全国名校高考物理电场与磁场专题训练.docx
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全国名校高考物理电场与磁场专题训练
1.如图所示虚线所围的区域内(为真空环境),存在电场强度为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场.已知从左方水平射入的电子,穿过这区域时未发生偏转.设重力可忽略,则在这区域中的E和B的方向可能是()
E,B
A、E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相同
B、E和B都沿水平方向,并与电子运动方向相反
C、E竖直向上,B水平、垂直纸面向外
D、E竖直向上,B水平、垂直纸面向里
2.如图所示,虚线间空间存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场,有一个带正电小球(电量为+q,质量为m)从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下,那么,带电小球可能沿直线通过下列的哪个电磁混合场()
3.如图所示,有一带电小球,从两竖直的带电平行板上方某高度处自由落下,两板间匀强磁场方向垂直纸面向外,则小球通过电场、磁场空间时()
A.可能做匀加速直线运动
B.一定做曲线运动
C.只有重力做功
D.电场力对小球一定做正功
~
4.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示.它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近,分别和高频交流电源相连接,两盒间的窄缝中形成匀强电场,使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。
两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,带电粒子在磁场中做圆周运动,通过两盒间的窄缝时反复被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。
如果用同一回旋加速器分别加速氚核(
)和α粒子(
)比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小,有()
A.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能也较大
B.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小
C.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能也较小
D.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能较大
e
5.在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一与磁场方向垂直长度为L金属杆aO,已知ab=bc=cO=L/3,a、c与磁场中以O为圆心的同心圆金属轨道始终接触良好.一电容为C的电容器接在轨道上,如图所示,当金属杆在与磁场垂直的平面内以O为轴,以角速度ω顺时针匀速转动时()
A.Uac=2Uab
B.Uac=2Ub0
C.电容器带电量Q
D.若在eO间连接一个理想电压表,则电压表示数为零
6.磁流体发电是一项新兴技术,它可以把气体的内能直接转化为电能,下图是它的示意图.平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场,磁感应强度为B,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)垂直于B的方向喷入磁场,每个离子的速度为v,电荷量大小为q,A、B两板间距为d,稳定时下列说法中正确的是()
A.图中A板是电源的正极B.图中B板是电源的正极
C.电源的电动势为BvdD.电源的电动势为Bvq
7.由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪原理图如图所示,它曾由航天飞机携带升空,将来安装在阿尔法国际航空站中,主要使命之一是探索宇宙中的反物质。
反物质由反粒子组成,反粒子的质量与正粒子相同,带电量与正粒子相等但电性符号相反,例如反质子是
。
假若使一束质子、反质子、
粒子、反
粒子组成的射线,通过
进入匀强磁场B2而形成4条径迹,如图所示,则反
粒子的径迹为()
A.1B.2C.3D.4
8.如图所示,某一真空室内充满竖直向下的匀强电场E,在竖直平面内建立坐标系xoy,在y<0的空间里有与场强E垂直的匀强磁场B,在y>0的空间内,将一质量为m的带电液滴(可视为质点)自由释放,此液滴则沿y轴的负方向,以加速度a=2g(g为重力加速度)作匀加速直线运动,当液滴运动到坐标原点时,瞬间被安置在原点的一个装置改变了带电性质(液滴所带电荷量和质量均不变),随后液滴进入y<0的空间内运动.液滴在y<0的空间内运动过程中()
A.重力势能一定是不断减小B.电势能一定是先减小后增大
C.动能不断增大D.动能保持不变
9.如图所示,相距为d的两平行金属板水平放置,开始开关S合上使平行板电容器带电.板间存在垂直纸面向里的匀强磁场.一个带电粒子恰能以水平速度v向右匀速通过两板间.在以下方法中,要使带电粒子仍能匀速通过两板,(不考虑带电粒子所受重力)正确的是()
A.把两板间距离减小一倍,同时把粒子速率增加一倍
B.把两板的距离增大一倍,同时把板间的磁场增大一倍
C.把开关S断开,两板的距离增大一倍,同时把板间的磁场减小一倍
D.把开关S断开,两板的距离减小一倍,同时把粒子速率减小一倍
F
10.如图所示,虚线EF的下方存在着正交的匀强电场和匀强磁场,电场强度为E,磁感应强度为B.一带电微粒自离EF为h的高处由静止下落,从B点进入场区,做了一段匀速圆周运动,从D点射出.下列说法正确的是()
A.微粒受到的电场力的方向一定竖直向上
B.微粒做圆周运动的半径为
C.从B点运动到D点的过程中微粒的电势能先增大后减小
D.从B点运动到D点的过程中微粒的电势能和重力势能之和在最低点C最小
11.如图所示,平行金属板M、N之间的距离为d,其中匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于纸面向外,有带电量相同的正负离子组成的等离子束,以速度v沿着水平方向由左端连续射入,电容器的电容为C,当S闭合且平行金属板M、N之间的内阻为r。
电路达到稳定状态后,关于电容器的充电电荷量Q说法正确的是()
A.当S断开时,
B.当S断开时,
C.当S闭合时,
D.当S闭合时,
12。
如图所示,水平正对放置的带电平行金属板间的匀强电场方向竖直向上,匀强磁场方向垂直纸面向里,一带电小球从光滑绝缘轨道上的a点由静止释放,经过轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做匀速直线运动.现在使小球从稍低些的b点由静止释放,经过轨道端点P进入两板之间的场区.关于小球和小球现在的运动情况,以下判断中正确的是()
A.小球可能带负电B.小球在电、磁场中运动的过程动能增大
C.小球在电、磁场中运动的过程电势能增大
D.小球在电、磁场中运动的过程机械能总量不变
13.如图,电源电动势为E,内阻为r,滑动变阻器电阻为R,开关S闭合。
两平行极板间有匀强磁场,一带电粒子正好以速度v匀速穿过两板,以下说法正确的是()
A.保持开关S闭合,将滑片P向上滑动一点,粒子将可能从下极板边缘射出
B.保持开关S闭合,将滑片P向下滑动一点,粒子将可能从下极板边缘射出
C.保持开关S闭合,将a极板向下移动一点,粒子将继续沿直线穿出
D.如果将开关S断开,粒子将继续沿直线穿出
14.某制药厂的污水处理站的管道中安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极,当含有大量正负离子(其重力不计)的污水充满管口从左向右流经该装置时,利用电压表所显示的两个电极间的电压U,就可测出污水流量Q(单位时间内流出的污水体积).则下列说法正确的是()
A.后表面的电势一定高于前表面的电势,与正负哪种离子多少无关
B.若污水中正负离子数相同,则前后表面的电势差为零
C.流量Q越大,两个电极间的电压U越大
D.污水中离子数越多,两个电极间的电压U越大
图14
20070327
15.地面附近空间中存在着水平方向的匀强电场和匀强磁场,已知磁场方向垂直纸面向里,一个带电油滴能沿一条与竖直方向成α角的直线MN运动(MN在垂直于磁场方向的平面内),如图14所示,则以下判断中正确的是()
A.如果油滴带正电,它是从M点运动到N点
B.如果油滴带正电,它是从N点运动到M点
C.如果电场方向水平向左,油滴是从M点运动到N点
D.如果电场方向水平向右,油滴是从M点运动到N点
16.地球大气层外部有一层复杂的电离层,既分布有地磁场,也分布有电场,假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图所示的电场和磁场;电场的方向在纸面内斜向左下方,磁场的方向垂直纸面向里.此时一带电宇宙粒子,恰以速度钐垂直于电场和磁场射入该区域,不计重力作用,则在该区域中,有关该带电粒子的运动情况可能的是()
A.仍作直线运动B.立即向左下方偏转
C.立即向右上方偏转D.可能做匀速圆周运动
17.如图所示,粒子源S可以不断地产生质量为m、电荷量为+q的粒子(重力不计).粒子从O1孔漂进(初速不计)一个水平方向的加速电场,再经小孔O2进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域,电场强度大小为E,磁感应强度大小为B1,方向如图.虚线PQ、MN之间存在着水平向右的匀强磁场,磁感应强度大小为B2(图中未画出).有一块折成直角的硬质塑料板abc(不带电,宽度很窄,厚度不计)放置在PQ、MN之间(截面图如图),a、c两点恰在分别位于PQ、MN上,ab=bc=L,α=45°.现使粒子能沿图中虚线O2O3进入PQ、MN之间的区域.
(1)求加速电压U1.
(2)假设粒子与硬质塑料板相碰后,速度大小不变,方向变化遵守光的反射定律.粒子在PQ、MN之间的区域中运动的时间和路程分别是多少?
N
18.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的粒子以速度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轴上的N点和P点最后又回到M点,设OM=L,ON=2L.求:
(1)带电粒子的电性,电场强度E的大小;
(2)带电粒子到达N点时的速度大小和方向;
(3)匀强磁场的磁感应强度的大小和方向;
(4)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。
19.在平面直角坐标系xOy中,第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第IV象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上的N点与x轴正方向成60º角射入磁场,最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场,如图所示.不计粒子重力,求:
y
⑴M、N两点间的电势差UMN;
⑵粒子在磁场中运动的轨道半径r;
⑶粒子从M点运动到P点的总时间t.
20.在如图所示,x轴上方有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为B,x轴下方有一匀强电场,电场强度的大小为E,方向与y轴的夹角θ为450且斜向上方.现有一质量为m电量为q的正离子,以速度v0由y轴上的A点沿y轴正方向射入磁场,该离子在磁场中运动一段时间后从x轴上的C点进入电场区域,该离子经C点时的速度方向与x轴夹角为450.不计离子的重力,设磁场区域和电场区域足够大.求:
(1)C点的坐标;
(2)离子从A点出发到第三次穿越x轴时的运动时间;
(3)离子第四次穿越x轴时速度的大小及速度方向与电场方向的夹角.
θ
21.如图所示,在竖直平面内放置一长为L的薄壁玻璃管,在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球,小球带电荷量为-q、质量为m。
玻璃管右边的空间存在着匀强电场与匀强磁场的复合场。
匀强磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度为B;匀强电场方向竖直向下,电场强度大小为mg/q。
电磁场的左边界与玻璃管平行,右边界足够远。
玻璃管带着小球以水平速度v0垂直于左边界向右运动,由于水平外力F的作用,玻璃管进入磁场后速度保持不变,经一段时间后小球从玻璃管b端滑出并能在竖直平面内自由运动,最后从左边界飞离电磁场。
设运动过程中小球的电荷量保持不变,不计一切阻力。
求:
(1)小球从玻璃管b端滑出时速度的大小。
(2)从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中,外力F随时间t变化的关系。
(3)通过计算画出小球离开玻璃管后的运动轨迹。
22.在如图所示的直角坐标系中,
轴的上方有与
轴正方向成45°角的匀强电场,场强的大小为
V/m.
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q/m=2×108C/kg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
;
(2)电荷在磁场中运动轨迹的半径;(3)电荷第三次到达x轴上的位置.
(3)轨迹圆与x轴相交的弦长为
23.如图甲所示,在直角坐标系y轴右侧虚线区域内,分布着场强
的匀强电场,方向竖直向上;在y轴左侧虚线区域内,分布着
、方向垂直纸面且随时间作周期性变化的磁场,如图乙所示(以垂直纸面向外为正)。
虚线所在位置的横坐标在图中已标出。
T=0时刻,一质量m=1.6×10—27kg,电荷量
的带电粒子(不计重力),从点
处以
的速度平行于x轴向右射入磁场。
(磁场改变方向的瞬间,粒子速度不变)
(1)求磁场方向第一次改变时,粒子所处位置的坐标。
(2)在图甲中画出粒子从射入磁场到射出电场过程中运动的轨迹。
(3)求粒子射出电场时的动能。
设磁场方向第一次改变时,粒子运动到
点,
24.如图所示,某一真空区域内充满匀强电场和匀强磁场,此区域的宽度d=8cm,电场强度为E,方向竖直向下,磁感应强度为B,方向垂直纸面向里,一电子以一定的速度沿水平方向射入此区域.若电场与磁场共存,电子穿越此区域时恰好不发生偏转;若射入时撤去磁场,电子穿越电场区域时,沿电场方向偏移量y=3.2cm;若射入时撤去电场,电子穿越磁场区域时也发生了偏转.不计重力作用,求:
(1)电子射入时的初速度的表达式;
(2)电子比荷的表达式;
(3)画出电子穿越磁场区域时(撤去电场时)的轨迹并标出射出磁场时的偏转角
;
(4)电子穿越磁场区域后(撤去电场时)的偏转角
.
25.如图所示,地面上方竖直界面N左侧空间存在着水平的、垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=2.0T.与N平行的竖直界面M左侧存在竖直向下的匀强电场,电场强度E1=100N/C.在界面M与N之间还同时存在着水平向左的匀强电场,电场强度E2=200N/C.在紧靠界面M处有一个固定在水平地面上的竖直绝缘支架,支架上表面光滑,支架上放有质量m2=1.8×10-4kg的带正电的小物体b(可视为质点),电荷量q2=1.0×10-5C.一个质量m1=1.8×10-4kg,电荷量q1=3.0×10-5C的带负电小物体(可视为质点)a以水平速度v0射入场区,沿直线运动并与小物体b相碰,a、b两个小物体碰后粘合在一起成小物体c,进入界面M右侧的场区,并从场区右边界N射出,落到地面上的Q点(图中未画出).已知支架顶端距地面的高度h=1.0m,M和N两个界面的距离L=0.10m,g取10m/s2.求:
(1)小球a水平运动的速率;
(2)物体c刚进入M右侧的场区时的加速度;
(3)物体c落到Q点时的速率.
+
26.如图,真空中有一个平行板电容器,极板长L0=10cm,间距d=
cm,两极板接在电压u=200sin(100πt)V的交流电源上,在平行板电容器右端L1=20cm处有一个范围足够大的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度为B=
×10-2T.一束带正电的粒子以v0=
×105m/s的速度沿着两极板的中轴线飞入电场,粒子的比荷q/m=1×108C/kg,不计粒子的重力.问:
(1)何时飞入的粒子在电场中不发生偏转?
这样的粒子进入磁场的深度多大?
(2)何时飞入的粒子在离开电场时偏转最大?
这样的粒子进入磁场的深度多大?
(3)第
(2)问中的粒子从飞入电场到离开磁场经过的总时间为多大?
27.如图所示,在真空中,半径为b的虚线所围的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外.在磁场右侧有一对平行金属板M和N,两板间距离也为b,板长为2b,两板的中心线O1O2与磁场区域的圆心O在同一直线上,两板左端与O1也在同一直线上.有一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子,以速率v0从圆周上的P点沿垂直于半径OO1并指向圆心O的方向进人磁场,当从圆周上的O1点飞出磁场时,给M、N板加上如右边图所示电压u.最后粒子刚好以平行于N板的速度,从N板的边缘飞出.不计平行金属板两端的边缘效应及粒子所受的重力.
(1)求磁场的磁感应强度B的大小;
(2)求交变电压的周期T和电压U0的值;
(3)若t=时,将该粒子从MN板右侧沿板的中心线O2O1,仍以速率v0射人M、N之间,求粒子从磁场中射出的点到P点的距离.
28.如图所示,相距2L的AB、CD两直线间的区域存在着两个大小不同、方向相反的有界匀强电场,其中PT上方的电场E1的场强方向竖直向下,PT下方的电场E0的场强方向竖直向上,在电场左边界AB上宽为L的PQ区域内,连续分布着电量为+q、质量为m的粒子。
从某时刻起由Q到P点间的带电粒子,依次以相同的初速度v0沿水平方向垂直射入匀强电场E0中,若从Q点射入的粒子,通过PT上的某点R进入匀强电场E1后从CD边上的M点水平射出,其轨迹如图,若MT两点的距离为L/2。
不计粒子的重力及它们间的相互作用。
试求:
(1)电场强度E0与E1;
(2)在PQ间还有许多水平射入电场的粒子通过电场后也能垂直CD边水平射出,这些入射点到P点的距离有什么规律?
(3)有一边长为a、由光滑绝缘壁围成的正方形容器,在其边界正中央开有一小孔S,将其置于CD右侧,若从Q点射入的粒子经AB、CD间的电场从S孔水平射入容器中。
欲使粒子在容器中与器壁多次垂直碰撞后仍能从S孔射出(粒子与绝缘壁碰撞时无能量和电量损失),并返回Q点,在容器中现加上一个如图所示的匀强磁场,粒子运动的半径小于a,磁感应强度B的大小还应满足什么条件?
R
29.自由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,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
,磁场的磁感应强度大小
T,规定磁场方向垂直纸而向外为正方向。
现将初速度为零的电子经电压
V的电场加速后,从坐标原点沿x轴正方向射入磁场。
电子电荷量
C,电子质量m取
kg,不计电子的重力,不考虑电子因高速运动而产生的影响。
(1)电子从坐标原点进入磁场时的速度大小为多少?
(2)请在图甲中画出x=0至x=4L区域内电子在磁场中运动的轨迹,计算电子通过图中各磁场区域边界时位置的纵坐标并在图中标出;
(3)从x=0至x=NL(N为整数)区域内电子运动的平均速度大小为多少
,
30.如图所示,虚线上方有场强为E的匀强电
场,方向竖直向下,虚线上下有磁感应强度相同的匀强磁场,方向垂直纸面向外,ab是一根长为l的绝缘细杆,沿电场线放置在虚线上方的场中,b端在虚线上,将一套在杆上的带正电的小球从a端由静止释放后,小球先作加速运动,后作匀速运动到达b端,已知小球与绝缘杆间的动摩擦系数
=0.3,小球重力忽略不计,当小球脱离杆进入虚线下方后,运动轨迹是半圆,圆的半径是l/3,求带电小球从a到b运动过程中克服摩擦力所做的功与电场力所做功的比值。
31.如图所示,xOy位于竖直平面内,以竖直向上为y轴正方向,在y轴左侧有正交的匀强磁场和电场,其中匀强磁场垂直于xOy平面向里、磁感应强度为B,匀强电场方向向上、电场强度为E0;y轴右侧有竖直方向的匀强电场,场强的方向和大小都做周期性的变化。
电场方向向下时电场强度为E1,方向向上时电场强度为E2。
在坐标为(-R,R)处和第一象限某处有完全相同的带正电的微粒P和Q,带电量为
。
现以一定的速度水平向左释放微粒P,P在竖直面内恰好做匀速圆周运动,同时由静止释放Q,且只有Q每次经过x轴时y轴右侧的电场方向才发生改变。
要使两微粒总是以相同的速度同时通过x轴,求:
(1)场强E1和E2的大小及其变化周期T。
(2)在E-t图中做出该电场的变化图象(以释放电荷P时作为初始时刻,竖直向上为场强的正方向),要求至少画出两个周期的图象。
32.一对平行金属板水平放置,板间距离为d,板间有磁感应强度为B的水平向里的匀强磁场,将金属板连入如图所示的电路,已知电源内阻为r,滑动变阻器的总电阻为R.现将开关S闭合,并调节滑动触头P至右端长度为总长度的
,一质量为m、电荷量为q的带电质点从两板正中央左端以某一初速度水平飞入场区,恰好做匀速圆周运动.
(1)求电源的电动势:
(2)若将滑动变阻器的滑动触头P调到R的正中间位置,可以使原带电质点以水平直线从两板间穿过,求该质点进入磁场的初速度v0;
(3)若将滑动变阻器的滑动触头P调到R的最左端,原带电质点恰好能从金属板边缘飞出,求质点飞出时的动能。
33.如图所示的坐标系,x轴沿水平方向,y轴沿竖直方向。
在x轴上方空间的第一、第二象限内,既无电场也无磁场,第三象限,存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直xy平面(纸面)向里的匀强磁场,在第四象限,存在沿y轴负方向、场强大小与第三象限电场场强相等的匀强电场。
一质量为m、电量为q的带电质点,从y轴上y=h处的P1点以一定的水平初速度沿x轴负方向进入第二象限。
然后经过x轴上x=-2h处的P2点进入第三象限,带电质点恰好能做匀速圆周运动,之后经过y轴上y=-2h处的P3点进入第四象限。
已知重力加速度为g。
求:
(1)粒子到达P2点时速度的大小和方向;
(2)第三象限空间中电场强度和磁感应强度的大小;
(3)带电质点在第四象限空间运动过程中最小速度的大小和方向。
34.如图所示的直角坐标系中,在直线x=-2l0到y轴区域内存在着两个大小相等、方向相反的有界匀强电场,其中x轴上方的电场方向沿y轴负方向,x轴下方的电场方向沿y轴正方向。
在电场左边界上A(-2l0,-l0)到C(-2l0,0)区域内,连续分布着电量为+q、质量为m的粒子。
从某时刻起由A点到C点间的粒子,依次连续以相同的速度v0沿x轴正方向射入电场。
若从A点射入的粒子,恰好从y轴上的A′(0,l0)沿x轴正方向射出电场,其轨迹如图。
不计粒子的重力及它们间的相互作用。
⑴求匀强电场的电场强度E;
⑵求在AC间还有哪些位置的粒子,通过电场后也能沿x轴正方向运动?
⑶若以直线x=2l0上的某点为圆心的圆形区域内,分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场,使沿x轴正方向射出电场的粒子,经磁场偏转后,都能通过直线x=2l0与圆形磁场边界的一个交点处,而便于被收集,则磁场区域的最小半径是多大?
相应的磁感应强度B是多大?
x=2l0