高考复习解答题之4电磁学

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11.如图所示,一足够长的矩形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场,在ad边中点O,方向垂直磁场向里射入速度方向跟ad边夹角θ=30°、大小为v0的带正电粒子,已知粒子质量为m,电量为q,ad边长为L,ab边足够长,粒子重力不计,求:①粒子能从ab边上射出磁场的速度v0的大小范围.②控制带电粒子的速度使其不从cd边射出,求粒子在磁场中运动的最长和最短时间.2.如图所示,abcd是长为2L、宽为L的长方形区域,该区域内存在垂直于纸面向里匀强磁场,磁感应强度的大小为B。在ab边中点M有一粒子源,该粒子源能不断地向区域内发出质量为m、电量大小为q的带负电的粒子,粒子速度的大小恒定,沿纸面指向各个方向,不计粒子重力。其中垂直于ab边入射的粒子恰能从ad边中点N射出磁场。求:(1)粒子入射的速度大小;(2)bc边有粒子射出的宽度。××××××××××××abcdθOv0NabcdM23.如图所示,在一底边长为2a,θ=30°的等腰三角形区域内(D在底边中点),有垂直纸面向外的匀强磁场.现有一质量为m,电量为q的带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从D点垂直于EF进入磁场,不计重力和与空气阻力的影响.(1)若粒子恰好垂直于EC边射出磁场,求磁场的磁感应强度B为多少?(2)改变磁感应强度的大小,粒子进入磁场偏转后能打到ED板,求粒子从进入磁场到第一次打到ED板的最长时间是多少?(3)改变磁感应强度的大小,可以再延长粒子在磁场中的运动时间,求粒子在磁场中运动的极限时间.(不计粒子与ED板碰撞的作用时间.设粒子与ED板碰撞前后,电量保持不变并以相同的速率反弹)4.如图所示,在xOy平面第Ⅲ象限内的直线OM是电场与磁场的分界线,OM与负x轴成45°角。在x0且OM的左侧空间存在着负x方向的匀强电场,场强大小E=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,磁感应强度大小B=0.1T。一个不计重力的带负电的微粒,从坐标原点D沿y轴负方向以v0=2×l03m/s的初速度进入磁场,最终离开电场、磁场区域。已知微粒的电荷量q=-5×l0-18C,质量,m=1×l0-24kg,求:(1)带电微粒第一次经过磁场边界的位置坐标;(2)带电微粒最终离开电、磁场区域的位置坐标;(3)带电微粒在电、磁场区域运动的总时间。35.如图所示,在xoy平面内,O点即为坐标原点,x0的区域存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B=0.4T;x0的区域存在沿x轴负方向的匀强电场。现有一质量为m=6.0×10-9kg,带电荷量为q=3.0×10-7C的负粒子从x轴正方向上的M点以速度v0=20m/s进入磁场,v0与x轴正方向的夹角θ=45°,M点与O点相距为l=2m。已知粒子再次通过x轴时速度方向恰好与x轴垂直。不计粒子重力。求:(1)粒子穿过y轴正半轴的位置以及穿过y轴正半轴时速度与y轴的夹角;(2)x0区域电场的场强;(3)试问粒子能否经过坐标原点O?若不能,请说明原因;若能,请求出粒子从M点运动到O点所经历的时间。6.如图所示,在矩形ABCD区域内,对角线BD以上的区域存在有平行于AD向下的匀强电场,对角线BD以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场(图中未标出),矩形AD边长为L,AB边长为2L。一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子(重力不计)以初速度v0从A点沿AB方向进入电场,在对角线BD的中点P处进入磁场,并从DC边上以垂直于DC边的速度离开磁场(图中未画出),求:(1)电场强度E的大小和带电粒子经过P点时速度v的大小和方向;(2)磁场的磁感应强度B的大小和方向。47.如图所示,在xoy平面内,直线MON与x轴成45°角。在MON左侧且x0的空间存在着沿负x轴方向的匀强电场,场强大小为E=10V/m;在MON的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场;在MON左侧且x0的空间既无磁场也无电场;一个重力影响可忽略不计的带负电的粒子,从坐标原点O以大小为V0=200m/s的速度沿y轴负方向进入匀强磁场。已知粒子的比荷为q/m=103C/kg,粒子从O点离开后,第二次经过y轴时从y轴上A点,恰好与y轴正方向成45°角射出电场,试求:(1)带电粒子第一次经过MON直线时速度的大小和方向(2)磁感应强度B的大小(3)A点的坐标.8.如图所示,空间内存在水平向右的匀强电场,在虚线MN的右侧有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场,一质量为m、带电荷量为+q的小颗粒自A点由静止开始运动,刚好沿直线运动至光滑绝缘的水平面C点,与水平面碰撞的瞬间小颗粒的竖直分速度立即减为零,而水平分速度不变,小颗粒运动至D处刚好离开水平面,然后沿图示曲线DP轨迹运动,AC与水平面夹角α=30°,重力加速度为g,求:(1)匀强电场的场强E;(2)AD之间的水平距离d;(3)已知小颗粒在轨迹DP上某处的最大速度为vm,该处轨迹的曲率半径是距水平面高度的k倍,则该处的高度为多大?59.为了使粒子经过一系列的运动后,又以原来的速率沿相反方向回到原位,可设计如下的一个电磁场区域(如图所示):水平线QC以下是水平向左的匀强电场,区域Ⅰ(梯形PQCD)内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B;区域Ⅱ(三角形APD)内的磁场方向与Ⅰ内相同,但是大小可以不同,区域Ⅲ(虚线PD之上、三角形APD以外)的磁场与Ⅱ内大小相等、方向相反。已知等边三角形AQC的边长为2l,P、D分别为AQ、AC的中点。带正电的粒子从Q点正下方、距离Q点为l的O点以某一速度射出,在电场力作用下从QC边中点N以速度v0垂直QC射入区域Ⅰ,再从P点垂直AQ射入区域Ⅲ,又经历一系列运动后返回O点。(粒子重力忽略不计)求:(1)该粒子的比荷;(2)粒子从O点出发再回到O点的整个运动过程所需时间。10.如图所示,矩形区域MNPQ内有水平向右的匀强电场;在的区域内还存在垂直于坐标平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。半径为R的光滑绝缘空心半圆细管ADO固定在竖直平面内,半圆管的一半处于电场中,圆心O1为MN的中点,直径AO垂直于水平虚线—质量为m、电荷量为q的带正电小球(可视为质点)从圆管的A点由静止滑入管内,从O点穿出后恰好通过O点正下方的C点。已知重力加速度为g,电场强度的大小。求:(1)小球到达O点前一时刻,圆管对它作用力的大小;(2)矩形区域MNPQ的髙度H和宽度L应满足的条件;(3)从O点开始计时,经过多长时间小球的动能最小?611.如图所示,两个同心圆是磁场的理想边界,内圆半径为R,外圆半径为3R,磁场方向垂直于纸面向里,内外圆之间环形区域磁感应强度为B,内圆的磁感应强度为B/3。t=0时一个质量为m,带-q电量的离子(不计重力),从内圆上的A点沿半径方向飞进环形磁场,刚好没有飞出磁场。(1)求离子速度大小(2)离子自A点射出后在两个磁场不断地飞进飞出,从t=0开始经多长时间第一次回到A点?(3)从t=0开始到离子第二次回到A点,离子在内圆磁场中运动的时间共为多少?(4)画出从t=0到第二次回到A点离子运动的轨迹。(小圆上的黑点为圆周的等分点,供画图时参考)12.如图所示,P、Q是相距为d的水平放置的两平行金属板,P、Q间有垂直于纸面向里、磁感应强度为B1的匀强磁场,MN是竖直放置的两平行金属板,用导线将P与M相连、Q与N相连,X是平行于M和N的竖直绝缘挡板,Y是平行于M和N的荧光屏,X、M、N、r的中间各有一个小孔,所有小孔在同一水平轴线上,荧光屏的右侧有垂直于纸面向外的匀强磁场,现有大量的正、负粒子(电荷量的大小均为q,质量均为m)不断地以相同的速度垂直于磁场水平向右射入金属板PQ之间,忽略电场的边缘效应,不计粒子的重力和粒子之间相互作用。(1)若在荧光屏Y上只有一个亮点,则粒子的初速度v0必须满足什么条件;(2)若粒子以初速度v射入B1磁场,且在荧光屏上出现两个亮点,则正、负两种粒子形成的亮点到荧光屏上小孔的距离之比是多少?BB/3A713.如图所示,直角坐标系xoy位于竖直平面内,在的区域内有磁感应强度大小、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场,其左边界与x轴交于P点;在x0的区域内有电场强度大小E=4N/C、方向沿y轴正方向的有界匀强电场,其宽度d=2m。一质量、电荷量的带电粒子从P点以速度,沿与x轴正方向成角射入磁场,并沿垂直y轴的方向射出磁场,经电场偏转最终通过x轴上的Q点(图中未标出),不计粒子重力。求:⑴带电粒子在磁场中运动的半径和时间:⑵当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标;⑶若只改变上述电场强度的大小,要求带电粒子仍能通过Q点,讨论此电场左边界的横坐标X’与电场强度的大小E'的函数关系。14.如图所示,电离室中存在大量密度相同、大小不同的球状纳米粒子,它们在电离室电离后均带正电,且所带电量与其表面积成正比。电离后的纳米粒子缓慢地通过小孔O1进入板间电压为U的电场加速后,又从小孔O2沿水平方向射入右方匀强磁场区域。已知匀强磁场区域I和Ⅱ的水平宽度均为d,竖直方向足够长,磁感应强度大小均为B,方向分别垂直纸面向里和向外。设这些纳米粒子的最小半径为r0,其他粒子半径均为r0的整数倍,且半径最小的纳米粒子质量为m0、带电量为q0。不计纳米粒子的重力。求:(1)半径为r0和2r0的纳米粒子经电场加速后速度之比;(2)要使所有的纳米粒子均能穿过磁场区域,确定加速电压U应满足何条件;(3)若加速电压取U0时,半径为r0的粒子恰好不能穿过磁场区域。求出这种情况下,半径为2r0的纳米粒子先后穿过磁场区域I和Ⅱ经历的总时间t。815.如图所示,一对平行放置的金属板M、N的中心各有一小孔P、Q,PQ连线垂直金属板;N板右侧的圆形区域A内分布有方向垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,圆半径为r,且圆心O在PQ的延长线上,两平行金属板与匝数为n,边长为a的正方形线圈相连,现有垂直于线圈平面均匀增大的磁场,磁感应强度变化率为ktB,一质量为m、电量为q的带负电粒子(重力不计),初速度为零,从P点进入两板间,求:(1)两平行板之间的电势差(2)粒子从Q点射出时的速度(3)带电粒子通过该圆形磁场的偏转角θ16.如图所示K与虚线MN之间是加速电场。虚线MN与PQ之间是匀强电场,虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场,且MN、PQ与荧光屏三者互相平行。电场和磁场的方向如图所示。图中A点与O点的连线垂直于荧光屏。一带正电的粒子由静止被加速从A点离开加速电场,速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场,在离开偏转电场后进入匀强磁场,最后恰好垂直地打在图中的荧光屏上。已知电场和磁场区域在竖直方向足够长,加速电场电压与偏转电场的场强关系为U=Ed/2,式中的d是偏转电场的宽度且为已知量,磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度v0关系符合表达式v0=E/B,如图所示,试求:(1)画出带电粒子的运动轨迹示意图,(2)磁场的宽度L为多少?(3)改变磁场的磁感应强度的大小,则荧光屏是出现的亮线长度是多少?KAMNPQOBEdLUv0MNPQOA××××××××××××B/917.如图甲所示,平行金属板A和B间的距离为d,现在A、B板上加上如图乙所示的方波电压,t=0时A板比B板的电势高。电压的正向值为U0,反向值也为U0,现有由质量为m电量为+q的粒子组成的粒子束,从AB的中点O以平行于金属板中轴OO'线的速度v0=mdTqU30不断射入,所有粒子在AB间的飞行时间均为T,不计重力影响。试求:(1)粒子射出电场时位置离中轴线OO'的距离范围(2)粒子射出电场时的速度(3)若要使射出电场的粒子经某一垂直纸面的圆形区域匀强磁场偏转后,都能通过圆形磁场边界的一个点处,而便于再收集,则磁场区域的最小半径和相应的磁感强度是多大?甲乙1018.电子激光器是利用高速电子束射入方向交替变化的磁场,使电子在磁场中摆动着前进而产生激光的一种装置。在磁场中建立与磁场方向垂直的平面坐标系xoy,如图甲所示。方向交替变化的磁场随x坐标变化的图线如图乙所示,每个磁场区域的宽度均为L=0

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