物理高中竞赛习题,by马玉林

电磁学习题By马玉林一、电场部分1、***一无限长均匀带电细线弯成如图所示的平面图形，其中AB是半圆弧，AA’和BB’是两平行直线，A’和B’向右端无限延伸。试示圆心O处的电场强度。2、***在惯性系S中有匀强电场E，其方向如图所示.在电场中与E平行的一条几何直线（图中画虚线）上，有两个静止的小球A和B，两小球的质量均为m，A球所带电量为Q（Q＞O），B球不带电，开始时两球相距为L.在电场的作用下，A球开始沿直线运动，并与B环发生弹性正碰撞，从而使B球参与运动.设在各次碰撞过程中，A球和B球之间并无电量的转移.设万有引力可略去不计.试证明，A球与B球相邻两资碰撞之间的时间间隔相同，并求出该时间间隔T.3、*****在-d≤X≤d的空间区域内，电荷体密度P＞0为常量，其他区域均为真空，若在X=2d处将质量为m、电量为q(q＜0)的带电质点自静止释放.试问经多长时间它能到达X=0位置.设带电质点只受电力，其余引力、阻力等均可忽略.36.两个相同的半径为R的球这样放置：它们中心相距a＜R（球相互贯穿）.两球价质均匀地带有等量异种电荷Q，如图12-48，质量为m、电量q＜0的小带电体可以沿贯穿两环的细丝自由滑动。起初小物体位于距两环无限远处且以速度U向它们靠近，小球停在哪里？已知小物体可经小孔在各球内穿行.4、***处于自然长度的均匀橡皮筋在伸长时服从胡克审律.橡皮筋介质均匀带电，其总电荷Q＞0，橡皮筋处于两电荷+q和-q的电场中，两电荷间距2L，如图12-51，橡皮筋的一端用力F1拉在两电荷正中间，要另一端拉在+q右边L距离处，应施加怎样的力F2？橡皮筋上电荷相互间作用力忽略.5、*****在半径为R的细圆环上分布着不能移动的正电荷，总电量为Q.1.如果某个点电荷Q1（≠0）可在环中指定直径AOB线段内作匀速直线运动.试确定圆环上电荷线密度入的分布.2.取X轴沿直径AOB，原点O在环中心.将第一问中的点电荷Q1放在与O点相距r1的X左半轴上某点.设电量Q1的绝对值为Q的V倍.能否在X左半轴上再放一个非零电量的点电荷Q2，使得这两个点电荷及圆环均可保持不动.设两点电荷都不与环撞触，设环的质量分布均匀.试求Q2及其位置.3.把上述两个点电荷Q1和Q2固定在第二问中确定的位置上，同时改变它们的电荷符号但保特电量大小不变.再使环（所带电量Q及分布均不变）沿X轴的正方向平移一小量8，然后静止地释放.试定量讨论环的运动.设环的质量为m.在求解本题时，只需考虑电荷间的库仑作用，其他相互作用均可略.提示：把所求的圆环上电荷分布与环面上均匀电荷分布相联系.6、***正点电荷q1和负点电荷q2固定在X轴上，分居于垂直X轴的光滑绝缘薄板的两侧.带正电的小球也处于X轴上且靠着板，如图11-61所示，起初，板处于负点电荷不远处，球处于平衡，板开始沿X轴缓慢平移扩大与负电荷的距离，当距离扩大到l/3时，小球从X轴“逃逸”.试判断比值q1/q2.物体对电场的影响忽略，重力也不计.7、*****如图，在半径为R、质量为m且均匀分布的细圆环上，均匀地分布着总电量为q的正电荷.在通过圆环电心O点且垂直于圆环平面的X轴上有两个固定的点电荷，它们分别在圆环的两侧，与环心的距离均为L，各带有电量为Q的正电荷，设圆环只能沿X轴平动.显然，在上述条件下，各带有电量为Q的正电荷.设圆环只能沿X轴平动.显然，在上述条件下，圆环处于平衡位置.1.试讨论该平衡位置的稳定性（即在什么性况下为稳定平衡位置，在什么情况下为不稳定平衡位置）.2.若该位置是稳定平衡位置.试求圆环在其附近作微小振动的周期.8、*****如图所示，两个固定的均匀带电球面A和B分别带电4Q和Q（Q＞0）.两球心之间的距离d远大于两球的半径，两球心的连线MN与两球面的相交处都开有足够小的孔，因小孔而损失的电量可以忽略不计.一带负电的质点静止地放置在A球左侧某处P点，且在MN直线上.设质点从p点释放后刚好能穿越三个小孔，并通B球球心.试求质点开始时所在的p点与A球球心的距离X应为多？9、***在平面上有一段长为L的均匀带电直线AB，在该平面取直角坐标QXY，原点O为AB中点，AB沿X轴，Y轴与X轴垂直.1.试证明，该平面上任一点P的电场强度方向沿＜APB的角平分线.2.试求该平面上的电场线方程.3.试求该平面上的等势线方程.10、****如电图1-28-1所示，在真空中有四个半径均为u的不带电的相同导体球，球心分别位于边长为r的正方形的四个顶点之上，r≥a，现让球1带Q的电荷（Q＞0），然后取一细金属丝，它的一端固定在球1上，另一端分别依次与球2、3、4接触，设每次接触的时间都足够长，使它们达到静电平衡后，再断开.设分布在细金属丝上的电荷可忽略不计.试求四小球最后所带电量Q1，Q2，Q3，Q4.11、****【题32】圆形导体薄板的半径为R，在其中轴线上与圆板中心O相距为a处有一个静止的点电荷Q.设a≤R，忽略连缘效应.1.导体板接地，试求导体板上的电荷分布.2.导体板不接地，带有电器Q0，试求导体板上的电荷分布.12、***13、****14、***15、*****16、****17、*****18、*****19、****20、***21、***22、***23、****24、****25、*****26、磁场部分1、**如图所示，两互相靠近且垂直的长直导线，分别通有电流强度和的电流，试确定磁场为零的区域。2、**如图所示，将均匀细导线做成的圆环上任意两点A和B与固定电源连接起来，计算由环上电流引起的环中心的磁感强度。3、***距地面h高处1水平放置距离为L的两条光滑金属导轨，跟导轨正交的水平方向的线路上依次有电动势为的电池，电容为C的电容器及质量为m的金属杆，如图，单刀双掷开关S先接触头1，再扳过接触头2，由于空间有竖直向下的强度为B的匀强磁场，使得金属杆水平向右飞出做平抛运动。测得其水平射程为s，问电容器最终的带电量是多少？1I2ISmCLBhs12图3-3-54、***图中，无限长竖直向上的导线中通有恒定电流，已知由产生磁场的公式是，k为恒量，r是场点到导线的距离。边长为2L的正方形线圈轴线与导线平行。某时刻线圈的ab边与导线相距2L。已知线圈中通有电流。求此时刻线圈所受的磁场力矩。5、***如图所示，在平面内，y＞O区域有匀强电场，方向沿-y方向，大小为E，y＜O区域有匀强磁场，方向垂直纸面向里，大小为B，一带电+q、质量为m的粒子从y轴上一点P由静止释放，要求粒子能经过x轴上Q点，Q坐标为(L，O)，试求粒子最初释放点P的坐标。6、***如图正交电磁场中，质量m、带电量+q粒子由一点P静止释放，分析它的运动。7、***0I0IrIkB00IOO0I0IIxoyxyPQ图3-4-8P1P2P3PQm图3-4-10yxzOQOB图3-4-12在如图所示的直角坐标系中，坐标原点O固定电量为Q的正点电荷，另有指向y轴正方向(竖直向上方向)，磁感应强度大小为B的匀强磁场，因而另一个质量为m、电量力为q的正点电荷微粒恰好能以y轴上的点为圆心作匀速圆周运动，其轨道平面(水平面)与平面平行，角速度为，试求圆心的坐标值。8、***如图3-4-14所示，被1000V的电势差加速的电子从电子枪发射出来，沿直线方向运动，要求电子击中在方向、距离枪口5cm的靶M，对以下两种情形求出所用的均匀磁场的磁感应强度B．（1）磁场垂直于由直线与点M所确定的平面。（2）磁场平行于TM。9、***一根边长为a、b、c(a＞＞b＞＞c)的矩形截面长棒，如图3-4-17所示，由半导体锑化铟制成，棒中有平行于a边的电流I通过，该棒放在垂直于c边向外的磁场B中，电流I所产生的磁场忽略不计。该电流的载流子为电子，在只有电场存在时，电子在半导体中的平均速度，其中为迁移率。（1）确定棒中所产生上述电流的总电场的大小和方向。（2）计算夹c边的两表面上相对两点之间的电势差。（3）如果电流和磁场都是交变的，且分别为，)，求(2)中电势差的直流分量的表达式。已知数据：电子迁移率，电子密度，I=1.0A，B=0.1T，b=1.0cm，c=1.0mm，e=1.6×10-19COxozOaaaEvtIIsin0tBBsin(0sVm/8.72322/105.2mnaMdT图3-4-14abcB图3-4-1710、***如图所示，空间有互相正交的匀强电场E和匀强磁场B，E沿+y方向，B沿+z方向，一个带正电+q、质量为m的粒子(设重力可以忽略)，从坐标圆点O开始无初速出发，求粒子坐标和时间的函数关系，以及粒子的运动轨迹。11、***讲磁流体发电机的示意图如图所示，横截面为矩形的管道长为，宽为，高为b，上、下两个侧面是绝缘体，相距为的前后两个侧面是电阻可以忽略不计的导体，此两导体侧面与一负载电阻R相连。整个管道放在一个匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向垂直于上、下侧面向上。现有电离气体(正、负带电粒子)持续稳定地流经管道，为了使问题简化，设横截面上各点流速相同。已知流速与电离气体所受摩擦阻力呈正比；且无论有无磁场时都维持管两端电离气体的压强差为ρ。设无磁场存在时电离气体的流速为，求有磁场存在时此磁流体发电机的电动势大小。已知电离气体的平均电阻率为ρ。12、****laa0vyxzOEB图3-4-18BLLRab图3-5-513、*****14、****15、****16、****17、****18、***19、****练习20、***21、****不讲22、*****23、24、*****练习25***26、****练习27、***28、***29、***30、***练习31、****电磁感应部分1、***如图所示，在水平桌面放着长方形线圈abcd，已知ab边长为，bc边长为，线圈总电阻为R，ab边正好指向正北方。现将线圈以南北连线为轴翻转180。，使ab边与cd边互换位置，在翻转的全过程中，测得通过导线的总电量为。然后维持ad边(东西方向)不动，将该线圈绕ad边转90。，使之竖直，测得正竖直过程中流过导线的总电量为。试求该处地磁场磁感强度B。2、***如图所示，AB是一根裸导线，单位长度的电阻为，一部分弯曲成半径为的圆圈，圆圈导线相交处导电接触良好。圆圈所在区域有与圆圈平面垂直的均匀磁场，磁感强度为B。导线一端B点固定，A端在沿BA方向的恒力F作用下向右缓慢移动，从而使圆圈缓慢缩小。设在圆圈缩小过程中始终保持圆的形状，设导体回路是柔软的，试求此圆圈从初始的半径到完全消失所需时间T。3、**如图所示,OC为一绝缘杆，C端固定一金属细杆MN，已知MC=CN，MN=OC=R，1l2l1Q2Q0R0r0rBAF图4-2-5∠MCO=60。，此结构整体可绕O点在纸面内沿顺时针方向以匀角速度转动，设磁感强度为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场存在，则M、N两点间的电势差UMN=？4、***一边长为l的正方形线圈(线圈的横截面积为S，电阻率为ρ)，以匀速v通过均匀磁成45。夹角，如图所示。磁场区域的宽为a，高为b。(1)若bl，a＞l，问线圈通过均匀磁场B后释放多少焦耳热？(2)如bl，a＜l，问线圈通过均匀磁场B后释放多少焦耳热？5、***如图所示，有一匀强磁场，磁感应强度，在垂直于磁场的平面内有一金属棒PQ绕平行于磁场的O轴作逆时针转动。已知棒长L=0.06m，O轴与P端相距l/3。棒的转速n是2.0r/s。1、求棒中的感应电动势。2、P、Q两端中哪一端的电势高？为什么？6、***有的问题中杆的运动方向、杆的轴线方向都和B不垂直，杆上各点的速度又不同，处理起来就比较复杂一些，请看下题。如图所示的直角坐标中，有一绝缘圆锥体，半锥角为θ,轴线沿z轴方向，TB3100.2顶点在原点处。有一条长为l的细金属丝OP固定在圆锥体的侧面上，与圆锥体的一条母线重合，空间存在着沿正x方向的匀强磁场B。试讨论当圆锥体如图所示方向做角速度为ω的匀角速转动时，OP上感生电动势的情况。7、***讲在如图所示的直角作标系中，有一