- 电磁学
- 共4057题
15.如图所示,在场强为E方向水平向左的匀强电场和磁感应强度为B垂直纸面向里的匀强磁场区域内,固定着一根足够长的粗糙的绝缘杆,杆上套着一个质量为m,带有电荷量-q的小球(q>0)。小球由静止开始沿杆下滑,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
6.如图所示,a、b是一对水平放置的平行金属板,板间存在着竖直向下的匀强电场。一个不计重力的带电粒子从两板左侧正中位置以初速度v沿平行于金属板的方向进入场区,带电粒子进入场区后将向上偏转,并恰好从a板的右边缘处飞出;若撤去电场,在两金属板间加垂直纸面向里的匀强磁场,则相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区后将向下偏转,并恰好从b板的右边缘处飞出。现上述的电场和磁场同时存在于两金属板之间,仍让相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区,则下面的判断中正确的是( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
23.如下图所示,在平面直角坐标系xOy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直予坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出);在第二象限内存在与x轴平行的匀强电场。一粒子源固定在x轴上的A点,A点坐标为(-L,0)。粒子源沿y 轴正方向释放出速度人小为v的电子,电子恰好能通过y轴上的C点,C点坐标为(0, 2L),电子经过磁场偏转后方向恰好垂直ON,ON是与x轴正方向成15°角的射线。(电子的质量为m,电荷量为e,不考虑粒子的重力和粒子之问的相互作用。)
求:
(1)第二象限内电场强度E的大小和方向。
(2)电子离开电场时的速度方向与y轴正方向的夹角θ。
(3)粗略画出电子在电场和磁场中的轨迹。
(4)圆形磁场的最小半径见
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
24.如图所示,在平面直角坐标系xOy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域(图中未画出);在第二象限内存在沿x轴负方向的匀强电场,一粒子源固定在x轴上的A点,A点坐标为(-L,0).粒子源沿y,轴正方向释放出速度大小为v的电子,电子恰好能通过y轴上的C点,(C点坐标为(0, 2L),电子经过磁场偏转后恰好垂直通过第一象限内与x轴正方向成15o角的射线ON(已知电子的质量为m,电荷量为e,不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用)。求:
(1)第二象限内电场强度E的大小
(2)电子离开电场时的速度方向与y轴正方向的夹角.
(3)圆形磁场的最小半径Rm。
正确答案
(1)电子在从A运动到C的过程中,只受沿+x方向的电场力eE作用,故做类平抛运动,设其运动时间为t,因此在x方向上有:L= ①
在y方向上有:2L=vt ②
由①②式联立解得:E=
(2)根据类平抛运动的结论可知,电子离开电场时的速度的反向延长线将交于y方向位移的中点,即经过(-L,L)点,因此tanθ=1,θ=45°
(3)电子进入磁场后仅受洛伦兹力ev C B作用,在磁场中做匀速圆周运动,设其轨道半径为r,根据牛顿第二定律有:ev C B= ③
根据几何关系可知:v C = ④
根据题意作出电子的运动轨迹示意图如下图所示
由图中几何关系可知,电子在磁场中偏转120°后垂直于ON射出,因此当图中PQ为圆形磁场的直径时其半径最小,即有:R min =rsin60°⑤
由③④⑤式联立解得:R min =
解析
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知识点
12.如图所示,在第一象限内有沿y 轴负方向的匀强电场,电场强度为E=4.0×106 N/C。紧靠y 轴存在一方形匀强磁场区域,匀强磁场的磁感应强度B1=0.2T,方向垂直坐标平面向内。在第四象限内有磁感应强度B2=43×10-1 T,方向垂直坐标平面向外的匀强磁场。P 是y 轴上坐标为(0,1)的一点,比荷为1.5×108C/kg的粒子以平行于x 轴的速度v0 从y 轴上的P 点射入,粒子沿直线通过电场、磁场叠加场区域,然后经电场偏转,从x 轴上某点Q 射入匀强磁场B2,粒子刚好能够到y 轴上某点C。(计算结果保留两位有效数字)求:
(1)粒子射出的初速度v0 以及离开x 轴时的速度。
(2)求Q 和C 的坐标。
(3)粒子从P 点出发再次回到y 轴的时间是多少?
正确答案
解析
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知识点
24.如图所示,在直角坐标系的第一、二象限内有垂直于纸面的匀强磁场,第三象限有沿y轴负方向的匀强电场;第四象限无电场和磁场。现有一质量为m、电荷量为q粒子以速度v0从y轴上的M点沿x轴负方向进入电场,不计粒子的重力,粒子经x轴的N点和P点最后又回到M点,设OM=L,ON= 2L。求:
(1)电场强度E的大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度的大小和方向;
(3)粒子从M点进入电场经N、P点最后又回到M点所用的时间。
正确答案
解:(1)粒子从M至N运动过程为类平抛运动,设运动时间为t1,根据运动的分解有:
x方向: ①
y方向: ②
③
联解①②③得: ④
(2)设粒子在N点时的速度vN与x轴成θ角,则由运动的合成与分解有:
⑤
⑥
设带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R,圆心在O′处,过P点的速度方向与x夹角为θ′,作出轨迹如图所示。则由几何关系有:
⑦
⑧
⑨
由牛顿第二定律有:⑩
联解⑤⑥⑦⑧⑨⑩得:,方向垂直纸面向里 ⑾
(3)粒子从M至N为类平抛运动,时间为t1;在磁场中做匀速圆周运动,时间为t2;从P至M做匀速直线运动,时间为t3。则有:
⑿
⒀
⒁
⒂
联解①⑾⑿⒀⒁⒂得: ⒃
解析
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知识点
24.如图所示,在xOy平面内y>0的区域内分布着沿y轴负方向的匀强电场,在x轴下方有两个宽度相同且边界平行的条形匀强磁场区域,匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向垂直于xOy平面向外,磁场区域I的上边界与x轴重合,两个磁场区域的间距为l,质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴上的P点以初速度v0沿x轴正向射出,然后从x轴上的Q点射入磁场区域I。已知,粒子的重力忽略不计。
求:
(1)粒子从x轴上的Q点射入磁场区域I时的速度大小v;
(2)若粒子未从磁场区域I的下边界穿出,求条形磁场区域的最小宽度d0。
(3)若粒子恰好没从磁场区域II的下边界穿出,求粒子从P点射入电场区域到经过两个磁场区域后返回x轴的时间t
正确答案
(3)
解析
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知识点
24.如图甲所示,在光滑绝缘水平桌面内建立xoy坐标系,在第Ⅱ象限内有平行于桌面的匀强电场,场强方向与x轴负方向的夹角θ=45°。在第Ⅲ象限垂直于桌面放置两块相互平行的平板C1、C2,两板间距为d1=0.6m,板间有竖直向上的匀强磁场,两板右端在y轴上,板C1与x轴重合,在其左端紧贴桌面有一小孔M,小孔M离坐标原点O的距离为L=0.72m。在第Ⅳ象限垂直于x轴放置一块平行y轴且沿y轴负向足够长的竖直平板C3,平板C3在x轴上垂足为Q,垂足Q与原点O相距d2=0.18m。现将一带负电的小球从桌面上的P点以初速度垂直于电场方向射出,刚好垂直于x轴穿过C1板上的M孔,进入磁场区域。已知小球可视为质点,小球的比荷
,P点与小孔M在垂直于电场方向上的距离为
,不考虑空气阻力。求:
(1)匀强电场的场强大小;
(2)要使带电小球无碰撞地穿出磁场并打到平板C3上,求磁感应强度的取值范围;
(3)若t=0时刻小球从M点进入磁场,磁场的磁感应强度如乙图随时间呈周期性变化(取
竖直向上为磁场正方向),求小球从M点到打在平板C3上所用的时间。(计算结果保
留两位小数)
正确答案
(1)小球在第Ⅱ象限内做类平抛运动有:
由牛顿第二定律有:
带数据解得:
(2)设小球通过M点时的速度为v,
由类平抛运动规律:
小球垂直磁场方向进入两板间做匀速圆周运动,轨迹如图,
由牛顿第二定律有:
得:
小球刚好能打到Q点磁感应强度最强设为B1。此时小球的轨迹半径为R1
由几何关系有:
解得:
小球刚好不与C2板相碰时磁感应强度最小设为B2,此时粒子的轨迹半径为R2
由几何关系有:
解得:
综合得磁感应强度的取值范围:
(3)小球进入磁场做匀速圆周运动,设半径为,周期为T有:
由磁场周期分析知小球在磁场中运动的轨迹如图,
一个磁场周期内小球在x轴方向的位移为3r=0.54m
即:小球刚好垂直y轴方向离开磁场
则在磁场中运动的时间
离开磁场到打在平板C3上所用的时间
小球从M点到打在平板C3上所用总时间
解析
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知识点
15.在如图所示的直角坐标系中,x轴的上方有与x轴正方向成角的匀强电场,场强的大小为
,x轴的下方有垂直于
面的匀强磁场,磁感应强度的大小为
。把一个比荷为
的正电荷从坐标为(0,1)的A点处由静止释放.电荷所受的重力忽略不计,求:
(1)电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间t;
(2)电荷在磁场中运动轨迹的半径;
(3)电荷第二次到达x轴上的位置
正确答案
解析
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知识点
11.如图,直线MN 上方有平行于纸面且与MN成45。的有界匀强电场,电场强度大小未知;MN下方为方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B。今从MN_上的O点向磁场中射入一个速度大小为v、方向与MN成45。角的带正电粒子,该粒子在磁场中运动时的轨道半径为R。若该粒子从O点出发记为第一次经过直线MN,而第五次经过直线MN时恰好又通过O点。不计粒子的重力。
求:
(1)电场强度的大小;
(2)该粒子从O点出发,第五次经过直线MN时又通过O点的时间
(3)该粒子再次从O点进入磁场后,运动轨道的半径;
正确答案
解:粒子的运动轨迹如图,先是一段半径为R的1/4圆弧到a点,接着恰好逆电场线匀减速运动到b点速度为零再返回a点速度仍为,再在磁场中运动一段3/4圆弧到c点,之后垂直电场线进入电场作类平抛运动。
(1)
易知,
类平抛运动的垂直和平行电场方向的位移都为
①
所以类平抛运动时间为
②
又 ③
再者 ④
由①②③④可得
⑤
(2)粒子在磁场中的总时间:
粒子在电场中减速再加速的时间:
故粒子再次回到O点的时间:
(3)(6分)由平抛知识得
所以 [或
]
则第五次过MN进入磁场后的圆弧半径
解析
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知识点
12.如图a 所示,水平直线MN 下方有竖直向上的匀强电场,现将一重力不计、比荷的正电荷置于电场中的O 点由静止释放,经过1
后,电荷以
的速度通过 MN 进入其上方的匀强磁场,磁场与纸面垂直,磁感应强度B 按图b 所示规律周期性变化(图b 中磁场以垂直纸面向外为正,以电荷第一次通过MN 时为t=0 时刻)。计算结果可用π 表示。
(1)求O 点与直线MN 之间的电势差;
(2)求图 b 中时刻电荷与O 点的水平距离;
(3)如果在O 点右方d=67.5cm 处有一垂直于MN 的足够大的挡板,求电荷从O 点出发运动到挡板所需的时间。
正确答案
解析
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知识点
24.如图所示,在xoy平面内,y轴左侧有沿z轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E:在O<x<L区域内,X轴上、下方有相反方向的匀强电场,电场强度大小均为2E;在x>L的区域内有垂直于xoy平面的匀强磁场,磁感应强度大小不变、方向做周期性变化.一电荷量为q、质量为朋的带正电粒子(粒子重力不计),由坐标为(-L,)的A点静止释放,
(l)求粒子第一次通过y轴时速度大小;
(2)求粒子第一次射入磁场时的位置坐标及速度:
(3)现控制磁场方向的变化周期和释放粒子的时刻,实现粒子能沿一定轨道做往复运动,求磁场的磁感应强度B大小的取值范围.
正确答案
解:(1)粒子在y轴左侧运动过程由动能定理
(2)进入偏转电场作类平抛运动,得
解得:,
第一次射入磁场时的位置坐标为(,
)
速度大小,方向与x轴正方向成
角斜向上
(3)在磁场中,粒子做匀速圆周运动
由牛顿第二定律得
得轨道半径:
由对称性可知,射出磁场后必须在x轴下方的电场中运动,才能实现粒子沿一定轨道做
往复运动,如图所示,由几何关系得:
当时,轨道半径R最小,对应的磁感应强度B最大,粒子紧贴x轴进入y轴左侧的电场。
由
得最小半径,磁感应强度的最大值
磁感应强度大小取值范围为:
解析
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知识点
25. 如图所示,在以坐标原点O为圆心,半径为R的半圆形区域内,有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,方向沿x轴负方向。匀强磁场方向垂直于xoy平面。一带负电的粒子(不计重力)从P(0,-R)点沿y轴正方向以某一速度射入,带电粒子恰好做匀速直线运动,经时间t0从O点射出。
(1)求匀强磁场的大小和方向;
(2)若仅撤去磁场,带电粒子仍从P点以相同的速度射入,经时间t0/2恰好从半圆形区域的边界射出。求粒子的加速度和射出时的速度大小;
(3)若仅撤去电场,带电粒子从O点沿Y轴负方向射入,且速度为原来的4倍,求粒子在磁场中运动的时间。
正确答案
(1)设带电粒子的质量为m,电荷量为q,初速度为v,磁感应强度为B。可判断出粒子受到的电场力沿x轴正方向,则洛伦兹力沿X轴负方向,于是可知磁感应强度垂直XOY平面向外。
且有 qE=qvB R=vt0 则
(2)仅有电场时,带电粒子在匀强电场中做类平抛运动
在y方向位移 y==
设在水平方向位移为x,因射出位置在半圆形区域边界上,于是
又有 得 a=
设出射速度,出射时水平分速度
,则
则
(3)仅有磁场时,入射速度=4V,带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动,圆心为C,圆心角为
,如图,
设轨道半径为r,由牛顿第二定律有
又
,
得
由几何关系则
带电粒子在磁场中运动周期
则带电粒子在磁场中运动时间
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
14.如图所示,质量为m、电荷量为+q的粒子从坐标原点O以初速度v0射出,粒子恰好经过A点,O、A两点长度为l,连线与坐标轴+y方向的夹角为α=370,不计粒子的重力.
(1)若在平行于x轴正方向的匀强电场E1中,粒子沿+y方向从O点射出,恰好经过A点;若在平行于y轴正方向的匀强电场E2中,粒子沿+x方向从O点射出,也恰好能经过A点,求这两种情况电场强度的比值
(2)若在y轴左侧空间(第Ⅱ、Ⅲ象限)存在垂直纸面的匀强磁场,粒子从坐标原点O,沿与+y轴成30°的方向射入第二象限,恰好经过A点,求磁感应强度B.
正确答案
(1)在电场E1中:
①
lcosα=vot1②
在电场E2中:
③
lsinα=v0t2④
联立①②③④得:⑤
(2)设轨迹半径为R,轨迹如图所示,可见:OC=2Rsin30°①
由几何知识可得:②
解得:③
又由:④
得:⑤
由③⑤得:,方向垂直纸面向里;
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
25.如图,ABCD为竖直平面内的光滑绝缘轨道,其中AB段是倾斜的,倾角为370,BC段是水平的,CD段为半径R=0.15 m的半圆,三段轨道均光滑连接,整个轨道处在竖直向下的匀强电场中,场强大小E=5.0×103 V/m。一带正电的导体小球甲,在A点从静止开始沿轨道运动,与静止在C点不带电的相同小球乙发生弹性碰撞,碰撞后速度交换。已知甲、乙两球的质量均为m=1.0×10-2kg,小球甲所带电荷量为q甲=2.0×10-5C,g取10 m/s2,假设甲、乙两球可视为质点,并不考虑它们之间的静电力,且整个运动过程与轨道间无电荷转移。
(1)若甲、乙两球碰撞后,小球乙恰能通过轨道的最高点D,试求小球乙在刚过C点时对轨道的压力;
(2)若水平轨道足够长,在甲、乙两球碰撞后,小球乙能通过轨道的最高点D,则小球甲应至少从距BC水平面多高的地方滑下?
(3)若倾斜轨道AB可在水平轨道上移动,在满足(1)问和能垂直打在倾斜轨道的条件下,试问小球乙在离开D点后经多长时间打在倾斜轨道AB上?
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
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