高中物理电磁大题和答案.docx
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高中物理电磁大题和答案
1.(20XX年安徽卷)18.“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体,使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部,而不与装置器壁碰撞。
已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,为约束更高温度的等离子体,则需要更强的磁场,以使带电粒子的运动半径不变。
由此可判断所需的磁感应强度B正比于
A.B.C.D.
【答案】A
【解析】由于等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比,即。
带电粒子在磁场中做圆周运动,洛仑磁力提供向心力:
得。
而故可得:
又带电粒子的运动半径不变,所以。
A正确。
2.(20XX年大纲卷)25.(20分)如图,在第一象限存在匀强磁场,磁感应强度方向垂直于纸面(xy平面)向外;在第四象限存在匀强电场,方向沿x轴负向。
在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子,该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进人电场。
不计重力。
若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为θ,求:
⑴电场强度大小与磁感应强度大小的比值;
⑵该粒子在电场中运动的时间。
25.【答案】(1) (2)
【考点】带电粒子在电磁场中的运动、牛顿第二定律、
【解析】
(1)如图粒子进入磁场后做匀速圆周运动,设磁感应强度大小为B,粒子质量与所带电荷量分别为m和q,圆周运动的半径为R0,由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得:
由题给条件和几何关系可知:
R0=d
设电场强度大小为E,粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax,在电场中运动的时间为t,离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vy。
由牛顿定律及运动学公式得:
粒子在电场中做类平抛运动,如图所示
联立得
(2)同理可得
3.(20XX年广东卷)36、(18分)
如图25所示,足够大的平行挡板A1、A2竖直放置,间距6L。
两板间存在两个方向相反的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ,以水平面MN为理想分界面。
Ⅰ区的磁感应强度为B0,方向垂直纸面向外,A1、A2上各有位置正对的小孔S1、S2,两孔与分界面MN的距离均为L。
质量为m、+q的粒子经宽度为d的匀强电场由静止加速后,沿水平方向从S1进入Ⅰ区,并直接偏转到MN上的P点,再进入Ⅱ区。
P点与A1板的距离是L的k倍。
不计重力,碰到挡板的粒子不予考虑。
(1)若k=1,求匀强电场的电场强度E;
(2)若2 36.【答案】: (1) (2) 【解析】: (1)若k=1,则有: MP=L,粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动, 根据几何关系,该情况粒子的轨迹半径为: R=L, 粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动,则有: 粒子在匀强电场中加速,根据动能定理有: 综合上式解得: (2)因为2 有几何关系: 又有 则整理解得: 又因为: 根据几何关系有: 则Ⅱ区的磁感应强度B与k的关系: 4.(2014海南卷)8.如图,两根平行长直导线相距2L,通有大小相等、方向相同的恒定电流,a、b、c是导线所在平面内的三点,左侧导线与它们的距离分别为、和3.关于这三点处的磁感应强度,下列判断正确的是 A.a处的磁感应强度大小比c处的大 B.b、c两处的磁感应强度大小相等 C.a、c两处的磁感应强度方向相同 D.b处的磁感应强度为零 8.【答案】AD 【解析】根据通电直导线的磁场,利用右手螺旋定则,可知b处场强为零,两导线分别在a处的产生的场强都大于在c处产生的场强,a、c两处的场强叠加都是同向叠加,选项AD正确。 5.(2014海南卷)14.如图,在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外;在x轴下方存在匀强电场,电场方向与xoy平面平行,且与x轴成450夹角。 一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从y轴上P点沿y轴正方向射出,一段时间后进入电场,进入电场时的速度方向与电场方向相反;又经过一段时间T0,磁场方向变为垂直纸面向里,大小不变,不计重力。 (1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间; (2)若要使粒子能够回到P点,求电场强度的最大值。 14.【答案】, 【解析】 (1)带电粒子在磁场中做圆周运动,设运动半径为R,运动周期为T,根据洛伦兹力公式及圆周运动规律,有 依题意,粒子第一次到达x轴时,运动转过的角度为,所需时间t1为 求得 (2)粒子进入电场后,先做匀减速运动,直到速度减小为0,然后沿原路返回做匀加速运动,到达x轴时速度大小仍为v0,设粒子在电场中运动的总时间为t2,加速度大小为a,电场强度大小为E,有 得 根据题意,要使粒子能够回到P点,必须满足 得电场强度最大值 6.(2014江苏卷)14.(16分)某装置用磁场控制带电粒子的运动,工作原理如图所示。 装置的长为L,上下两个相同的矩形区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小均为B、方向与纸面垂直且相反,两磁场的间距为d。 装置右端有一收集板,M、N、P为板上的三点,M位于轴线上,N、P分别位于下方磁场的上、下边界上。 在纸面内,质量为m、电荷量为-q的粒子以某一速度从装置左端的中点射入,方向与轴线成300角,经过上方的磁场区域一次,恰好到达P点。 改变粒子入射速度的大小,可以控制粒子到达收集板上的位置。 不计粒子的重力。 (1)求磁场区域的宽度h; (2)欲使粒子到达收集板的位置从P点移到N点,求粒子入射速度的最小变化量Δv; (3)欲使粒子到达M点,求粒子入射速度大小的可能值。 14.【答案】 (1) (2) (3) 【考点】带电粒子在磁场中的运动、洛伦兹力、牛顿第二定律 【解析】 (1)设粒子的轨道半径为r 根据题意且 解得 (2)改变入射速度后粒子在磁场中的轨道半径为 , 由题意可知解得 设粒子经过上方磁场n次 由题意可知 且解得 (20XX年江苏卷) 7.(20XX年全国卷1)15.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是 A.安培力的方向可以不垂直于直导线 B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半 15.【答案】: B 【解析】: 由左手定则安培力方向一定垂直于导线和磁场方向,A错的B对的;F=BILsinθ,安培力大小与磁场和电流夹角有关,C错误的;从中点折成直角后,导线的有效长度不等于导线长度一半,D错的 8.(20XX年全国卷1)16.如图,MN为铝质薄平板,铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出)。 一带电拉子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出,从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O。 已知拉子穿越铝板时,其动能损失一半,这度方向和电荷量不变。 不计重力。 铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为 A.2B.C.1D. 16.【答案】: D 【解析】: 动能是原来的一半,则速度是原来的倍,又由得上方磁场是下方磁场的倍,选D。 10.(20XX年山东卷) 24.如图甲所示,间距为d,垂直于纸面的两平行板P、Q间存在匀强磁场。 取垂直与纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度的变化规律如图乙所示。 t=0时刻,一质量为m,带电荷量为+q的粒子(不计重力),以初速度由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区。 当和取某些特定值时,可使t=0时刻射入的粒子经时间恰能垂直打到P板上(不考虑粒子反弹)。 上述m,q,d,为已知量。 (1)若,求 (2)若,求粒子在磁场中运动的加速度大小。 (3)若,为使粒子仍能垂直打到P板上,求 24、【答案】 (1) (2)(3); 【解析】解: (1)设粒子做圆周运动的半径为R,由牛顿第二定律得 ① 据题意由几何关系得 R1=d② 联立①②式得 ③ (2)设粒子做圆周运动的半径为R2,加速度大小为a,由圆周运动公式得 ④ 据题意由几何关系得 ⑤ 联立④⑤式得 ⑥ (3)设粒子做圆周运动的半径为R,周期为T,由圆周运动公式得 ⑦ 由牛顿第二定律得 ⑧ 由题意知,代入⑧式得 d=4R⑨ 粒子运动轨迹如图所示, O1、O2为圆心,连线与水平方向的夹角为,在每个TB内,只有A、B两个位置才有可能垂直击中P板,且均要求,由题意可知 ⑩ 设经历完整TB的个数为n(n=0,1,2,3……) 若在A点击中P板,据题意由几何关系得 当n=0时,无解 当n=1时,联立⑨式得 联立⑦⑨⑩式得 当时,不满足的要求 若在B点击中P板,据题意由几何关系得 当n=1时,无解 当n=1时,联立⑨式得 联立⑦⑨⑩式得 当时,不满足的要求 11.(20XX年四川卷)10.在如图所示的竖直平面内,水平轨道CD和倾斜轨道GH与半径的光滑圆弧轨道分别相切于D点和G点,GH与水平面的夹角,过G点、垂直于纸面的竖直平面左侧有匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度;过D点、垂直于纸面的竖直平面右侧有匀强电场,电场方向水平向右,电场强度。 小物体质量、电荷量,收到水平向右的推力的作用,沿CD向右做匀速直线运动,到达D点后撤去推力。 当到达倾斜轨道低端G点时,不带电的小物体在GH顶端静止释放,经过时间与相遇。 和与轨道CD、GH间的动摩擦因数均为,取,,物体电荷量保持不变,不计空气阻力。 求: (1)小物体在水平轨道CD上运动的速度v的大小; (2)倾斜轨道GH的长度s。 10.【解析】 (1)由对P1受力分析可得: 竖着方向受力平衡: N+qvB=mg……① 水平方向受力平衡: F=N……② 联立①②可得: v=4m/s (2)P1从D到G由于洛伦兹力不做功,电场力做正功,重力做负功由动能定理可知: qEr-mgr(1-cos)=mv-m……③ P1过G点后做匀变速直线运动的加速度设为a,则; qEcos-mg-(mgcos+qE)=ma……④ P2质量设为m在GH上做匀加速直线运动的加速度a,则: mg-mgcos=ma……⑤ P1和P2在GH上的时间相同位移之和为S,所以: S=vt+at+at……⑥ 联立各式,可得: S=0.56m 17.(2014北京)16.带电粒子a、b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,他们的动量大小相等,a运动的半径大于b运动的半径。 若a、b的电荷量分别为qa、qb,质量分别为ma、mb,周期分别为Ta、Tb。 则一定有 A.qa 16.【答案】A 【考点】带电粒子在匀强磁场中的运动、圆周运动的规律、动量 【解析】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有: ,因为两个粒子的动量相等,且,所以,A项正确;速度不知道,所以质量关系不确定,B项错误;又因为,质量关系不知道,所以周期关系不确定,CD项错误。 20.(12分)两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内,两导轨间的距离为l。 导轨上面横放着两根导体棒ab和cd,构成矩形回路,如图所示.两根导体棒的质量皆为m,电阻皆为R,回路中其余部分的电阻可不计.在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场,磁感应强度为B.设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行.开始时,棒cd静止,棒ab有指向棒cd的初速度v0(见图).若两导体棒在运动中始终不接触,求: (1)在运动中产生的焦耳热最多是多少. (2)当a
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