(1)若匀强磁场方向垂直斜面向下,且不计金属杆ab和导轨之间的摩擦,金属杆ab静止在轨道上,求磁感应强度的大小;
2)若金属杆ab静止在轨道上面,且对轨道的压力恰好为零。试说明磁感应强度大小和方向应满足什么条件;
3)若匀强磁场方向垂直斜面向下,金属杆ab与导轨之间的动摩擦因数为μ,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。欲使金属杆ab静止,则磁感应强度的最大值是多大。
14.(8分)
1)设磁感应强度为b1。根据安培定则可知安培力沿导轨平面向上,金属杆ab受力如答图3。
根据平衡条件对金属杆ab有:(1分)
解得:(1分)
2)金属杆ab对导轨压力为零,则金属杆ab只受重力和安培力。
根据平衡条件对金属杆ab有:(1分)
解得:(1分)
根据安培定则可知磁场方向垂直金属杆ab水平向右。(1分)
3)根据安培定则可知安培力沿导轨平面向上,当金属杆ab受到的静摩擦力沿斜面向下,且为最大值时,磁感应强度值达到最大,设为b3。金属杆ab受力如答图4。(1分)
根据平衡条件对金属杆ab有:(1分)
解得:(1分)
2015海淀)17.(10分)电视机中显像管(抽成真空玻璃管)的成像原理主要是靠电子枪产生高速电子束,并在变化的磁场作用下发生偏转,打在荧光屏不同位置上发出荧光而形成像。显像管的原理示意图(俯视图)如图18甲所示,在电子枪右侧的偏转线圈可以产生使电子束沿纸面发生偏转的磁场,偏转的磁场可简化为由通电螺线管产生的与纸面垂直的磁场,该磁场分布的区域为圆形(如图18乙所示),其磁感应强度b=μni,式中μ为磁常量,n为螺线管线圈的匝数,i为线圈中电流的大小。
由于电子的速度极大,同一电子穿过磁场过程中可认为磁场没有变化,是稳定的匀强磁场。
已知电子质量为m,电荷量为e,电子枪加速电压为u,磁常量为μ,螺线管线圈的匝数n,偏转磁场区域的半径为r,其圆心为o点。当没有磁场时,电子束通过o点,打在荧光屏正中的m点,o点到荧光屏中心的距离om=l。若电子被加速前的初速度和所受的重力、电子间的相互作用力以及地磁场对电子束的影响均可忽略不计,不考虑相对论效应及磁场变化所激发的电场对电子束的作用。
1)求电子束经偏转磁场后打到荧光屏上p点时的速率;
2)若电子束经偏转磁场后速度的偏转角θ=60°,求此种情况下电子穿过磁场时,螺线管线圈中电流i0的大小;
3)当线圈中通入如图18丙所示的电流,其最大值为第(2)问中电流的0.5倍。求电子束打在荧光屏上发光所形成“亮线”的长度。
17.(10分)
1)设经过电子枪加速电场加速后,电子的速度大小为v。
根据动能定理有:(2分)
解得:(1分)
2)设电子在磁场中做圆运动的半径为,运动轨迹如答图5所示。
根据几何关系有:(1分)
洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有:(1分)
由题知。解得:(1分)
3)设线圈中电流为0.5i0时,偏转角为,此时电子在屏幕上落点距m点最远。
此时磁感应强度,轨迹圆半径(1分)
1分)电子在屏幕上落点距m点最远距离(1分)
亮线长度(1分)
2014海淀)1.在物理学中常用比值法定义物理量。下列说法中正确的是。
a.用e=定义电场强度b.用定义磁感应强度。
c.用定义电容器的电容 d.用r=定义导体的电阻。
答案:ab2014海淀) 8.在图7所示的空间直角坐标系所在的区域内,同时存在匀强电场e和匀强磁场b。已知从坐标原点o沿x轴正方向射入的质子,穿过此区域时未发生偏转,则可以判断此区域中e和b的方向可能是。
a.e和b都沿y轴的负方向。
b.e和b都沿x轴的正方向。
c.e沿y轴正方向,b沿z轴负方向。
d.e沿z轴正方向,b沿y轴负方向。
答案:bc2014海淀) 10.图9所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成:
粒子源n;p、q间的加速电场;静电分析器,即中心线半径为r的四分之一圆形通道,通道内有均匀辐射电场,方向沿径向指向圆心o,且与圆心o等距的各点电场强度大小相等;磁感应强度为b的有界匀强磁场,方向垂直纸面向外;胶片m。
由粒子源发出的不同带电粒子,经加速电场加速后进入静电分析器,某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔s垂直磁场边界进入磁场,最终打到胶片上的某点。粒子从粒子源发出时的初速度不同,不计粒子所受重力。下列说法中正确的是。
a.从小孔s进入磁场的粒子速度大小一定相等。
b.从小孔s进入磁场的粒子动能一定相等。
c.打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等。
d.打到胶片上位置距离o点越远的粒子,比荷越大。
答案:c2014海淀)16.(10分)如图19所示,在水平向左、电场强度为e的匀强电场中,竖直固定着一根足够长的粗糙绝缘杆,杆上套着一个质量为m、带有电荷量-q的小圆环,圆环与杆间的动摩擦因数为μ。
1)由静止释放圆环,圆环沿杆下滑,求圆环下滑过程中受到的摩擦力f;
2)若在匀强电场e的空间内再加上磁感应强度为b、方向垂直纸面向里的匀强磁场,圆环仍由静止开始沿杆下滑。求:
圆环刚开始运动时加速度a0的大小;
圆环下滑过程中的最大动能ek。
16.(10分)解:
1)在水平方向圆环受到的弹力n=qe
则摩擦力f=μn=μqe3分)
2)①圆环刚开始运动时不受洛伦兹力,因此,摩擦力大小f=μqe
在竖直方向,由牛顿第二定律(1分)
解得(2分)
当重力与滑动摩擦力平衡时,圆环速度最大,动能最大。
即(1分)最大速度(2分)
最大动能ek=(1分)
2014海淀)17.(10分)回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,图20为回旋加速器的示意图。d1、d2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒,在两个d形盒正中间开有一条狭缝,两个d形盒接在高频交流电源上。在d1盒中心a处有粒子源,产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入d2盒中。
两个d形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,经过半个圆周后,再次到达两盒间的狭缝,控制交流电源电压的周期,保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝,一次一次地被加速,速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达d形盒的边缘,沿切线方向以最大速度被导出。已知带电粒子的电荷量为q,质量为m,加速时狭缝间电压大小恒为u,磁场的磁感应强度为b,d形盒的半径为r,狭缝之间的距离为d。
设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零,不计粒子受到的重力,求:
1)带电粒子能被加速的最大动能ek;
2)带电粒子在d2盒中第n个半圆的半径;
3)若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为i,求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率。
17.(10分)解:
1)带电粒子在d形盒内做圆周运动,轨道半径达到最大时被引出,此时带电粒子具有最大动能ek,设离子从d盒边缘离开时的速度为vm。
依据牛顿第二定律。
所以带电粒子能被加速的最大动能(2分)
2)带电粒子在d2盒中第n个半圆是带电粒子经过窄缝被加速2n-1次后的运动轨道,设其被加速2n-1次后的速度为vn
由动能定理得(2分)
此后带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,半径为rn
由牛顿第二定律得(1分)
rn=(1分)
3)设在时间t内离开加速器的带电粒子数n,则正离子束从回旋加速器输出时形成的的等效电流,解得n=
带电粒子从回旋加速器输出时的平均功率=(4分)
2013海淀) 9.霍尔式位移传感器的测量原理如图9所示,有一个沿z轴方向的磁场,磁感应强度b=b0+kz(b0、k均为常数)。将传感器固定在物体上,保持通过霍尔元件的电流i不变(方向如图9所示),当物体沿z轴方向移动时,由于位置不同,霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差u也不同。则()
a.磁感应强度b越大,上、下表面的电势差u越大。
b.k越大,传感器灵敏度()越高。
c.若图中霍尔元件是电子导电,则下板电势高。
d.电流i取值越大,上、下表面的电势差u越小。
答案:ab2013海淀) 10.狄拉克曾经预言,自然界应该存在只有一个磁极的单极子,其周围磁感线呈均匀辐射状分布,距离它r处的磁感应强度大小为b=(k为常数)。磁单极子s的磁场分布如图10甲所示,与如图10乙所示负点电荷q的电场分布相似。
假设磁单极子s和负点电荷q均固定,有一带电小球分别在s和q附近做匀速圆周运动,则关于小球做匀速圆周运动的判断正确的是()
a.若小球带正电,其运动轨迹平面可在s正上方,如图甲所示。
b.若小球带正电,其运动轨迹平面可在q正下方,如图乙所示。
c.若小球带负电,其运动轨迹平面可在s正上方,如图甲所示。
d.若小球带负电,其运动轨迹平面可在q正下方,如图乙所示。
答案:abc
2013海淀) 14.(8分)如图14所示,空间同时存在水平向右的匀强电场和方向垂直纸面向里、磁感应强度为b的匀强磁场。质量为m,电量为q的液滴,以某一速度沿与水平方向成θ角斜向上进入正交的匀强电场和匀强磁场叠加区域,在时间t内液滴从m点匀速运动到n点。重力加速度为g。
(1)判定液滴带的是正电还是负电,并画出液滴受力示意图;(2)求匀强电场的场强e的大小;(3)求液滴从m点运动到n点的过程中电势能的变化量。14.(8分)
1) 液滴带正电1分。
液滴受力示意图如图所示………1分。
2)设匀强电场的电场强度为e,由图可知
eq=mgtan1分。
1分。3)设液滴运动的速度为v,由图可知。
mg=qvbcos
v1分。设mn之间的距离为d,则。
d=vt1分。
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