2022-2023学年天津市河西区高二(上)期末物理试卷(含解析)
展开1.静电现象在自然界中普遍存在,下列不属于静电现象的是( )
A. 冬天睡觉脱毛衫时,常常会听到噼里啪啦的响声
B. 梳过头发的塑料梳子会吸起纸屑
C. 将闭合小线圈接近通电线圈过程中,小线圈中产生电流
D. 将一绝缘枕形导体靠近带电小球时,枕形导体两端出现等量异种电荷
2.在一些常用的家用电器中。应用电磁感应现象的是( )
A. 电暖风机B. 电磁炉
C. 电饭煲D. 电烤炉
3.下列说法正确的是( )
A. 由场强定义式E=Fq可知,某电场的场强E与q成反比,与F成正比
B. 电阻率是反映材料的导电性能的物理量
C. 由R=UI可知,导体两端的电压越大,导体的电阻越大
D. 摩擦起电的过程就是电荷的创造过程
4.一带正电的小球A,带电荷量为+Q,在它左侧用丝线悬挂带电量为+q的小球B,如图所示,下列说法正确的是( )
A. 若小球A向右平移一小段距离,则稳定后丝线与竖直方向的夹角减小
B. 小球A对小球B的库仑力比小球B对小球A的库仑力大
C. 若增加小球A的带电量,则稳定后丝线与竖直方向夹角不变
D. 若使小球A带电荷量为−Q,则稳定后丝线与竖直方向夹角不变
5.一带电粒子只在电场力的作用下沿图中曲线MN穿过一匀强电场,a、b、c为该电场的等势面,各个等势面的电势关系为φa>φb>φc,则( )
A. 粒子带负电
B. 从M到N粒子的动能减小
C. 从M到N粒子的电势能增加
D. 粒子从M到N运动过程中的动能与电势能之和保持不变
6.目前手机的无线充电技术(图甲)已经成熟,其工作过程可简化为图乙所示,A、B两个线圈彼此靠近平行放置,当线圈A接通工作电源时,线圈B中会产生感应电动势,并对与其相连的手机电池充电。下列说法正确的是( )
A. 只要线圈A中输入电流,线圈B中就会产生感应电动势
B. 若线圈A中输入变化的电流,线圈B中产生的感应电动势也会发生变化
C. 线圈A中输入的电流越大,线圈B中感应电动势越大
D. 线圈A中输入的电流变化越快,线圈B中感应电动势越大
7.地球也是个磁体,周围磁感线分布如图所示。地磁的南、北极与地理北、南极并不重合,存在磁偏角。结合上述材料,下列说法正确的是( )
A. 地球内部也存在磁场,地磁北极在地理南极附近
B. 地磁场的磁感线不闭合、不相交
C. 地球表面各处的地磁场方向与地面平行
D. 由于地磁场的影响,在奥斯特发现电流磁效应的实验中,通电导线相对水平地面东西放置时实验现象最明显
8.在匀强磁场中,一通有恒定电流的导体圆环用绝缘细线悬挂在天花板上,初始时刻线圈平面与磁场方向平行,如图所示。则关于圆环刚开始通电后转动角度θ(≤90°)的时间内(从上往下看),下列说法正确的是( )
A. 圆环顺时针转动,同时有向内收缩的趋势B. 圆环逆时针转动,同时有向内收缩的趋势
C. 圆环顺时针转动,同时有向外扩张的趋势D. 圆环逆时针转动,同时有向外扩张的趋势
9.如图甲所示,一带正电粒子以水平初速度v0(v0
C. 一定是W1
10.在如图的电路中,当滑动变阻器的滑动头向下滑动时,A、B两灯亮度的变化情况为( )
A. A灯和B灯都变亮B. A灯、B灯都变暗
C. A灯变亮,B灯变暗D. A灯变暗,B灯变亮
11.如图所示,一环形线圈的匝数为n,半径为R,线圈平面与匀强磁场垂直,且一半处在磁场中。在△t时间内,磁感应强度的方向不变,大小由B均匀地增大到1.5B.在此过程中,线圈中产生的感应电动势为( )
A. BR2△t
B. BR22△t
C. nπBR22△t
D. nπBR24△t
12.如图所示为质谱仪的原理示意图,现让某束离子(可能含有多种离子)从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场,经电场加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中,在核乳胶片上形成a、b两条“质谱线”,则下列判断正确的是( )
A. a、b谱线的对应离子均带负电
B. a谱线的对应离子的质量较大
C. b谱线的对应离子的质量较大
D. a谱线的对应离子的比荷较大
二、多选题:本大题共4小题,共24分。
13.在如图所示的下列四种情况中,能产生感应电流的有( )
A. 闭合线圈沿磁场方向向上运动
B. 铜盘在两磁极间转动
C. 闭合电路中ab杆在磁场中向右运动
D. 条形磁铁静止在线圈上方
14.R1和R2是材料相同、厚度相同、上下表面都为正方形的导体,把它们分别连接在如图所示电路的A、B两端,接R1时电压表的读数为U1,接R2时电压表的读数为U2,则下列判断正确的是( )
A. R1=R2B. R1>R2C. U1>U2D. U1=U2
15.物理兴趣小组欲比较准确地测量一个长约几厘米、电阻R约为10Ω、横截面为圆形粗细均匀的导电材料的电阻率。用游标卡尺测得该材料的长度如图甲所示,读数为L,用螺旋测微器测得该材料的直径如图乙所示,读数为d,则下列正确的是( )
A. L=5.24cmB. L=5.240cmC. d=2.150cmD. d=2.150mm
16.如图所示,在x>0,y>0的真空中有方向垂直于xy平面向里的匀强磁场,磁感应强度的大小为B.现有一质量为m、电荷量大小为q的带电粒子,从x轴上的某点P沿着与x轴成30°角的方向以任意大小的速度v射入磁场。不计粒子重力,则下列说法中正确的是( )
A. 只要粒子的速度大小合适,粒子就可能通过坐标原点
B. 粒子在磁场中运动所经历的时间可能为3πm2qB
C. 粒子在磁场中运动所经历的时间可能为πmqB
D. 粒子在磁场中运动所经历的时间可能为πm3qB
三、简答题:本大题共1小题,共10分。
17.如图所示,水平放置一宽度为L=0.4m的矩形导体框架,导体细棒ab可在框上自由移动,且与导体框架接触良好。整个装置处在磁感应强度为B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向竖直向上,细棒ab的电阻为R=0.2Ω,其余部分电阻不计,棒在水平力F作用下以v=2m/s的速率匀速向右运动。求:
(1)水平力F的大小;
(2)细棒ab消耗的电功率P。
四、计算题:本大题共2小题,共30分。
18.如图所示,在以O为圆心,内外半径分别为R1=0.5m和R2=1.5m的圆环区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的粒子从内圆上的A点射入该圆环区域,不计空气阻力及粒子重力。求:
(1)若磁感应强度B=1T,粒子从OA延长线与外圆的交点C以速度v1=105m/s射出,方向与OA延长线成30°角,粒子的电性及比荷qm;
(2)若粒子仍从A点沿不同方向射入磁场,速度大小为v2=106m/s,要使所有粒子一定都能够从外圆射出,磁感应强度的大小B′满足的条件。
19.如图所示,在y>0的空间中存在匀强电场,场强沿y轴负方向;在y<0的空间中,存在匀强磁场,磁场方向垂直xOy平面(纸面)向外。一电荷量为q、质量为m的带正电的运动粒子,经过y轴上y=h处的点P1时速率为v0,方向沿x轴正方向;然后,经过x轴上x=2h处的P2点进入磁场,并经过y轴上y=−2h处的P3点。不计重力。求:
(1)电场强度的大小;
(2)粒子到达P2时的速度;
(3)磁感应强度的大小。
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解:A、睡觉脱毛衫时衣服与头发摩擦会产生静电,常常会听到噼里啪啦的响声,是静电现象。
B、梳子与头发摩擦会产生静电,吸起纸屑,是静电现象。
C、线圈接近通电线圈过程中,小线圈中产生电流属于电磁感应现象,不属于静电现象。
D、将一绝缘枕形导体靠近带电小球时,枕形导体两端出现等量异种电荷,也是静电现象。
本题选不属于静电现象的,故选:C。
分析各现象的形成原因,然后判断各现象的成因是否与静电现象有关,然后答题。
静电是因为摩擦使物体带电的现象,平时所见到的摩擦起电现象都是一种静电现象。如:塑料的梳子梳理干燥的头发的时候,头发和梳子会粘在一起,而且会产生噼啪的响声;玻璃棒和丝绸摩擦,用玻璃棒可以吸引碎纸片玻璃棒带正电,丝绸带负电;毛皮和橡胶棒摩擦也产生静电,现象和上面一样橡胶棒带负电,毛皮带正电;注意闪电不属于静电,静电积累到一定程度,正负电子引诱,而产生的放电现象。
2.【答案】B
【解析】解:电磁灶里面的线圈中变化的电流,产生变化的磁场,从而形成涡流,根据电流的热效应进行加热;电暖风机、电饭煲和电烤炉都是利用了电流的热效应,没有应用电磁感应现象,故ACD错误,B正确。
故选:B。
电暖风机、电饭煲和电烤炉加热食物主要利用了电流的热效应,电磁灶利用变化的磁场产生涡流进行加热。
本题考查了各种电器在生活中的运用,解决本题的关键要熟悉教材,知道各种电器的工作原理。
3.【答案】B
【解析】解:A、电场强度的定义式E=Fq可知,电场强度由电场本身决定,与有无检验电荷无关,故A错误。
B、电阻率是反映材料导电性能的物理量,电阻率越大导电性能越弱,故B正确。
C、导体的电阻为导体本身的性质,与两端的电压和电流无关,故C错误。
D、电荷不能凭空产生,摩擦起电只是电荷的转移,故D错误。
故选:B。
电场强度的定义式E=Fq属于比值定义的范畴。
电阻率是反映材料的导电性能的物理量。
电阻由材料本身决定,与电压无关。
电荷不能凭空创造。
本题考查了电场强度、电阻率和摩擦起电等知识,解题的关键是明确电阻率是反映材料导电性能的物理量,电阻率越大导电性能越弱。
4.【答案】A
【解析】解:A、根据共点力平衡得,小球受到的库仑力F=kQqr2=mgtanθ,若小球A向右平移一小段距离,r增大,小球受到A的库仑力F越小,丝线与竖直方向夹角θ越小,故A正确。
B、根据牛顿第三定律,A球对小球B的库仑力与小球B对A球的库仑力是一对作用力和反作用力,大小总是相等的,故B错误。
C、若增加A球带电量,根据共点力平衡得,小球受到的电场力F=kQqr2=mgtanθ,则各丝线与竖直方向夹角增大,故C错误。
D、保持各小球带电情况不变,若使A球带−Q,则小球受到库仑引力,向右偏转,与A球的距离减小,库仑力都增大,则丝线与竖直方向夹角将增大,故D错误。
故选:A。
根据共点力平衡得,小球受到的库仑力F=kQqr2=mgtanθ,丝线与竖直方向夹角θ与小球受到A的库仑力F之间是单调递增关系,θ大,说明库仑力F大,库仑力减小,则θ必减小。
本题要注意根据力的平衡条件分析小球的偏转情况,根据共点力平衡得,小球受到的库仑力F=kQqr2=mgtanθ,丝线与竖直方向夹角θ越小,说明小球受到A的库仑力F越小,F越大,则θ越大。
5.【答案】D
【解析】解:A.由运动轨迹可知电场力方向竖直向上,由电势的高低可知电场线方向竖直向上,则电性为正,故A错误。
BCD.粒子由M到N电场力做正功,则动能增加,电势能减小,由于不计重力,根据能量守恒定律知:动能与电势能之和不变。故BC错误,D正确。
故选:D。
由于电荷只受电场力作用,电场力将指向运动轨迹的内侧。则电场力一定竖直向上,同时注意电场线和等势线垂直,又因电势沿电场线方向降低则说明电场线竖直向上,根据电场力和电场线的方向判断粒子的电性。再由电场力做功判断能量变化。
解决该题的关键是明确知道物体做曲线运动的条件是合力在曲线的内侧,知道顺着电场线电势逐渐降低,知道电场力做功与电势能变化之间的关系。
6.【答案】D
【解析】解:A、根据感应电流产生的条件,若在线圈A中输入恒定电流,则线圈A只产生恒定的磁场,线圈B中的磁通量不发生变化,则线圈B中不会产生感应电动势,故A错误;
B、若线圈A中输入随时间均匀变化的电流,则会使线圈A产生随时间均匀变化的磁场,根据法拉第电磁感应定律:E=nΔΦΔt=常数,则线圈B中会产生恒定不变的感应电动势,故B错误;
C、若线圈A中电流恒定不变,无论多大,产生的磁场是恒定的,则线圈B中没有磁通量变化,则不会产生感应电动势,故C错误;
D、线圈A中电流变化越快,则线圈A中电流产生的磁场变化越快,根据法拉第电磁感应定律:E=nΔΦΔt,线圈B中感应电动势也会越大,故D正确。
故选:D。
明确无线充电原理,直接应用感应电动势产生的条件以及法拉第电磁感应定律分析即可求解。
本题考查法拉第电磁感应定律的应用,注意线圈里产生的感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,与磁通量以及磁通量的变化无关。
7.【答案】A
【解析】解:A.地球的磁场叫地磁场,地磁场的N极在地理北极附近,地磁场的S极在地理南极附近,有一个磁偏角,故A正确;
B.地磁场与条形磁铁的磁场类似,是封闭曲线,但不相交,故B错误;
C.只有地球赤道平面上各处的地磁场方向与地面平行,北半球的磁感线斜向下,南半球的磁感线斜向上,故C错误;
D.若通电导线相对水平地面东西放置时,根据安培定则可知导线下方的磁感线由南向北,小磁针N极方向向北,由于地磁场方向也是由南向北,因此不能说明是受电流的磁场方向的影响,故D错误。
故选:A。
A.地球的磁场叫地磁场,根据地磁场的N、S极与地理南北极的关系作答;
B.地磁场与条形磁铁的磁场类似,据此分析磁感线;
C.根据地磁场的分布作答;
D.没有外磁场时,受地磁场的影响,小磁针静止时的N极指向地球的北极附近;在奥斯特实验中,小磁针的偏转方向是受电流的磁场方向影响的,据此分析。
本题考查了地磁场的产生和分布,可借助条形磁铁来理解,另外要了解磁偏角的存在。
8.【答案】C
【解析】解:通电圆环在磁场中受到安培力作用,取左右两侧的一小段电流元分析,根据左手定则可知,左侧电流元受到安培力垂直纸面向里,右侧电流元受到安培力垂直纸面向外,则从上往下看,圆环顺时针转动。
当转动角度θ=90°时,顺着磁感线方向看,电流为顺时针,根据左手定则可知,圆环受到安培力方向沿着半径向外,故圆环有向外扩张的趋势,说明圆环在顺时针转动的同时,向外扩张,故C正确,ABD错误。
故选:C。
通电圆环在磁场中受到安培力作用,选取关键位置的电流元分析,比如左右两侧的电流元。
选取特殊位置进行分析,比如转动角度达到90°后,从而确定运动情况。
本题考查了通电导线在磁场中的受力情况,解题的关键是选取特殊位置的电流元,分析其受力,确定运动情况。
9.【答案】A
【解析】解:不论带电粒子带何种电荷,由于v0
故A正确,BCD错误。
故选:A。
先判断带电粒子在电场中的受力情况和在重叠区的受力情况,比较两种情况中的偏转位移的大小,而洛伦兹力对粒子不做功,只有电场力做功,进而可以判断做功大小.
本题解题的关键是分析两种情况下的偏转位移的大小,洛伦兹力对带电粒子不做功,难度适中.
10.【答案】B
【解析】解:当滑动变阻器的滑动头向下滑动时,滑动变阻器接入电路的电阻变小,并联部分的总电阻变小,所以总电阻变小,总电流变大,
所以电源内阻的电压变大,所以A灯的电压变小,根据P=U2R可知A的功率变小,故A灯变暗;
由I=UR可知A的电流变小,而总电流变大,所以通过另一支路的电流变大,所以另一个电阻的电压变大,故灯泡B的电压变小,根据P=U2R可知B的功率变小,故B灯变暗。
故选:B。
从图可知,滑动变阻器与灯泡B并联,然后跟另一电阻串联,再和灯泡A并联,首先判断滑动变阻器电阻的变化情况,然后根据串联电路中电阻的特点,得出总电阻变化情况.由于电压一定,由欧姆定律可知电路中电流表的变化及电压表示数的变化.
判断灯泡的亮度应依据灯泡的实际功率,由于灯泡的电阻不变,可利用公式P=I2R判断灯泡实际功率的变化.
本题考查的是滑动变阻器对电路中电流、电压的调节情况,分析清楚电路结构、根据滑动变阻器阻值的变化,
判断B与并联电路电压的变化情况,熟练应用功率公式是正确解题的关键.
11.【答案】D
【解析】解:根据法拉第电磁感应定律E=N△⌀△t=N△B△tS=n1.5B−B△t⋅12πR2=nBπR24△t,故D正确,ABC错误。
故选:D。
根据法拉第电磁感应定律E=N△⌀△t=N△B△tS,求解感应电动势,其中S是有效面积。
解决电磁感应的问题,关键理解并掌握法拉第电磁感应定律E=N△⌀△t=N△B△tS,知道S是有效面积,即有磁通量的线圈的面积。
12.【答案】D
【解析】解:A、根据粒子在磁场中的偏转方向用左手定则可判断粒子带正电,故A错误;
BCD、电场中加速由定能定理:qU=12mv2,磁场中粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力:qvB=mv2r,由以上两式解得:r=1B 2Umq,即落点距离只与带电粒子的比荷有关,即R越小,荷质比qm越大,ab对比,a谱线的对应离子的比荷较大,但因电荷量可能不同,因此无法判断粒子的质量大小,故D正确,BC错误。
故选:D。
根据磁场中的运动情况用左手定则判断带电粒子的带电性质;根据电场和磁场中的运动求出磁场中圆周运动的半径表达式,根据表达式判断质量及比荷的关系。
本题借助质谱仪模型考查了带电粒子在电场和磁场中的运动,要会推导带电粒子在磁场中匀速圆周运动的半径公式。
13.【答案】BC
【解析】解:A、保持线圈平面始终与磁感线垂直,闭合线圈在磁场中沿磁场方向向上运动,运动方向平行于磁场,磁通量不变,无感应电流,故A错误。
B、铜盘在两磁极间转动时,在磁场中的那一部分的铜盘相对于闭合电路的一部分在切割磁感线,所以有感应电流,故B正确。
C、闭合电路中ab杆在磁场中向右运动,闭合回路的磁通量发生变化,有感应电流,故C正确。
D、条形磁铁静止在线圈上方,穿过线框的磁通量不变,不能产生感应电流,故D错误。
故选:BC。
闭合电路的一部分导体,在磁场中做切割磁感线运动时,就会在导体中产生感应电流;分析磁感线方向和导体运动方向的关系,只要是切割磁感线运动就会产生感应电流。
判断是否产生感应电流是要牢牢抓住“闭合”、“切割”两个关键字眼,在分析时要牢牢把握住这两个方面。
14.【答案】AD
【解析】解:AB.设R1和R2上下表面的长度分别为a和b,根据电阻定律有
R1=ρaad=ρd,
R2=ρbbd=ρd,所以R1=R2,故A正确,B错误;
CD.根据闭合电路的欧姆定律,I=ER+r,把R1和R2分别接入A、B间时总电流相等,路端电压U=IR也相等,则U1=U2;故C错误,D正确。
故选:AD。
AB.根据电阻定律的公式设置计算比较电阻值;
CD.根据闭合电路的欧姆定律和路端电压的计算公式分析解答。
本题的意义在于在不改变电阻值大小的情况下,可以通过减小电阻的体积达到同样的目的,就是集成电路的意义。
15.【答案】BD
【解析】解:AB.游标卡尺为20分度,故游标卡尺精确度为0.05mm,游标卡尺的主尺读数为52mm,游标尺上第8个刻度和主尺上某一刻度对齐,所以游标读数为8×0.05mm=0.40mm,所以最终读数为:L=52mm+0.40mm=52.40mm=5.240cm
故B正确,A错误;
CD.螺旋测微器的固定刻度为2mm,可动刻度为15.0×0.01mm=0.150mm,所以最终读数为2mm+0.150mm=2.150mm,故D正确,C错误。
故选:BD。
解决本题的关键掌握游标卡尺读数的方法,主尺读数加上游标读数,不需估读。螺旋测微器的读数方法是固定刻度读数加上可动刻度读数,在读可动刻度读数时需估读。
本题考查长度的测量,对于基本测量仪器如游标卡尺、螺旋测微器等要了解其原理,要能正确使用这些基本仪器进行有关测量。在读数时要注意有效位数的保留和单位的换算。
16.【答案】CD
【解析】解:A.如果粒子要从O点射出,则其运动轨迹如图所示,,
从轨迹上看出粒子还未到达O点时已经从y轴射出磁场,故粒子不可能从O点射出磁场,故A错误。
BCD.如果粒子带负电,则粒子的运动轨迹如图所示:,
根据几何知识可知,其轨迹所对的圆心角为:∠1=60°,
所以粒子的运动时间为:t=60°360∘T=πm3qB,
当粒子带正电且从x轴射出磁场,其运动轨迹如图所示:,
根据几何知识可知其圆心角为:∠2=300°,
所以粒子在磁场中做圆周运动的时间为:t′=300°360∘T=5πm3qB,
如粒子带正电,且从y轴射出,其从y轴射出时的时间最大时,其轨迹刚好和y轴相切,轨迹如图所示:,
根据几何知识可知,其圆心角为:∠3=240°,
所以其运动的时间为:t″=240°360∘T=4πm3qB,所以粒子从y轴射出时,其时间满足t0<4πm3qB,
综上可知,粒子在磁场中运动的时间为t<4πm3qB,t=5πmqB以及t=πm3qB,故B错误,CD正确。
故选:CD。
带电粒子以一定速度垂直进入匀强磁场后,在洛伦兹力作用下作匀速圆周运动,讨论当粒子带正电和带负电时粒子在磁场中的运动时间范围,根据所求得的时间范围分析解答。
解决该题的关键是能根据题意按照粒子的正负电性来分析题意,能正确做出粒子的运动轨迹,能根据几何知识求解出粒子的轨迹所对应的圆心角。
17.【答案】解:(1)导体棒ab切割磁感线,产生的感应电动势为:E=BLv=0.5×0.4×2V=0.4V
通过导体棒的感应电流为:I=ER=
作用在导体棒上的安培力为:F安=BIL=0.5×2×0.4N=0.4N
棒在水平力F作用下做匀速运动,则:F=F安=0.4N
(2)细棒ab消耗的电功率为:P=I2R=22×0.2W=0.8W
答:(1)水平力F的大小为0.4N;
(2)细棒ab消耗的电功率P为0.8W。
【解析】根据法拉第电磁感应定律,结合闭合电路欧姆定律和功率公式可以求出消耗的电功率。
本题考查导体切割磁感线时的感应电动势,在涉及电磁感应和电路问题时,要注意法拉第电磁感应定律结合闭合电路欧姆定律的应用。
18.【答案】解:(1)由左手定则知,粒子带正电,粒子的运动轨迹如图甲所示,设粒子运动的轨道半径为r,
由牛顿第二定律得:qv1B=mv12r
又由几何关系可知,粒子运动的半径 r=R2−R1=1m
联立解得比荷 qm=v1rB=105C/kg。
(2)要使所有粒子一定都能够从外圆射出,作出粒子刚好与边界相切的两轨迹,如图所示,
粒子能从轨迹2能射出,则所有粒子一定能从外圆射出,即满足2r′>R1+R2
由牛顿第二定律得:qv2B′=mv22r′
解得:B′<10T。
答:(1)粒子的带正电,比荷qm为105C/kg。
(2)若磁感应强度的大小B′满足的条件是B′<10T。
【解析】(1)根据左手定则判断粒子的电性,做出粒子的运动轨迹,根据洛伦兹力提供向心力求解出粒子的荷质比。
(2)若粒子从A点进入磁场,速度大小一定,方向不定,要使粒子一定能够从外圆射出,粒子在磁场内的运动半径应大于过A点的最大内切圆半径,所以由轨道半径从而求出最小磁感应强度。
解决该题的关键是正确做出粒子做匀速圆周运动的轨迹,能根据几何知识求解器运动半径,能正确做出粒子恰好不从外圆射出的临界轨迹。
19.【答案】解:(1)粒子在电场、磁场中运动的轨迹如图所示。
设粒子从P1到P2的时间为t,电场强度的大小为E,粒子在电场中的加速度为a
由牛顿第二定律及运动学公式有:
qE=ma
v0t=2h
h=12at2
联立方程解得:E=mv022qh
(2)粒子到达P2时速度沿x方向的分量仍为v0,以v1表示速度沿y方向分量的大小,v表示速度的大小,
θ表示速度和x轴的夹角,则有:
v12=2ah
且有v= v12+v02
tanθ=v1v0
联立解得:v1=v0
v= 2v0
θ=45°,方向与x轴正方向成45°斜向右下方;
(3)设磁场的磁感应强度为B,在洛伦兹力作用下粒子做匀速圆周运动,由牛顿第二定律:
qvB=mv2r
r是圆周的半径。此圆周与x轴和y轴的交点分别为P2、P3.因为OP2=OP3,θ=45°,由几何关系可知,连线P2P3为圆轨道的直径,由此可求得:
r= 2h
解得:B=mv0qh;
答:(1)电场强度的大小mv022qh;
(2)粒子到达P2时速度的大小为 2v0,方向与x轴正方向成45°斜向右下方;
(3)磁感应强度的大小mv0qh。
【解析】(1)粒子在电场中做平抛运动,由牛顿第二定律及运动学公式,可求得电场强度E的大小;
(2)根据平抛运动的基本规律及几何关系求出进入磁场的速度及进入磁场时与x轴的夹角;
(3)根据洛伦兹力提供向心力结合几何知识求解磁感应强度。
对于带电粒子先加速后偏转的类型,常规思路是根据动能定理求加速获得的速度,对于磁场中匀速圆周运动,结合轨迹,找出向心力的来源,由牛顿第二定律和几何知识结合求解。
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