專題12、磁場
題型一、通電導(dǎo)線在磁場中的受力以及場強(qiáng)的矢量性疊加
題型二、帶電粒子在純磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇題類
題型三、帶電粒子在電、磁復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)選擇題類
題型四、磁場類中難題
題型一、通電導(dǎo)線在磁場中的受力以及場強(qiáng)的矢量性疊加
1.(2019全國1)如圖,等邊三角形線框LMN由三根相同的導(dǎo)體棒連接而成,固定于勻強(qiáng)磁場中,線框平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直,線框頂點(diǎn)M、N與直流電源兩端相接,已如導(dǎo)體棒MN受到的安培力大小為F,則線框LMN受到的安培力的大小為()
A.2F
B.1.5F
C.0.5F
D.0
2.(2017·新課標(biāo)Ⅲ卷)如圖,在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場中,兩長直導(dǎo)線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導(dǎo)線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時(shí),紙面內(nèi)與兩導(dǎo)線距離均為l的a點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為()
A.0
B.
C.
D.2B0
3.(2017·新課標(biāo)1卷)如圖,三根相互平行的固定長直導(dǎo)線L1、L2和L3兩兩等距,均通有電流,L1中電流方向與L2中的相同,與L3中的相反,下列說法正確的是()
A.L1所受磁場作用力的方向與L2、L3所在平面垂直
B.L3所受磁場作用力的方向與L1、L2所在平面垂直
C.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為
D.L1、L2和L3單位長度所受的磁場作用力大小之比為
4.(2014·新課標(biāo)全國卷)
關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中所受的安培力,下列說法正確的是()
A.安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線
B.安培力的方向總是垂直于磁場的方向
C.安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān)
D.將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角,安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话?/p>
5.(2014·重慶卷)某電子天平原理如題8圖所示,E形磁鐵的兩側(cè)為N極,中心為S極,兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,磁極寬度均為L,忽略邊緣效應(yīng),一正方形線圈套于中心磁極,其骨架與秤盤連為一體,線圈兩端C、D與外電路連接,當(dāng)質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時(shí),彈簧被壓縮,秤盤和線圈一起向下運(yùn)動(dòng)(骨架與磁極不接觸),隨后外電路對線圈供電,秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時(shí)的位置并靜止,由此時(shí)對應(yīng)的供電電流I可確定重物的質(zhì)量,已知線圈匝數(shù)為n,線圈電阻為R,重力加速度為g.問
(1)線圈向下運(yùn)動(dòng)過程中,線圈中感應(yīng)電流是從C端還是從D端流出?
(2)供電電流I是從C端還是D端流入?求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系.
(3)若線圈消耗的最大功率為P,該電子天平能稱量的最大質(zhì)量是多少?
6.(2016
全國)如圖,兩固定的絕緣斜面傾角均為,上沿相連。兩細(xì)金屬棒ab(僅標(biāo)出a端)和cd(僅標(biāo)出c端)長度均為,質(zhì)量分別為和;用兩根不可伸長的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca,并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上,使兩金屬棒水平。右斜面上存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為,方向垂直于斜面向上。已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場中,回路電阻為,兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為,重力加速度大小為。已知金屬棒勻速下滑。求
(1)
作用在金屬棒上的安培力的大小;
(2)
金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小。
題型二、帶電粒子在純磁場中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇題類
7.(2019北京)如圖所示,正方形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場。一帶電粒子垂直磁場邊界從a點(diǎn)射入,從b點(diǎn)射出。下列說法正確的是()
A.粒子帶正電
B.粒子在b點(diǎn)速率大于在a點(diǎn)速率
C.若僅減小磁感應(yīng)強(qiáng)度,則粒子可能從b點(diǎn)右側(cè)射出
D.若僅減小入射速率,則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間變短
8.(2019全國2)如圖,邊長為l的正方形abcd內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面(abcd所在平面)向外。ab邊中點(diǎn)有一電子發(fā)源O,可向磁場內(nèi)沿垂直于ab邊的方向發(fā)射電子。已知電子的比荷為k。則從a、d兩點(diǎn)射出的電子的速度大小分別為()
A.,B.,C.,D.,9.(2019全國3)如圖,在坐標(biāo)系的第一和第二象限內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為和B、方向均垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子垂直于x軸射入第二象限,隨后垂直于y軸進(jìn)入第一象限,最后經(jīng)過x軸離開第一象限。粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為()
A.B.C.D.10.(2017·新課標(biāo)2卷)如圖,虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,P為磁場邊界上的一點(diǎn)。大量相同的帶電粒子以相同的速率經(jīng)過P點(diǎn),在紙面內(nèi)沿不同的方向射入磁場。若粒子射入速率為,這些粒子在磁場邊界的出射點(diǎn)分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為,相應(yīng)的出射點(diǎn)分布在三分之一圓周上。不計(jì)重力及帶電粒子之間的相互作用。則為()
A.
B.
C.
D.
11.(2016全國新課標(biāo)2卷)一圓筒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與筒的軸平行,筒的橫截面如圖所示.圖中直徑MN的兩端分別開有小孔.筒繞其中心軸以角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng).在該截面內(nèi),一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi),射入時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與MN成角.當(dāng)筒轉(zhuǎn)過時(shí),該粒子恰好從小孔N飛出圓筒.不計(jì)重力.若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞,則帶電粒子的比荷為().A.
B.
C.
D.
12.(2016四川)如圖所示,正六邊形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場。一帶正電的粒子從點(diǎn)沿
方向射入磁場區(qū)域,當(dāng)速度大小為時(shí),從點(diǎn)離開磁場,在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為,當(dāng)速度大小為時(shí),從點(diǎn)離開磁場,在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為,不計(jì)粒子重力。則()。
A.,B.,C.,D.,13.(2014全國卷1)
如圖所示,MN為鋁質(zhì)薄平板,鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強(qiáng)磁場(未面出),一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點(diǎn)垂直于鋁板向上射出,從Q點(diǎn)穿越鋁板后到達(dá)PQ的中點(diǎn)O,已知粒子穿越鋁板時(shí),其動(dòng)能損失一半,速度方向和電荷量不變.不計(jì)重力.鋁板上方和下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為()
A.2
B.C.1
D.14.(2014·新課標(biāo)2)圖為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖.圖中,永磁鐵提供勻強(qiáng)磁場,硅微條徑跡探測器可以探測粒子在其中運(yùn)動(dòng)的軌跡.宇宙射線中有大量的電子、正電子和質(zhì)子.當(dāng)這些粒子從上部垂直進(jìn)入磁場時(shí),下列說法正確的是()
A.電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同
B.電子與正電子在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑一定相同
C.僅依據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡無法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子
D.粒子的動(dòng)能越大,它在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越小
15.(2014·安徽卷)
“人造小太陽”托卡馬克裝置使用強(qiáng)磁場約束高溫等離子體,使其中的帶電粒子被盡可能限制在裝置內(nèi)部,而不與裝置器壁碰撞.已知等離子體中帶電粒子的平均動(dòng)能與等離子體的溫度T成正比,為約束更高溫度的等離子體,則需要更強(qiáng)的磁場,以使帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑不變.由此可判斷所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度B正比于()
A.B.T
C.D.T2
16.(2014·北京卷)帶電粒子a、b在同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),它們的動(dòng)量大小相等,a運(yùn)動(dòng)的半徑大于b運(yùn)動(dòng)的半徑.若a、b的電荷量分別為qa、qb,質(zhì)量分別為ma、mb,周期分別為Ta、Tb.則一定有()
A.qa B.ma C.Ta D.17.(2015新課標(biāo)1)兩相鄰的勻強(qiáng)磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不同,方向平行。一速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的帶電粒子(不計(jì)重力),從較強(qiáng)磁場區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場區(qū)域后,粒子的() A.軌道半徑減小,角速度增大 B.軌道半徑減小,角速度減小 C.軌道半徑增大,角速度增大 D.軌道半徑增大,角速度減小 18.(2015廣東)在同一勻強(qiáng)磁場中,a粒子()和質(zhì)子()做勻速圓周運(yùn)動(dòng),若它們的動(dòng)量大小相等,則a粒子和質(zhì)子() A、運(yùn)動(dòng)半徑之比是2:1 B、運(yùn)動(dòng)周期之比是2:1 C、運(yùn)動(dòng)速度大小之比是4:1 D.受到的洛倫茲力之比是2:1 19.(2016全國2)一圓筒處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,磁場方向與筒的軸平行,筒的橫截面如圖所示。圖中直徑MN的兩端分別開有小孔,筒繞其中心軸以角速度ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。在該截面內(nèi),一帶電粒子從小孔M射入筒內(nèi),射入時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向與MN成30°角。當(dāng)筒轉(zhuǎn)過90°時(shí),該粒子恰好從小孔N飛出圓筒。不計(jì)重力。若粒子在筒內(nèi)未與筒壁發(fā)生碰撞,則帶電粒子的比荷為() A. B. C. D. 題型三、帶電粒子在電、磁復(fù)合場中運(yùn)動(dòng)選擇題類 20.(2019天津)筆記本電腦機(jī)身和顯示屏對應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開啟時(shí)磁體遠(yuǎn)離霍爾元件,電腦正常工作;當(dāng)顯示屏閉合時(shí)磁體靠近霍爾元件,屏幕熄滅,電腦進(jìn)入休眠狀態(tài)。如圖所示,一塊寬為、長為的矩形半導(dǎo)體霍爾元件,元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為的自由電子,通入方向向右的電流時(shí),電子的定向移動(dòng)速度為v。當(dāng)顯示屏閉合時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強(qiáng)磁場中,于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓,以此控制屏幕的熄滅。則元件的() A.前表面的電勢比后表面的低 B.前、后表面間的電壓與v無關(guān) C.前、后表面間的電壓與成正比 D.自由電子受到的洛倫茲力大小為 21.(2017·新課標(biāo)1卷)如圖,空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場方向豎直向上(與紙面平行),磁場方向垂直于紙面向里,三個(gè)帶正電的微粒a、b、c電荷量相等,質(zhì)量分別為ma、mb、mc。已知在該區(qū)域內(nèi),a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng)。下列選項(xiàng)正確的是() A. B. C. D. 22.(2016全國新課標(biāo)1)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子,其示意圖如圖所示,其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速,經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速,為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場,需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為() A.11 B.12 C.121 D.144 23.(2014·山東卷)如圖所示,場強(qiáng)大小為E、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場中有一矩形區(qū)域abcd,水平邊ab長為s,豎直邊ad長為h.質(zhì)量均為m、帶電荷量分別為+q和-q的兩粒子,由a、c兩點(diǎn)先后沿ab和cd方向以速率v0進(jìn)入矩形區(qū)(兩粒子不同時(shí)出現(xiàn)在電場中).不計(jì)重力.若兩粒子軌跡恰好相切,則v0等于() A.B.C.D.24.(2016全國1)現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子,其示意圖如圖所示,其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速,經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速,為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場,需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為() A.11 B.12 C.121 D.144 題型四、磁場類中難題 25.(2019全國1)如圖,在直角三角形OPN區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外。一帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)電壓U加速后,沿平行于x軸的方向射入磁場;一段時(shí)間后,該粒子在OP邊上某點(diǎn)以垂直于x軸的方向射出。已知O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),N點(diǎn)在y軸上,OP與x軸的夾角為30°,粒子進(jìn)入磁場的入射點(diǎn)與離開磁場的出射點(diǎn)之間的距離為d,不計(jì)重力。求 (1)帶電粒子的比荷; (2)帶電粒子從射入磁場到運(yùn)動(dòng)至x軸的時(shí)間。 26.(2018全國3)如圖,從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子,由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng),自M點(diǎn)垂直于磁場邊界射入勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面向里,磁場左邊界豎直。已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1,并在磁場邊界的N點(diǎn)射出;乙種離子在MN的中點(diǎn)射出;MN長為l。不計(jì)重力影響和離子間的相互作用。求: (1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小; (2)甲、乙兩種離子的比荷之比。 27.(2015江蘇卷)回旋加速器的工作原理如題15-1圖所示,置于真空中的D形金屬盒半徑為R,兩盒間狹縫的間距為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直,被加速粒子的質(zhì)量為m,電荷量為+q,加在狹縫間的交變電壓如題15-2圖所示,電壓值的大小為U0.周期T=.一束該種粒子在t=0~時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫,其初速度視為零.現(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過狹縫均做加速運(yùn)動(dòng),不考慮粒子間的相互作用.求: (1)出射粒子的動(dòng)能; (2)粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到所需的總時(shí)間; (3)要使飄入狹縫的粒子中有超過99%能射出,d應(yīng)滿足的條件. 28.(2013山東) 如圖所示,在坐標(biāo)系xOy的第一、第三象限內(nèi)存在相同的勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于xOy平面向里;第四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度大小為E.一帶電量為+q、質(zhì)量為m的粒子,自y軸上的P點(diǎn)沿x軸正方向射入第四象限,經(jīng)x軸上的Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限,隨即撤去電場,以后僅保留磁場.已知OP=d,OQ=2d,不計(jì)粒子重力. (1)求粒子過Q點(diǎn)時(shí)速度的大小和方向. (2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一確定值B0,粒子將以垂直y軸的方向進(jìn)入第二象限,求B0.29.(2016北京卷)如圖所示,質(zhì)量為m,電荷量為q的帶電粒子,以初速度v沿垂直磁場方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。不計(jì)帶電粒子所受重力。 (1)求粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R和周期T; (2)為使該粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng),還需要同時(shí)存在一個(gè)與磁場方向垂直的勻強(qiáng)電場,求電場強(qiáng)度E的大小。 30.(2014·全國卷) 如圖,在第一象限存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面(xy平面)向外;在第四象限存在勻強(qiáng)電場,方向沿x軸負(fù)向.在y軸正半軸上某點(diǎn)以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子,該粒子在(d,0)點(diǎn)沿垂直于x軸的方向進(jìn)入電場.不計(jì)重力.若該粒子離開電場時(shí)速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ,求: (1)電場強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的比值; (2)該粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間. 31.(2015福建)如圖,絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場方向水平向右,電場強(qiáng)度大小為E,磁場方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始沿MN下滑,到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開MN做曲線運(yùn)動(dòng)。A、C兩點(diǎn)間距離為h,重力加速度為g。 (1)求小滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小vc; (2)求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf; (3)若D點(diǎn)為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過程中速度最大的位置,當(dāng)小滑塊運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)撤去磁場,此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到水平地面上的P點(diǎn)。已知小滑塊在D點(diǎn)時(shí)的速度大小為vD,從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為t,求小滑塊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)速度的大小vp.32.(2015江蘇)一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示,電荷量均為+q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為的加速電場,其初速度幾乎為零,這些離子經(jīng)過加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,最后打在底片上,已知放置底片區(qū)域已知放置底片的區(qū)域MN =L,且OM =L。某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)區(qū)域MQ損壞,檢測不到離子,但右側(cè)區(qū)域QN仍能正常檢測到離子.在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后,原本打在MQ的離子即可在QN檢測到。 (1)求原本打在MN中點(diǎn)P的離子質(zhì)量m; (2)為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域,求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍; (3)為了在QN區(qū)域?qū)⒃敬蛟贛Q區(qū)域的所有離子檢測完整,求需要調(diào)節(jié)U的最少次數(shù)。(取;) 33.(2018天津)如圖所示,在水平線ab下方有一勻強(qiáng)電場,電場強(qiáng)度為E,方向豎直向下,ab的上方存在勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里,磁場中有一內(nèi)、外半徑分別為R、的半圓環(huán)形區(qū)域,外圓與ab的交點(diǎn)分別為M、N。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子在電場中P點(diǎn)靜止釋放,由M進(jìn)入磁場,從N射出,不計(jì)粒子重力。 (1)求粒子從P到M所用的時(shí)間t; (2)若粒子從與P同一水平線上的Q點(diǎn)水平射出,同樣能由M進(jìn)入磁場,從N射出,粒子從M到N的過程中,始終在環(huán)形區(qū)域中運(yùn)動(dòng),且所用的時(shí)間最少,求粒子在Q時(shí)速度的大小。 34.(2019江蘇)如圖所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.磁場中的水平絕緣薄板與磁場的左、右邊界分別垂直相交于M、N,MN=L,粒子打到板上時(shí)會(huì)被反彈(碰撞時(shí)間極短),反彈前后水平分速度不變,豎直分速度大小不變、方向相反.質(zhì)量為m、電荷量為-q的粒子速度一定,可以從左邊界的不同位置水平射入磁場,在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為d,且d (1)求粒子運(yùn)動(dòng)速度的大小v; (2)欲使粒子從磁場右邊界射出,求入射點(diǎn)到M的最大距離dm; (3)從P點(diǎn)射入的粒子最終從Q點(diǎn)射出磁場,PM=d,QN=,求粒子從P到Q的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t. 35.(2018全國1)如圖,在y>0的區(qū)域存在方向沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)大小為E,在y<0的區(qū)域存在方向垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場.一個(gè)氕核11H和一個(gè)氘核21H先后從y軸上y=h點(diǎn)以相同的動(dòng)能射出,速度方向沿x軸正方向.已知11H進(jìn)入磁場時(shí),速度方向與x軸正方向的夾角為60°,并從坐標(biāo)原點(diǎn)O處第一次射出磁場.11H的質(zhì)量為m,電荷量為q不計(jì)重力.求 (1)11H第一次進(jìn)入磁場的位置到原點(diǎn)O的距離 (2)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小 (3)12H第一次離開磁場的位置到原點(diǎn)O的距離 36.(2018全國2)一足夠長的條狀區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,其在xoy平面內(nèi)的截面如圖所示:中間是磁場區(qū)域,其邊界與y軸垂直,寬度為l,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,方向垂直于xoy平面;磁場的上、下兩側(cè)為電場區(qū)域,寬度均為,電場強(qiáng)度的大小均為E,方向均沿x軸正方向;M、N為條形區(qū)域邊界上的兩點(diǎn),它們的連線與y軸平行.一帶正電的粒子以某一速度從M點(diǎn)沿y軸正方向射入電場,經(jīng)過一段時(shí)間后恰好以從M點(diǎn)入射的速度從N點(diǎn)沿y軸正方向射出.不計(jì)重力.(1)定性畫出該粒子在電磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡; (2)求該粒子從M點(diǎn)射入時(shí)速度的大小; (3)若該粒子進(jìn)入磁場時(shí)的速度方向恰好與x軸正方向的夾角為,求該粒子的比荷及其從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到N點(diǎn)的時(shí)間.37.(2016海南卷)如圖,A、C兩點(diǎn)分別位于x軸和y軸上,∠OCA=30°,OA的長度為L。在△OCA區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子,以平行于y軸的方向從OA邊射入磁場。已知粒子從某點(diǎn)射入時(shí),恰好垂直于OC邊射出磁場,且粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t0。不計(jì)重力。 (1)求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小; (2)若粒子先后從兩不同點(diǎn)以相同的速度射入磁場,恰好從OC邊上的同一點(diǎn)射出磁場,求該粒子這兩次在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之和; (3)若粒子從某點(diǎn)射入磁場后,其運(yùn)動(dòng)軌跡與AC邊相切,且在磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為,求粒子此次入射速度的大小。 38.(2014·廣東卷)如圖所示,足夠大的平行擋板A1、A2豎直放置,間距6L.兩板間存在兩個(gè)方向相反的勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,以水平面MN為理想分界面,Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0,方向垂直紙面向外.A1、A2上各有位置正對的小孔S1、S2,兩孔與分界面MN的距離均為L.質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子經(jīng)寬度為d的勻強(qiáng)電場由靜止加速后,沿水平方向從S1進(jìn)入Ⅰ區(qū),并直接偏轉(zhuǎn)到MN上的P點(diǎn),再進(jìn)入Ⅱ區(qū),P點(diǎn)與A1板的距離是L的k倍,不計(jì)重力,碰到擋板的粒子不予考慮. (1)若k=1,求勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E; (2)若2 39.(2014·四川卷)在如圖所示的豎直平面內(nèi),水平軌道CD和傾斜軌道GH與半徑r= m的光滑圓弧軌道分別相切于D點(diǎn)和G點(diǎn),GH與水平面的夾角θ=37°.過G點(diǎn)、垂直于紙面的豎直平面左側(cè)有勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.25 T;過D點(diǎn)、垂直于紙面的豎直平面右側(cè)有勻強(qiáng)電場,電場方向水平向右,電場強(qiáng)度E=1×104 N/C.小物體P1質(zhì)量m=2×10-3 kg、電荷量q=+8×10-6 C,受到水平向右的推力F=9.98×10-3 N的作用,沿CD向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),到達(dá)D點(diǎn)后撤去推力.當(dāng)P1到達(dá)傾斜軌道底端G點(diǎn)時(shí),不帶電的小物體P2在GH頂端靜止釋放,經(jīng)過時(shí)間t=0.1 s與P1相遇.P1與P2與軌道CD、GH間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.5,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,物體電荷量保持不變,不計(jì)空氣阻力.求: (1)小物體P1在水平軌道CD上運(yùn)動(dòng)速度v的大小; (2)傾斜軌道GH的長度s.40.(2014·天津卷)同步加速器在粒子物理研究中有重要的應(yīng)用,其基本原理簡化為如圖所示的模型.M、N為兩塊中心開有小孔的平行金屬板.質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子A(不計(jì)重力)從M板小孔飄入板間,初速度可視為零.每當(dāng)A進(jìn)入板間,兩板的電勢差變?yōu)閁,粒子得到加速,當(dāng)A離開N板時(shí),兩板的電荷量均立即變?yōu)榱悖畠砂逋獠看嬖诖怪奔埫嫦蚶锏膭驈?qiáng)磁場,A在磁場作用下做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng),R遠(yuǎn)大于板間距離.A經(jīng)電場多次加速,動(dòng)能不斷增大,為使R保持不變,磁場必須相應(yīng)地變化.不計(jì)粒子加速時(shí)間及其做圓周運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電磁輻射,不考慮磁場變化對粒子速度的影響及相對論效應(yīng).求: (1)A運(yùn)動(dòng)第1周時(shí)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小;.(2)在A運(yùn)動(dòng)第n周的時(shí)間內(nèi)電場力做功的平均功率Pn; (3)若有一個(gè)質(zhì)量也為m、電荷量為+kq(k為大于1的整數(shù))的粒子B(不計(jì)重力)與A同時(shí)從M板小孔飄入板間,A、B初速度均可視為零,不計(jì)兩者間的相互作用,除此之外,其他條件均不變.下圖中虛線、實(shí)線分別表示A、B的運(yùn)動(dòng)軌跡.在B的軌跡半徑遠(yuǎn)大于板間距離的前提下,請指出哪個(gè)圖能定性地反映A、B的運(yùn)動(dòng)軌跡,并經(jīng)推導(dǎo)說明理由. A B C D 41(2014·浙江卷)離子推進(jìn)器是太空飛行器常用的動(dòng)力系統(tǒng).某種推進(jìn)器設(shè)計(jì)的簡化原理如圖1所示,截面半徑為R的圓柱腔分為兩個(gè)工作區(qū).Ⅰ為電離區(qū),將氙氣電離獲得1價(jià)正離子;Ⅱ?yàn)榧铀賲^(qū),長度為L,兩端加有電壓,形成軸向的勻強(qiáng)電場.Ⅰ區(qū)產(chǎn)生的正離子以接近0的初速度進(jìn)入Ⅱ區(qū),被加速后以速度vM從右側(cè)噴出. Ⅰ區(qū)內(nèi)有軸向的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,在離軸線處的C點(diǎn)持續(xù)射出一定速率范圍的電子.假設(shè)射出的電子僅在垂直于軸線的截面上運(yùn)動(dòng),截面如圖2所示(從左向右看).電子的初速度方向與中心O點(diǎn)和C點(diǎn)的連線成α角(0<α≤90°).推進(jìn)器工作時(shí),向Ⅰ區(qū)注入稀薄的氙氣.電子使氙氣電離的最小速率為v0,電子在Ⅰ區(qū)內(nèi)不與器壁相碰且能到達(dá)的區(qū)域越大,電離效果越好.已知離子質(zhì)量為M;電子質(zhì)量為m,電量為e.(電子碰到器壁即被吸收,不考慮電子間的碰撞) 圖1 (1)求Ⅱ區(qū)的加速電壓及離子的加速度大小; (2)為取得好的電離效果,請判斷Ⅰ區(qū)中的磁場方向(按圖2說明是“垂直紙面向里”或“垂直紙面向外”); 圖2 (3)α為90°時(shí),要取得好的電離效果,求射出的電子速率v的范圍; (4)要取得好的電離效果,求射出的電子最大速率vmax與α角的關(guān)系. 42.(2014·山東) 如圖甲所示,間距為d、垂直于紙面的兩平行板P、Q間存在勻強(qiáng)磁場.取垂直于紙面向里為磁場的正方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示.t=0時(shí)刻,一質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子(不計(jì)重力),以初速度v0.由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁場且平行于板面的方向射入磁場區(qū).當(dāng)B0和TB取某些特定值時(shí),可使t=0時(shí)刻入射的粒子經(jīng)Δt時(shí)間恰能垂直打在P板上(不考慮粒子反彈).上述m、q、d、v0為已知量. 圖甲 圖乙 (1)若Δt=TB,求B0; (2)若Δt=TB,求粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度的大小; (3)若B0=,為使粒子仍能垂直打在P板上,求TB.43.(2015重慶)題9圖為某種離子加速器的設(shè)計(jì)方案.兩個(gè)半圓形金屬盒內(nèi)存在相同的垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場.其中和是間距為的兩平行極板,其上分別有正對的兩個(gè)小孔和,P為靶點(diǎn),(為大于1的整數(shù)).極板間存在方向向上的勻強(qiáng)電場,兩極板間電壓為.質(zhì)量為、帶電量為的正離子從點(diǎn)由靜止開始加速,經(jīng)進(jìn)入磁場區(qū)域.當(dāng)離子打到極板上區(qū)域(含點(diǎn))或外殼上時(shí)將會(huì)被吸收.兩虛線之間的區(qū)域無電場和磁場存在,離子可勻速穿過.忽略相對論效應(yīng)和離子所受的重力.求: (1)離子經(jīng)過電場僅加速一次后能打到P點(diǎn)所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小; (2)能使離子打到P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的所有可能值; (3)打到P點(diǎn)的能量最大的離子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。