- 电磁学
- 共4057题
如图,O.A.B为同一竖直平面内的三个点,OB沿竖直方向,=60°,OB=
OA。将一质量为m的小球以一定的初动能自O点水平向右抛出,小球在运动过程中恰好通过A点。使此小球带电,电荷量为q(q>0),同时加一匀强电场,场强方向与△OAB所在平面平行。现从O点以同样的初动能沿某一方向抛出此带电小球,该小球通过了A点,到达A点时的动能是初动能的3倍;若该小球从O点以同样的初动能沿另一方向抛出,恰好通过B点,且到达B点的动能为初动能的6倍,重力加速度大小为g。
求:(1)无电场时,小球到达A点时的动能与初动能的比值;
(2)电场强度的大小和方向。
正确答案
见解析
解析
(1)设小球的初速度为,初动能为
,从
点运动到A点的时间为t,令OA=d,则OB=
d,根据平抛运动的规律有
①
②
又有 ③
由①②③式得 ④
设小球到达A点时的动能为,则
⑤
由④⑤式得
=
⑥
(2)加电场后,小球从O点到A点和B点,高度分别降低了和
,设电势能分别减小
和
,由能量守恒及④式得
⑦
⑧
在匀强电场中,沿任一直线,电势的降落是均匀的。设直线OB上的M点与A点等电势,M与O点的距离为x,如图,则有
⑨
解得x=d,MA为等势线,电场必与其垂线OC方向平行。设电场方向与竖直向下的方向的夹角为,由几何关系可得
=30° ⑩
即电场方向与竖直向下的方向的夹角为30°。
设场强的大小为E,有
(11)
由④⑦(11)式得 E= (12)
知识点
从一个小孔射出的α、β、γ三种射线沿同一直线进入同一匀强磁场或匀强电场,这三种射线在场内的径迹情况有可能是( )AC
正确答案
解析
略
知识点
注入工艺中,初速度可忽略的离子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+
正确答案
解析
根据,认为两种粒子的质量近似相等,可得,粒子进入磁场时,动能之比为1:3,
,在磁场中做圆周运动的加速度
,轨道半径
,可得半径之比为
:1;加速度之比为:
;由几何关系知,P3+在磁场转过60o,带电粒子在磁场中速度不变,离开电场区域时的动能之比为1:3。
知识点
21.如图8所示的水平匀强电场中,将两个带电小球M和N分别沿图示路径移动到同一水平线上的不同位置,释放后,MN保持静止,不计重力,则( )
A.M的带电量比N大
B.M带负电荷,N带正电荷
C.静止时M受到的合力比N大
D.移动过程中匀强电场对M做负功
正确答案
BD
解析
知识点
如图所示,水平放置的不带电的平行金属板p和h相距h,与图示电路相连,金属板厚度不计,忽略边缘效应。p板上表面光滑,涂有绝缘层,其上O点右侧相距h处有小孔K;b板上有小孔T,且O、T在同一条竖直线上,图示平面为竖直平面。质量为m、电荷量为- q(q > 0)的静止粒子被发射装置(图中未画出)从O点发射,沿P板上表面运动时间t后到达K孔,不与板碰撞地进入两板之间。粒子视为质点,在图示平面内运动,电荷量保持不变,不计空气阻力,重力加速度大小为g。
(1)求发射装置对粒子做的功;
(2) 电路中的直流电源内阻为r,开关S接“1”位置时,进入板间的粒子落在h板上的A点,A点与过K孔竖直线的距离为l。此后将开关S接“2”位置,求阻值为R的电阻中的电流强度;
(3) 若选用恰当直流电源,电路中开关S接“l”位置,使进入板间的粒子受力平衡,此时在板间某区域加上方向垂直于图面的、磁感应强度大小合适的匀强磁场(磁感应强度B只能在0~Bm=范围内选取),使粒子恰好从b板的T孔飞出,求粒子飞出时速度方向与b板板面夹角的所有可能值(可用反三角函数表示)。
正确答案
见解析
解析
解析:(1)设粒子在p板上做匀速直线运动的速度为v0,有
h=v0t ①
设发射装置对粒子做的功为W,由动能定律
②
联立①②式可得 ③
说明:①②式各2分,③式各1分
(2)S接“1”位置时,电源的电动势E0与板间电势差U有
E0=U ④
板间产生匀强电场的场强为E,粒子进入板间时有水平方向的速度v0,在板间受到竖直方向的重力和电场力作用而做累平抛运动,设加速度为a,运动时间为t1,有
U=Eh ⑤
mg-qE=ma ⑥
⑦
l=v0 t1 ⑧
S接“2”位置时,则在电阻R上流过的电流I满足
⑨
联立①④~⑨式得 ⑩
说明:④~⑩式各1分
(3)由题意知此时在板间运动的粒子重力与电场力平衡,当粒子从K进入板间后立即进入磁场做匀速圆周运动,如图所示,粒子从D点出磁场区域后沿DT做匀速直线运动,DT与b板上表面的夹角为题目所求夹角θ,磁场的磁感应强度B取最大值时的夹角θ为最大值θm,设粒子做匀速圆周运动的半径为R,有
⑾
过D点作b板的垂线与b板的上表面交于G,由几何关系有
⑿
⒀
⒁
联立①⑾~⒁式,将B=Bm代入,求得
⒂
当B逐渐减小,粒子做匀速圆周运动的半径为R也随之变大,D点向b板靠近,DT与b板上表面的夹角θ也越变越小,当D点无限接近于b板上表面时,粒子离开磁场后在板间几乎沿着b板上表面从T孔飞出板间区域,此时Bm>B>0满足题目要求,夹角θ趋近θ0,即
θ0=0 ⒃
则题目所求为 ⒄
知识点
离子推进器是太空飞行器常用的动力系统,某种推进器设计的简化原理如图1所示,截面半径为R的圆柱腔分为两个工作区。I为电离区,将氙气电离获得1价正离子II为加速区,长度为L,两端加有电压,形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近0的初速度进入II区,被加速后以速度vM从右侧喷出。
I区内有轴向的匀强磁场,磁感应强度大小为B,在离轴线R/2处的C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动,截面如图2所示(从左向右看)。电子的初速度方向与中心O点和C点的连线成α角(0<α<90◦)。推进器工作时,向I区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为v0,电子在I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大,电离效果越好。已知离子质量为M;电子质量为m,电量为e。(电子碰到器壁即被吸收,不考虑电子间的碰撞)。
(1)求II区的加速电压及离子的加速度大小;
(2)为取得好的电离效果,请判断I区中的磁场方向(按图2说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”);
(3)ɑ为90◦时,要取得好的电离效果,求射出的电子速率v的范围;
(4)要取得好的电离效果,求射出的电子最大速率vM与α的关系。
正确答案
见解析
解析
解析:(1)由动能定理:
Ue=Mv2M
解得 U=
由运动学公式v2=2aL
解得a=v2M
(2)由右手定则磁场方向应垂直于纸面向外
(3)当α=900时,电子最大的圆直径为R,即半径r=
R
据得v=
所以
(4)做出临界轨迹圆与壁相切于B,圆心为A连接B、A、O,由几何知识知三者必然共线,
由余弦定理,
据
故
知识点
如图,场强大小为E.方向竖直向下的匀强电场中有一矩形区域abcd,水平边ab长为s,竖直边ad长为h。质量均为m.带电量分别为+q和-q的两粒子,由a.c两点先后沿ab和cd方向以速率v0进入矩形区(两粒子不同时出现在电场中)。不计重力。若两粒子轨迹恰好相切,则v0等于( )
正确答案
解析
略
知识点
5.如图,一充电后的平行板电容器的两极板相距l,在正极板附近有一质量为M、电荷量为q(q>0)的粒子,在负极板附近有另一质量为m、电荷量为-q的粒子,在电场力的作用下,两粒子同时从静止开始运动。已知两粒子同时经过一平行于正极板且与其相距的平面。若两粒子间相互作用力可忽略,不计重力,则M:m为( )
正确答案
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
7.一带正电的小球向右水平抛入范围足够大的匀强电场,电场方向水平向左,不计空气阻力,则小球
A.做直线运动
B.做曲线运动
C.速率先减小后增大
D.速率先增大后减小
正确答案
BC
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
7.如图所示,氕核、氘核、氚核三种粒子从同一位置无初速度地飘入电场线水平向右的加速电场,之后进入电场线竖直向下的匀强电场
发生偏转,最后打在屏上,整个装置处于真空中,不计粒子重力及其相互作用,那么( )
A.偏转电场对三种粒子做功一样多
B.三种粒子打到屏上时速度一样大
C.三种粒子运动到屏上所用时间相同
D.三种粒子一定打到屏上的同一位置
正确答案
AD
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
如图所示的电路,L是小灯泡,C是极板水平放置的平行板电容器,有一带电油滴悬浮在两极板间静止不动,若滑动变阻器的滑片向下滑动,则( )
正确答案
解析
略
知识点
如图所示,空间有一场强为E、水平向左的匀强电场,一质量为m、电荷量为+q的滑块(可视为质点)在粗糙绝缘水平面上由静止释放,在电场力的作用下向左做匀加速直线运动,运动位移为L时撤去电场。设滑块在运动过程中,电荷量始终保持不变,已知滑块与水平面间的动摩擦因数为μ。
(1)画出撤去电场前滑块运动过程中的受力示意图,并求出该过程中加速度a的大小;
(2)求滑块位移为L时速度v的大小;
(3)求撤去电场后滑块滑行的距离x。
正确答案
见解析。
解析
(1)滑块沿轨道向左运动过程中的受力如图所示。
根据牛顿运动定律:
又因为
所以
(2)物块向左做匀加速直线运动,根据运动学公式:
所以
(3)滑块在导轨运动的整个过程中,根据动能定理有
知识点
如图,S接a,带电微粒从P点水平射入平行板间,恰能沿直线射出,若S接b,相同微粒仍从P水平射入,则微粒( )
正确答案
解析
略
知识点
如图,初速为零的电子经加速电场加速后,垂直射入偏转电场,射出时偏转位移为d,若要使d增大些,下列哪些措施是可行的( )
正确答案
解析
略
知识点
23.在xOy平面内,有沿y轴负方向的匀强电场,场强大小为E(图中未画出),由A点斜射出一质量为m,带电量为+q的粒子,B和C是粒子运动轨迹上的两点,如图所示,其中l0为常数。粒子所受重力忽略不计,求:
(1) 粒子从A到C过程中电场力对它做的功;
(2) 粒子从A到C过程所经历的时间;
(3) 粒子经过C点时的速率。
正确答案
(1)。
(2)根据抛体运动的特点,粒子在x方向做匀速直线运动,由对称性可知轨迹最高点D在y轴上,可令,则
由,得
又,
,解得
则A到C过程所经历的时间
(3)粒子在DC段做平抛运动,于是有
,
解析
解析已在路上飞奔,马上就到!
知识点
扫码查看完整答案与解析