最新高中物理磁场经典计算题训练(有答案)(DOC 23页).doc
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- 最新高中物理磁场经典计算题训练有答案DOC 23页 最新 高中物理 磁场 经典 算题 训练 答案 DOC 23
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1、精品文档高中物理磁场经典计算题训练(有答案)1.弹性挡板围成边长为L= 100cm的正方形abcd,固定在光滑的水平面上,匀强磁场竖直向下,磁感应强度为B = 0.5T,如图所示. 质量为m=210-4kg、带电量为q=410-3C的小球,从cd边中点的小孔P处以某一速度v垂直于cd边和磁场方向射入,以后小球与挡板的碰撞过程中没有能量损失.(1)为使小球在最短的时间内从P点垂直于dc射出来,小球入射的速度v1是多少?abcdBPv(2)若小球以v2 = 1 m/s的速度入射,则需经过多少时间才能由P点出来?2. 如图所示, 在区域足够大空间中充满磁感应强度大小为B的匀强磁场,其方向垂直于纸面向
2、里.在纸面内固定放置一绝缘材料制成的边长为L的等边三角形框架DEF, DE中点S处有一粒子发射源,发射粒子的方向皆在图中截面内且垂直于DE边向下,如图(a)所示.发射粒子的电量为+q,质量为m,但速度v有各种不同的数值.若这些粒子与三角形框架碰撞时均无能量损失,并要求每一次碰撞时速度方向垂直于被碰的边.试求:(1)带电粒子的速度v为多大时,能够打到E点?(2)为使S点发出的粒子最终又回到S点,且运动时间最短,v应为多大?最短时间为多少?aOESFDLv(b)LBvESFD(a)(3)若磁场是半径为a的圆柱形区域,如图(b)所示(图中圆为其横截面),圆柱的轴线通过等边三角形的中心O,且a=L.要
3、使S点发出的粒子最终又回到S点,带电粒子速度v的大小应取哪些数值?3.在直径为d的圆形区域内存在匀强磁场,磁场方向垂直于圆面指向纸外一电荷量为q,质量为m的粒子,从磁场区域的一条直径AC上的A点射入磁场,其速度大小为v0,方向与AC成若此粒子恰好能打在磁场区域圆周上D点,AD与AC的夹角为,如图所示求该匀强磁场的磁感强度B的大小A C D v0AOCMN4.如图所示,真空中有一半径为R的圆形磁场区域,圆心为O,磁场的方向垂直纸面向内,磁感强度为B,距离O为2R处有一光屏MN,MN垂直于纸面放置,AO过半径垂直于屏,延长线交于C一个带负电粒子以初速度v0沿AC方向进入圆形磁场区域,最后打在屏上D
4、点,DC相距2R,不计粒子的重力若该粒子仍以初速v0从A点进入圆形磁场区域,但方向与AC成600角向右上方,粒子最后打在屏上E点,求粒子从A到E所用时间5.如图所示,3条足够长的平行虚线a、b、c,ab间和bc间相距分别为2L和L,ab间和2LLv0B2Ba b cbc间都有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度分别为B和2B。质量为m,带电量为q的粒子沿垂直于界面a的方向射入磁场区域,不计重力,为使粒子能从界面c射出磁场,粒子的初速度大小应满足什么条件? 6. 如图所示宽度为d的区域上方存在垂直纸面、方向向内、磁感应强度大小均为B的匀强磁场,现有一质量为m,带电量为+q的粒子在纸面内以速度v从
5、此区域下边缘上的A点射入,其方向与下边缘线成30角,试求当v满足什么条件时,粒子能回到A。d300vA7.在受控热核聚变反应的装置中温度极高,因而带电粒子没有通常意义上的容器可装,而是由磁场将带电粒子的运动束缚在某个区域内。现有一个环形区域,其截面内圆半径R1=m,外圆半径R2=1.0m,区域内有垂直纸面向外的匀强磁场(如图所示)。已知磁感应强度B1.0T,被束缚带正电粒子的荷质比为4.0107C/kg,不计带电粒子的重力和它们之间的相互作用 若中空区域中的带电粒子由O点沿环的半径方向射入磁场,求带电粒子不能穿越磁场外边界的最大速度v0。 若中空区域中的带电粒子以中的最大速度v0沿圆环半径方向
6、射入磁场,求带电粒子从刚进入磁场某点开始到第一次回到该点所需要的时间。8.空间中存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,一带电量为+q、质量为m的粒子,在P点以某一初速开始运动,初速方向在图中纸面内如图中P点箭头所示。该粒子运动到图中Q点时速度方向与P点时速度方向垂直。如图中Q点箭头所示。已知P、Q间的距离为l。若保持粒子在P点时的速度不变,而将匀强磁场换成匀强电场,电场方向与纸面平行且与粒子在P点时的速度方向垂直,在此电场作用下粒子也由P点运动到Q点。不计重力。求:电场强度的大小。两种情况中粒子由P运动到Q点所经历的时间之差。PQ参考答案1、(1)根据题意,小球经bc、ab、ad的
7、中点垂直反弹后能以最短的时间射出框架,如甲图所示.即小球的运动半径是 R = = 0.5 m 由牛顿运动定律 qv1B = m 得 v1 = 代入数据得 v1 = 5 m/s (2)由牛顿运动定律 qv2B = m 得 R2 = = 0.1 m 由题给边长知 L = 10R2 其轨迹如图乙所示.由图知小球在磁场中运动的周期数 n = 9 根据公式 T = = 0.628 s 小球从P点出来的时间为 t = nT = 5.552 s abcdPv abcdPv甲 乙2. (1)从S点发射的粒子将在洛仑兹力作用下做圆周运动,即 -(2分)因粒子圆周运动的圆心在DE上,每经过半个园周打到DE上一次,
8、所以粒子要打到E点应满足: -(2分)由得打到E点的速度为,-(2分)说明:只考虑n=1的情况,结论正确的给4分。(2) 由题意知, S点发射的粒子最终又回到S点的条件是在磁场中粒子做圆周运动的周期,与粒子速度无关,所以, 粒子圆周运动的次数最少,即n=1时运动的时间最短,即当:时时间最短 -(2分)粒子以三角形的三个顶点为圆心运动,每次碰撞所需时间: -(2分)经过三次碰撞回到S点,粒子运动的最短时间-(2分)(3)设E点到磁场区域边界的距离为,由题设条件知 -(1分)S点发射的粒子要回到S点就必须在磁场区域内运动,即满足条件:,即又知, -(1分)当时,当时,当时,当时,所以,当时,满足题
9、意.3. 设粒子在磁场中做圆周运动的半径为R,则有 qv0B=m 圆心在过A与v0方向垂直的直线上,它到A点距离为R,如图所示,图中直线AD是圆轨道的弦,故有OAD=ODA,用表示此角度,由几何关系知 2Rcos=AD dcos=AD +=/2 解得R= 代入得B= 4. 2LLv0B2Ba b cR1R25.(提示:做图如右,设刚好从c射出磁场,则+=90,而,有R1=2R2,设R2=R,而2L=2Rsin,L=R(1-cos),得=30,R1=4L。)6.粒子运动如图所示,由图示的几何关系可知 (1)粒子在磁场中的轨道半径为r,则有 (2)联立两式,得,此时粒子可按图中轨道返到A点。7.(
10、1)如图所示,当粒子以最大速度在磁场中运动时,设运动半径为r,则: 解得: m 又由牛顿第二定律得: 解得: (2)如图 ,带电粒子必须三次经过磁场,才会回到该点 在磁场中的圆心角为,则在磁场中运动的时间为 在磁场外运动的时间为 故所需的总时间为: 8. 高中物理磁场经典计算题训练(二)1.如图所示,一个质量为m,带电量为+q的粒子以速度v0从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,粒子飞出磁场区域后,从点b处穿过x轴,速度方向与x轴正方向的夹角为300.粒子的重力不计,试求:bxyOm,qv030(1)圆形匀强磁场区域的最小面积.(2)粒子在磁场中运动的时
11、间.(3)b到O的距离.2纸平面内一带电粒子以某一速度做直线运动,一段时间后进入一垂直于纸面向里的圆形匀强磁场区域(图中未画出磁场区域),粒子飞出磁场后从上板边缘平行于板面进入两面平行的金属板间,两金属板带等量异种电荷,粒子在两板间经偏转后恰从下板右边缘飞出。已知带电粒子的质量为m,电量为q,重力不计。粒子进入磁场前的速度方向与带电板成=60角,匀强磁场的磁感应强度为B,带电板板长为l,板距为d,板间电压为U,试解答:上金属板带什么电?粒子刚进入金属板时速度为多大?圆形磁场区域的最小面积为多大?3.如图所示,在y0的区域内有沿y轴正方向的匀强电场,在y0的区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场。一
12、电子(质量为m、电量为e)从y轴上A点以沿x轴正方向的初速度v0开始运动。当电子第一次穿越x轴时,恰好到达C点;当电子第二次穿越x轴时,恰好到达坐标原点;当电子第三次穿越x轴时,恰好到达D点。C、D两点均未在图中标出。已知A、C点到坐标原点的距离分别为d、2d。不计电子的重力。求Eyxv0O AB (1)电场强度E的大小;(2)磁感应强度B的大小;(3)电子从A运动到D经历的时间t4.如图所示,在半径为R的绝缘圆筒内有匀强磁场,方向垂直纸面向里,圆筒正下方有小孔C与平行金属板M、N相通。两板间距离为d,两板与电动势为E的电源连接,一带电量为q、质量为m的带电粒子(重力忽略不计),开始时静止于C
13、点正下方紧靠N板的A点,经电场加速后从C点进入磁场,并以最短的时间从C点射出。已知带电粒子与筒壁的碰撞无电荷量的损失,且碰撞后以原速率返回。求:筒内磁场的磁感应强度大小;带电粒子从A点出发至重新回到A点射出所经历的时间。5.如图所示,空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场。左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右,电场宽度为L;中间区域和右侧匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向分别垂直纸面向外和向里。一个质量为m、电量为q、不计重力的带正电的粒子从电场的左边缘的O点由静止开始运动,穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后,又回到O点,然后重复上述运动过程。求:BBELdO(1)中间磁场区域的宽度d
14、;(2)带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间t。6.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,= 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
15、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?+ + + + + + +SO1O2B2B1U11EPQabc MNO37.如图所示,K与虚线MN之间是加速电场.虚线MN与PQ之间是匀强电场,虚线PQ与荧光屏之间是匀强磁场,且MN、PQ与荧光屏三者互相平行.电场和磁场的方向如图所示.图中A点与O点的连线垂直于荧光屏.一带正电的粒子从A点离开加速电场,速度方向垂直于偏转电场方向射入偏转电场,在离开偏转电场后进入匀强磁场,最后恰好垂直地打在荧光屏上.已知电场和磁场区域在竖直方向足够长,加速电场电压与偏转电场的场强关系为U=Ed,式中
16、的d是偏转电场的宽度,磁场的磁感应强度B与偏转电场的电场强度E和带电粒子离开加速电场的速度v0关系符合表达式v0=,若题中只有偏转电场的宽度d为已知量,则:(1)画出带电粒子轨迹示意图;(2)磁场的宽度L为多少?(3)带电粒子在电场和磁场中垂直于v0方向的偏转距离分别是多少?8.在如图所示的直角坐标中,x轴的上方有与x轴正方向成45角的匀强电场,场强的大小为E104V/m。x轴的下方有垂直于xOy面的匀强磁场,磁感应强度的大小为 B2102T。把一个比荷为q/m=2108C/的正电荷从坐标为(0,1.0)的A点处由静止释放。电荷所受的重力忽略不计,求:x/my/mO1BE221145AE电荷从
17、释放到第一次进入磁场时所用的时间t;电荷在磁场中的轨迹半径;电荷第三次到达x轴上的位置。9. 如图所示,与纸面垂直的竖直面MN的左侧空间中存在竖直向上场强大小为E=2.5102N/C的匀强电场(上、下及左侧无界).一个质量为m=0.5kg、电量为q=2.0102C的可视为质点的带正电小球,在t=0时刻以大小为v0的水平初速度向右通过电场中的一点P,当t=t1时刻在电场所在空间中加上一如图所示随时间周期性变化的磁场,使得小球能竖直向下通过D点,D为电场中小球初速度方向上的一点,PD间距为L,D到竖直面MN的距离DQ为L/.设磁感应强度垂直纸面向里为正.(g=10m/s2) (1)如果磁感应强度B
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