高考物理磁场docWord格式.docx
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径迹为互相衔接的两段半径不等的半圆弧,中间是一块薄金属片,粒子穿过时有动能损失。
试判断粒子在上、下两段半圆径迹中哪段所需时间较长?
(粒子重力不计)
例9一个负离子的质量为m,电量大小为q,以速度v0垂直于屏S经过小孔O射入存在着匀强磁场的真空室中,如图10-15所示。
磁感应强度B方向与离子的初速度方向垂直,并垂直于纸面向里。
如果离子进入磁场后经过时间t到这位置P,求:
直线OP与离子入射方向之间的夹角θ跟t的关系?
例10如图10-17所示。
在x轴上有垂直于xy平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B;
在x轴下方有沿y铀负方向的匀强电场,场强为E。
一质最为m,电荷量为q的粒子从坐标原点。
沿着y轴正方向射出。
射出之后,第3次到达X轴时,它与点O的距离为L,求此粒子射出时的速度v和运动的总路程s,(重力不计)。
例11摆长为L的单摆在匀强磁场中摆动,摆动平面与磁场方向垂直,如图10-20所示。
摆动中摆线始终绷紧,若摆球带正电,电量为q,质量为m,磁感应强度为B,当球从最高处摆到最低处时,摆线上的拉力T多大?
例12设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,如图10-22所示,已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速度为零,C点是运动的最低点,忽略重力,以下说法正确的是:
A.这离子必带正电荷B.A点和B点位于同一高度
C.离子在C点时速度最大D.离子到达B点时,将沿原曲线返回A点
例13如图10-24所示,空中有水平向右的匀强电场和垂直于纸面向外的匀强磁场,质量为m,带电量为+q的滑块沿水平向右做匀速直线运动,滑块和水平面间的动摩擦因数为μ,滑块与墙碰撞后速度为原来的一半。
滑块返回时,去掉了电场,恰好也做匀速直线运动,求原来电场强度的大小。
例14图10-25为方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。
电场强度为E,磁感强度为B,复合场的水平宽度为d,竖直方向足够长。
现有一束电量为+q、质量为m初速度各不相同的粒子沿电场方向进入场区,求能逸出场区的粒子的动能增量ΔEk。
例15初速度为零的离子经过电势差为U的电场加速后,从离子枪T中水平射出,与离子枪相距d处有两平行金属板MN和PQ,整个空间存在一磁感强度为B的匀强磁场如图10-26所示。
不考虑重力的作用,荷质比q/m(q,m分别为离子的带电量与质量),应在什么范围内,离子才能打到金属板上?
例16如图10-27所示,一块铜块左右两面接入电路中。
有电流I自左向右流过铜块,当一磁感应强度为B的匀强磁场垂直前表面穿入铜块,从后表面垂直穿出时,在铜块上、下两面之间产生电势差,若铜块前、后两面间距为d,上、下两面间距为L。
铜块单位体积内的自由电子数为n,电子电量为e,求铜板上、下两面之间的电势差U为多少?
并说明哪个面的电势高。
一、选择题
1、有关洛伦兹力和安培力的描述,正确的是( )
A.通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用
B.安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现
C.带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功
D.通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行
第2题第3题第4题第5题第6题第7题
2、磁场中某区域的磁感线,如图所示,则( )
A.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba>Bb
B.a、b两处的磁感应强度的大小不等,Ba<Bb
C.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大
D.同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小
3、两个绝缘导体环AA′、BB′大小相同,环面垂直,环中通有相同大小的恒定电流,如图所示,则圆心O处磁感应强度的方向为(AA′面水平,BB′面垂直纸面)( )
A.指向左上方B.指向右下方C.竖直向上D.水平向右
4、如图所示,垂直纸面放置的两根直导线a和b,它们的位置固定并通有相等的电流I;
在a、b沿纸面的连线的中垂线上放有另一直导线c,c可以自由运动.当c中通以电流I1时,c并未发生运动,则可以判定a、b中的电流( )
A.方向相同都向里B.方向相同都向外C.方向相反D.只要a、b中有电流,c就不可能静止
5、美国发射的航天飞机“发现者”号搭载了一台α磁谱仪,其中一个关键部件是由中国科学院电工研究所设计制造的直径为1200mm、高为80mm、中心磁感应强度为0.314T的永久磁体.它的主要使命是要探测宇宙空间中可能存在的物质,特别是宇宙中反氦原子核.若如图3-9所示的磁谱仪中的4条径迹分别为质子、反质子、α粒子、反氦核的径迹,其中反氦核的径迹为( )
A.1 B.2C.3D.4
6、如图所示,平行板电容器的两板与电源相连,板间同时有电场和垂直纸面向里的匀强磁场B,一个带电荷量为+q的粒子以v0为初速度从两板中间沿垂直电磁场方向进入,穿出时粒子的动能减小了,若想使这个带电粒子以v0沿原方向匀速直线运动穿过电磁场,可采用的办法是( )
A.减小平行板的正对面积XB.增大电源电压C.减小磁感应强度BD.增大磁感应强度B
7、由于科学研究的需要,常常将质子(11H)和α粒子(42He)等带电粒子贮存在圆环状空腔中,圆环状空腔置于一个与圆环平面垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B.如果质子和α粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同(如图中虚线所示),磁场也相同,比较质子和α粒子在圆环状空腔中运动的动能EkH和Ekα及周期TH和Tα的大小,有( )
A.EkH≠Ekα,TH≠TαB.EkH=Ekα,TH=TαC.EkH≠Ekα,TH=TαD.EkH=Ekα,TH≠Tα
8、如图所示,在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场.一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场,粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成120°
角.若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a,则该粒子的比荷和所带电荷的正负是( )
A.
,正电荷B.
,正电荷
C.
,负电荷D.
,负电荷
9、半径为r的圆形空间内,存在着垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子(不计重力)从A点以速度v0垂直磁场方向射入磁场中,并从B点射出.∠AOB=120°
,如图所示,则该带电粒子在磁场中运动的时间为( )
A.2πr/3v0B.2
πr/3v0C.πr/3v0D.
πr/3v0
第8题第9题第10题第11题第12题
10、如图所示,光滑绝缘轨道ABP竖直放置,其轨道末端切线水平,在其右侧有一正交的匀强电场、磁场区域,电场竖直向上,磁场垂直纸面向里.一带电小球从轨道上的A点由静止滑下,经P点进入场区后,恰好沿水平方向做直线运动.则可判定( )
A.小球带负电B.小球带正电
C.若小球从B点由静止滑下,进入场区后将立即向上偏
D.若小球从B点由静止滑下,进入场区后将立即向下偏
11、强磁场中置一均匀金属薄片,有一个带电粒子在该磁场中按如图所示轨迹运动.由于粒子穿过金属片时有动能损失,在MN上、下方的轨道半径之比为10∶9,不计粒子的重力及空气的阻力,下列判断中正确的是( )
A.粒子带正电B.粒子沿abcde方向运动
C.粒子通过上方圆弧比通过下方圆弧时间长新课标第一网
D.粒子恰能穿过金属片10次
12、如图,表面粗糙的斜面固定于地面上,并处于方向垂直纸面向外、强度为B的匀强磁场中.质量为m、带电量为+Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑.在滑块下滑的过程中,下列判断正确的是( )
A.滑块受到的摩擦力不变B.滑块到达地面时的动能与B的大小无关
C.滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下D.B很大时,滑块可能静止于斜面上
13、如图所示,匀强电场方向竖直向下,匀强磁场方向水平指向纸内,三个带等量同种电荷的微粒处在这一正交的电、磁场中,已知a处于静止状态,b沿水平方向匀速向右运动,c沿水平方向匀速向左运动,则三个微粒质量大小关系应为()
A、ma〈mb〈mcB、mb〈ma〈mc
C、ma=mb=mcD、mc〈mb〈ma
第13题第14题第15题第16题第17题
14、如图所示,一带电微粒从两竖直的带等量异种电荷的平行板上方h处自由落下,两板间还存在匀强磁场,方向垂直纸面向里,带电小球通过正交的电、磁场时()
A、可能作匀速直线运动B、可能做匀加速直线运动
C、可能做曲线运动D、一定做曲线运动
15、空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,图中的正方形为其边界。
一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。
这两种粒子带同种电荷,它们的电荷量、质量均不同,但其比荷相同,且都包含不同速率的粒子。
不计重力。
下列说法正确的是()
A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同
B.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同
C.在磁场中运动时间相同的粒子,其运动轨迹一定相同
D.在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大
16、质量和电量都相等的带电粒子M和N,以不同的速度率经小孔S垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图2种虚线所示,下列表述正确的是()
A.M带负电,N带正电B.M的速度率小于N的速率
C.洛伦磁力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间
17、如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度
从
点沿直径
方向射入磁场,经过
时间从
点射出磁场,
与
成60°
角。
现将带电粒子的速度变为
/3,仍从
点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为()
A.
B.2
C.
D.3
18、如图所示,MN是磁感应强度B匀强磁场的边界,一质量为m、电荷量为q粒子在纸面内从O点射入磁场,若粒子速度为v0,最远可落在边界上的A点,下列说法正确的有
A.若粒子落在A点的左侧,其速度一定小于v0B.若粒子落在A点的右侧,其速度一定大于v0
C.若粒子落在A点左右两侧d的范围内,其速度不可能小于
D.若粒子落在A点左右两侧d的范围内,其速度不可能大于
第18题第19题第20题
19、如图,半径为R的圆死一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面),磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,一电荷量为q(q>
0)。
质量为m的例子沿平行于之境ab的方向摄入磁场区域,摄入点与ab的距离为
,已知例子射出去的磁场与摄入磁场时运动方向间的夹角为60°
,则例子的速率为(不计重力)
A.
B.
C.
D.
20、在半导体离子注入工艺中,初速度可忽略的磷离子P+和P3+,经电压为U的电场加速后,垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里,有一定的宽度的匀强磁场区域,如图所示,已知离子P+在磁场中转过=30°
后从磁场右边界射出。
在电场和磁场中运动时,离子P+和P3+()
A.在内场中的加速度之比为1:
1B.在磁场中运动的半径之比为根号3:
1
C.在磁场中转过的角度之比为1:
2D.离开电场区域时的动能之比为1:
3
二、计算题
1、如图所示光滑的平行导轨倾角为θ,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨中接入电动势为E、内阻为r的直流电源.电路中有一阻值为R的电阻,其余电阻不计,将质量为m、长度为L的导体棒由静止释放,求导体棒在释放瞬间的加速度的大小.
2、如图所示,直线MN上方存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,现有一质量为m、带电荷量为+q的粒子在纸面内以某一速度从A点射入,其方向与MN成30°
角,A点到MN的距离为d,带电粒子重力不计.
(1)当v满足什么条件时,粒子能回到A点;
(2)粒子在磁场中运动的时间t.
3、如图所示,匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的且宽度相等均为d,电场方向在纸平面内,而磁场方向垂直纸面向里.一带正电粒子从O点以速度v0沿垂直电场方向进入电场.在电场力的作用下发生偏转,从A点离开电场进入磁场,离开电场时带电粒子在电场方向的偏移量为
d,当粒子从C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致,不计带电粒子的重力,求:
(1)粒子从C点穿出磁场时的速度v.
(2)电场强度和磁感应强度的比值
.
4、如图所示,初速度为零的负离子经电势差为U的电场加速后,从离子枪T中水平射出,经过一段路程后进入水平放置的两平行金属板MN和PQ之间,离子所经空间存在着磁感应强度为B的匀强磁场.不考虑重力作用,离子的比荷q/m在什么范围内,离子才能打在金属板上?
5
、如图,一半径为R的圆表示一柱形区域的横截面(纸面)。
在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场,一质量为m、电荷量为q的粒子沿图中直线在圆上的a点射入柱形区域,在圆上的b点离开该区域,离开时速度方向与直线垂直。
圆心O到直线的距离为
。
现将磁场换为平等于纸面且垂直于直线的匀强电场,同一粒子以同样速度沿直线在a点射入柱形区域,也在b点离开该区域。
若磁感应强度大小为B,不计重力,求电场强度的大小。
6、如图所示,某区域有正交的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向右,磁场方向垂直纸面向里.场强E=10
N/C.磁感应强度B=1T.现有一个质量m=2×
10-6kg,带电量q=+2×
10-6C的液滴以某一速度进入该区域恰能作匀速直线运动,求这个速度的大小和方向?
7、如图所示,匀强磁场沿水平方向,垂直纸面向里,磁感强度B=1T,匀强电场方向水平向右,场强E=10
N/C。
一带正电的微粒质量m=2×
10-6kg,电量q=2×
10-6C,在此空间恰好作直线运动,
问:
(1)带电微粒运动速度的大小和方向怎样?
(2)若微粒运动到P点的时刻,突然将磁场撤去,那么经多少时间微粒到达Q点?
(设PQ连线与电场方向平行)
8、如图所示,PR是一块长为L=4米的绝缘平板固定在水平地面上,整个空间有一个平行于PR的匀强电场E,在板的右半部分有一个垂直于纸面向外的匀强磁场B,一个质量为m=0.1千克、带电量为q=0.5库仑的物体,从板的P端由静止开始在电场力和摩擦力的作用下向右做匀加速运动,进入磁场后恰能做匀速运动。
当物体碰到板R端挡板后被弹回,若在碰撞瞬间撤去电场,物体返回时在磁场中仍做匀速运动,离开磁场后做匀减速运动停在C点,PC=L/4,物体与平板间的动摩擦因素为μ=0.4。
求:
⑴判断物体带电性质,正电还是负电荷?
⑵物体与挡板碰撞前后的速度v1和v2;
⑶磁感强度B的大小;
⑷电场强度E的大小和方向
9、串列加速器是用来产生高能离子的装置。
图中虚线框内为其主体的原理示意图,其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极接地(电势为零).现将速度很低的负一价碳离子从a端输入,当离子到达b处时,可被设在b处的特殊装置将其电子剥离,成为n价正离子.而不改变其速度大小。
这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中,在磁场中做半径为R的圆周运动。
已知碳离子的质量m=2.0×
10-26kg,U=7.5×
105V,B=0.5T,n=2,基元电荷e=1.6×
10-19C,求R?
10、如图所示,两块平行放置的金属板,上板带正电,下板带等量负电。
在两板间有一垂直纸面向里的匀强磁场。
一电子从两板左侧以速度v0沿金属板方向射入,当两板间磁场的磁感强度为B1时,电子从a点射出两板,射出时的速度为2v0。
当两板间磁场的磁感强度为B2时,电子从b点射出时的侧移量仅为从a点射出时侧移量的1/4,求电子从b点射出的速率?
11、如图所示,在一个同时存在匀强磁场和匀强电场的空间,有一个质量为m的带电微粒,系于长为l的细丝线的一端,细丝线另一端固定于O点。
带电微粒以角速度ω在水平面内作匀速圆周运动,此时细线与竖直方向成30°
角,且细线中张力为零,电场强度为E,方向竖直向上。
(1)求微粒所带电荷的种类和电量;
(2)问空间的磁场方向和磁感强度B的大小多大?
(3)如突然撤去磁场,则带电粒子将作怎样的运动?
线中的张力是多大?
12、如图所示,abcd是一个正方形的盒子,在cd边的中点有一小孔e,盒子中存在着沿ad方向的匀强电场,场强大小为E,一粒子源不断地从a处的小孔沿ab方向向盒内发射相同的带电粒子,粒子的初速度为v0,经电场作用后恰好从e处的小孔射出,现撤去电场,在盒子中加一方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小为B(图中未画出),粒子仍恰好从e孔射出(带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力均可忽略不计);
(1)所加的磁场的方向如何?
(2)电场强度E与磁感应强度B的比值为多大?
13、如图所示,一质量为m,电量为+q的带电小球以V0的初速度射入水平方向的匀强电场中,小球恰能在电场中做直线运动。
若电场的场强大小不变,方向改为相反,同时加一垂直纸面向外的匀强磁场,小球仍以原来的初速度重新射入,小球恰好又能做直线运动,求电场强度E及磁感强度B的大小。
14、如图所示,两个共轴的圆筒形金属电极,外电极接地,其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d,外筒的外半径为r,在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场,磁感强度的大小为B.在两极间加上电压,使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场.一质量为m、带电量为+q的粒子,从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发,初速为零。
如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S,则两电极之间的电压U应是多少?
(不计重力,整个装置在真空中)
15、电子自静止开始经M、N板间(两板间的电压为u)的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中,电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L,如图所示.求匀强磁场的磁感应强度.(已知电子的质量为m,电量为e)
16、如图所示,两块垂直纸面的平行金属板A、B相距d=10.0cm,B板的中央M处有一个α粒子源,可向各个方向射出速率相同的α粒子,α粒子的荷质比q/m=4.82×
107C/kg.为使所有α粒子都不能达到A板,可以在A、B板间加一个电压,所加电压最小值是U0=4.15×
104V;
若撤去A、B间的电压,仍使所有α粒子都不能到达A板,可以在A、B间加一个垂直纸面的匀强磁场,该匀强磁场的磁感应强度B必须符合什么条件?
17、如图所示,水平虚线上方有场强为E1的匀强电场,方向竖直向下,虚线下方有场强为E2的匀强电场,方向水平向右;
在虚线上、下方均有磁感应强度相同的匀强磁场,方向垂直纸面向外,ab是一长为L的绝缘细杆,竖直位于虚线上方,b端恰在虚线上,将一套在杆上的带电小环从a端由静止开始释放,小环先加速而后匀速到达b端,环与杆之间的动摩擦因数μ=0.3,小环的重力不计,当环脱离杆后在虚线下方沿原方向做匀速直线运动,求:
(1)E1与E2的比值;
(2)若撤去虚线下方的电场,小环进入虚线下方后的运动轨迹为半圆,圆周半径为L/3,环从a到b的过程中克服摩擦力做功Wf与电场做功WE之比有多大?
18、如图所示为质谱仪的原理图,A为粒子加速器,电压为U1;
B为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B1,板间距离为d;
C为偏转分离器,磁感应强度为B2。
今有一质量为m,电量为q的正离子经加速后,恰能通过速度选择器,进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动,求:
(1)粒子的速度v;
(2)速度选择器的电压U2;
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R。
19
、如图所示,以MN为界的两匀强磁场,磁感应强度
,方向垂直纸面向里。
现有一质量为m、带电量为q的正粒子,从O点沿图示方向进入
中。
(1)试画出粒子的运动轨迹;
(2)求经过多长时间粒子重新回到O点?
20、如图所示,套在很长的绝缘直棒上的带正电的小球,质量为m,电量为q,小球可在棒上滑动,现将此棒竖直放在互相垂直,且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中,电场强度为E,磁感应强度是B,小球与棒的动摩擦因数为u,求
(1)分析小球的运动情况;
(2)小球由静止下滑过程中的最大加速度和最大速度?
21、如图所示,有一个长方体形匀强磁场和匀强电场区域,它的截面为边长L=0.20m的正方形,其电场强度E=4×
105V/m,磁感应强度B=2×
10-2T,磁场方向垂直纸面向里。
现有一束质荷比m/q=4×
10-10kg/C的正离子流(不计离子重力),以一定的速度从电磁场区域的边界中点垂直于边界射入,且直线穿过电磁场区域。
(1)该区域的电场强度方向如何?
离子流的速度多大?
(2)在离电磁场区域右边界D=0.4m处有与边界平行的平直荧光屏,若撤去电场,离子流击中屏上a点;
若撤去磁场,离子流击中屏上b点,则ab间的距离为多少?
22、如图甲所示,相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区,磁场方向垂直纸面向里,在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和PQ,两极板中心各有一小孔
、
,两极板间电压的变化规律如图乙所示,正反向电压的大小均为
,周期为
在
时刻将一个质量为
、电量为
(
)的粒子由
静止释放,粒子在电场力的作用下向右运动,在
时刻通过
垂直于边界进入右侧磁场区。
(不计粒子重力,不考虑极板外的电场)
(1)求粒子到达
时德速度大小
和极板距离
(2)为使粒子不与极板相撞,求磁感应强度的大小应满足的条件。
(3)若已保证了粒子未与极板相撞,为使粒子在
时刻再次到达
,且速度恰好为零,求该过程中粒子在磁场内运动
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