2019磁场大题

发布 2022-07-19 05:05:28 阅读 4953

25.(19分)如图甲所示,在边界mn左侧存在斜方向的匀强电场e1,在mn的右侧有竖直向上、场强大小为e2=0.4n/c的匀强电场,还有垂直纸面向内的匀强磁场b(图甲中未画出)和水平向右的匀强电场e3(图甲中未画出),b和e3随时间变化的情况如图乙所示,p1p2为距mn边界2.28m的竖直墙壁,现有一带正电微粒质量为4×10-7kg,电量为1×10-5c,从左侧电场中距mn边界m的a处无初速释放后,沿直线以1m/s速度垂直mn边界进入右侧场区,设进入右侧场时刻t=0, 取g =10m/s2.求:

1)mn左侧匀强电场的电场强度e1的大小及方向。(sin37=0.6);

2)带电微粒在mn右侧场区中运动了1.5s时的速度的大小及方向;

3)带电微粒在mn右侧场区中运动多长时间与墙壁碰撞?(≈0.19)

25.(18分)如图所示,有一轴线水平且垂直纸面的固定绝缘弹性圆筒,圆筒壁光滑,筒内有沿轴线向里的匀强磁场b,o是筒的圆心,圆筒的内半径r=0.40m。在圆筒底部有一小孔a(只能容一个粒子通过)。

圆筒下方一个带正电的粒。

子经电场加速后(加速电场未画出),以v=2×104m/s的速度。

从a孔垂直磁场b并正对着圆心o进入筒中,该带电粒子与圆。

筒壁碰撞四次后恰好又从小孔a射出圆筒。已知该带电粒子每。

次与筒壁发生碰撞时电量和能量都不损失,不计粒子的重力和。

空气阻力,粒子的荷质比q/m=5×107(c/kg),求磁感应强度b

多大(结果允许含有三角函数式)?

25.(18分)

带电粒子在磁场中作匀速圆周运动,(1)…(2分)

得2)……2分)

由于带电粒子与圆筒壁碰撞时无电量和能量损失,那么。

每次碰撞前后粒子速度大小不变、速度方向总是沿着圆筒半。

径方向,4个碰撞点与小孔a恰好将圆筒壁五等分,粒子在圆筒内的轨迹具有对称性,由5段相同的圆弧组成,设每段轨迹圆弧对应的圆心角为,则由几何关系可得:

(3)……3分)

有两种情形符合题意(如图所示):

1)情形1:每段轨迹圆弧对应的圆心角。

为……(2分)

联立(2)(3)并代入值得:

4)……2分)

将数据代入(4)式得:

5)……2分)

2)情形2:每段轨迹圆弧对应的圆心角为3分)

联立(2)(3)并代入值及数据得:

6)……2分)

25.(19分)在如图所示的直角坐标系中,x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.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b=2×10—2t。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:

⑴电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间t;

⑵电荷在磁场中运动轨迹的半径;

⑶电荷第三次到达x轴上的位置。

25.解:⑴电荷从a点匀加速运动到x轴的c点,位移为 1分。

加速度为 1分;

所用的时间为 2分。

⑵电荷到达c点的速度为 1分,速度方向与x轴正方向成45°2分。

在磁场中运动时,有1分。

得轨道半径 1分。

⑵轨迹圆与x轴相交的弦长为2分。

电荷从坐标原点o再次进入电场中,速度方向与电场方向垂直, 电荷在电场中做类平抛运动,运动轨迹如图所示,与x轴第三次相交时,设运动的时间为t′,则 2分。

得t′=2×10—6s 2分 2分。

即电荷第三次到达x轴上的点的坐标为(8m,0)2分。

25、(19分)

如图所示,在平面直角坐标系xoy内,第ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第ⅳ象限以on为直径的半圆形区域内,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y=h处的m点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x= 2h处的p点进入磁场,最后以垂直于y轴的方向射出磁场。不计粒子重力。

求。1)电场强度大小e;

2)粒子在磁场中运动的轨道半径r;

3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t及离开磁场时位置。

25、解析:

1)设粒子在电场中运动的时间为t1

x: 2h=v0t1 (1分)

y:(1分)

根据牛顿第二定律eq=ma(1分)

求出(2分)

2)根据动能定理(2分)

设粒子进入磁场时速度为v,根据(1分)

求出(1分)

3)粒子在电场中运动的时间(1分)

粒子离开电场速度方向2分)

由几何知识得:,设粒子在磁场中运动的时间为t2

粒子在磁场中运动的周期(1分)

则,(2分)

求出(2分)

位置为: (1分)

1分)25.(19分)如图,xoy平面内存在着沿y轴正方向的匀强电场,一个质量为m、带电荷量为+q的粒子从坐标原点o以速度v0沿x轴正方向开始运动。当它经过图中虚线上的m(,a)点时,撤去电场,粒子继续运动一段时间后进入一个矩形匀强磁场区域(图中未画出),又从虚线上的某一位置n处沿y轴负方向运动并再次经过m点。已知磁场方向垂直xoy平面(纸面)向里,磁感应强度大小为b,不计粒子的重力。

试求:电场强度的大小;

⑵n点的坐标;

⑶矩形磁场的最小面积。

25. (19分)如图是粒子的运动过程示意图。

粒子从o到m做类平抛运动,设时间为t,则有。

2分)(2分)

得(2分) 粒子运动到m点时速度为v,与x方向的夹角为,则。

1分)(1分)

即(1分)由题意知,粒子从p点进入磁场,从n点离开磁场,粒子在磁场中以o′点为圆心做匀速圆周运动,设半径为r,则(1分)

解得粒子做圆周运动的半径为 (1分)

由几何关系知, (1分)

所以n点的纵坐标为 (1分)

横坐标为。即n点的坐标为(,)1分)

当矩形磁场为图示虚线矩形时的面积最小。则矩形的两个边长分别为。

2分)2分)

所以矩形磁场的最小面积为。

2分)25.(19分)如图所示的平行板器件中,存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度b1=0.20t,方向垂直纸面向里,电场强度e1=1.0×105v/m,pq为板间中线。

紧靠平行板右侧边缘xoy坐标系的第一象限内,有一边界ao,与y轴的夹角∠aoy=45,边界线的上方有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度b2=0.25t,边界线的下方有竖直向上的匀强电场,电场强度e2=5.0×105v/m,一束带电量q=8.

0×10-19c、质量m=8.0×10-26kg的正离子从p点射入平行板间,沿中线pq做直线运动,穿出平行板后从y轴上坐标为(0,0.4m)的q点垂直y轴射入磁场区,多次穿越边界限oa.

求:1)离子运动的速度为多大?

2)离子通过y轴进入磁场到第二次穿越边界线oa所需的时间?

3)离子第四次穿越边界线的位置坐标。(保留两位有效数字)

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