为0.32N/C，在y0且OM的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场B，磁感应强度大小为0.1T，如以下图。一不计重力的带负电微粒，从坐标原点O沿y轴负方向以v0=2103m/s的初速度进入磁场，微粒的带电量为q=510-18C，质量为m=110-24kg，求：1带电微粒第一次经过磁场边界的位置坐标；2带电微粒在磁场区域运动的总时间；3带电微粒最终离开电、磁场区域的位置坐标。【命题意图】考查带电粒子在复合场中的偏转问题。此类试题将电场、磁场知识融合在一起，综合考查牛顿运动定律、运动学公式、运动的合成与分解、左手定那么、磁场中的匀速圆周运动等考点，实现
3、了“借电考力的完美结合，是选拔优秀考生的极好载体。【解题思路】弄清带电粒子的运动过程，画出轨迹示意图是解题的关键和突破口。粒子在磁场中先偏转1/4圆弧，恰好水平向左进入电场，匀减速直线运动到速度为零后，再水平向右进入磁场，继续在磁场中偏转3/4圆弧后，竖直向上进入电场做类平抛运动，到达y轴后离开电场。轨迹如以下图。【解题过程】1带电微粒从O点射入磁场，运动轨迹如图。第一次经过磁场边界上的A点由，得m，A点位置坐标-410-3m，-410-3m。2设带电微粒在磁场中做圆周运动的周期为T那么t=tOA+tAC=，T= ，代入数据解得：T=1.25610-5s，t=1.25610-5s 3微粒从C点
4、沿y轴正方向进入电场，做类平抛运动，代入数据解得：m 。所以，y=-2r=0.2-2410-3m=0.192m。离开电、磁场时的位置坐标 0，0.192m。【易错点分析】粒子在磁场中的运动轨迹画错；弄错轨迹与直线0M以及坐标轴之间构成的几何关系，数值计算出现错误等。【点评】 带电粒子不计重力在复合场中的运动，常见情景是电场和磁场交替出现，粒子的运动过程一般包含电场中的类平抛运动和磁场中的匀速圆周运动。有时为了将两个场联系起来，也会涉及“速度选择器模型。处理此类问题的根本思路，就是“花开两朵，各表一枝，分别就两类运动运用物理学规律顺次求解。附【预测训练题】如图甲所示，水平地面上有一辆固定有竖直光
5、滑绝缘管的小车，管的底部有一质量m=0.2g、电荷量q =810-5C的小球，小球的直径比管的内径略小在管口所在水平面MN的下方存在着垂直纸面向里、磁感应强度B1= 15T的匀强磁场，MN面的上方还存在着竖直向上、场强E = 25V/m的匀强电场和垂直纸面向外、磁感应强度B2 =5T的匀强磁场现让小车始终保持v = 2m/s的速度匀速向右运动，以带电小球刚经过场的边界PQ为计时的起点，测得小球对管侧壁的弹力FN随高度h变化的关系如图乙所示g取10m/s2，不计空气阻力求：1小球刚进入磁场B1时加速度a的大小；2绝缘管的长度L；vMNB1EPQB2图甲hOFN/10-3NL2.4图乙3小球离开管后再次经过水平面MN时距管口的距离x解析:1以小球为研究对象，竖直方向小球受重力和恒定的洛伦兹力f1，故小球在管中竖直方向做匀加速直线运动，加速度设为a，那么2在小球运动到管口时，FN2.4103N，设v1为小球竖直分速度，由，那么由得1m3小球离开管口进入复合场，其中qE2103N，mg2103N故电场力与重力平衡，小球在复合场中做匀速圆周运动，合速度v与MN成45角，v=，故轨道半径为R，m小球离开管口开始计时，到再次经过MN所通过的水平距离对应时间s 小车运动距离为x2，所以小球此时离小车顶端的距离为