专题02 电磁学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 （新高考广东专用）

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一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题02 电磁学版块大题综合
一、解答题
1．（2023·广东广州·广州市第二中学校考三模）如图，在xOy坐标中第Ⅳ象限中分布着沿x轴负方向的匀强电场，长方形OPQH区域内还分布着垂直坐标平面向里的匀强磁场。在xOy平面内一质子从y轴上的a点垂直OP射入场区，然后垂直x轴通过b点。已知：质子质量为m、带电量为q，射入场区时的速率为v0，通过b点时的速率为，磁感应强度为B，，，粒子重力不计。
（1）电场强度的大小；
（2）撤去电场，质子从y轴上c点以速度垂直OP射入磁场，已知，粒子恰好从H点射出磁场，求c点所在位置。

2．（2023·广东广州·广东实验中学校考模拟预测）我国新一代航母阻栏系统的基本原理如图所示，飞机（已经关闭动力系统）着舰瞬间，通过绝缘阻拦索钩住轨道上的一根金属棒ab，飞机与金属棒瞬间相对静止，共同速度为；金属棒、导轨和定值电阻R形成一闭合回路，在磁场中共同减速滑行至停下。已知阻拦索的质量和形变不计，飞机质量，金属棒ab质量、接入电路的电阻，定值电阻，导轨电阻不计，导轨间，匀强磁场磁感应强度B=5T，除安培力外飞机与金属棒克服其它阻力做的功为J。求：
（1）飞机着舰瞬间金属棒ab中感应电流I的大小和方向；
（2）金属棒ab中产生的焦耳热Q。

3．（2023·广东佛山·佛山市高明区第一中学校联考模拟预测）如图所示，M、N为两水平金属板，板间电压为U、距离为d，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外，ACD为用绝缘板围成的正三角形区域，正三角形边长为L，S为AC板中心的小孔，区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，放射源P沿水平方向发出速率不等、比荷不同的粒子，其中有部分粒子恰能沿板M、N的中轴线通过，再垂直AC边从孔S进入正三角形区域。板间电场可看成匀强电场，忽略板外空间的电场；粒子每次与绝缘板发生碰撞后均以原速率反弹且电荷量不变，不计粒子重力及相互作用。
（1）求能沿板M、N中轴线通过的粒子的速度大小；
（2）求与绝缘板碰撞次数最少且能从S孔飞出的粒子比荷；
（3）比荷为的粒子在三角形区域内运动过程中，每次与板碰撞时速度方向均与板垂直且能从S孔飞出，求该粒子的比荷的可能值。

4．（2023·广东江门·统考一模）如图甲所示，一对足够长金属导轨由等宽的右侧水平导轨和左侧倾斜导轨两部分在虚线mn处连接组成，mn右侧存在竖直向下的匀强磁场，mn左侧存在与倾斜轨道平行的匀强磁场（图中未画出），mn两侧磁场的磁感应强度B大小相等（B的大小未知），导轨的间距为L = 1.5m，倾角θ = 37°，在t = 0时刻，置于倾斜导轨上的ef棒由静止释放，置于水平导轨上的cd棒在一水平向右的外力F的作用下由静止开始做匀加速直线运动，外力随时间的变化规律如图乙所示，cd、ef棒的质量分别为m1= 1.0kg、m2= 2.0kg，电阻分别为R1= 2Ω、R2= 3Ω，忽略导轨的电阻，ef棒与金属导轨的动摩擦因数为μ = 0.12，不计cd棒与导轨之间的摩擦，sin37° = 0.6，cs37° = 0.8，取g = 10m/s2，求：
（1）t = 0时刻cd棒的加速度大小及cd棒的电流方向；
（2）磁感强度B的大小；
（3）经过多长时间ef棒在倾斜轨道上的速度达到最大？
5．（2023·广东汕头·统考一模）1897年，汤姆逊利用电磁偏转的方法，测量了电子的荷质比。20世纪初，考夫曼用磁聚焦法也测量出粒子的荷质比，并且该实验还是狭义相对基础实验之一。如图为磁聚焦法简化原理图。电子从电子枪K出发，初速度为零。虽然由于各种原因在Q处会出现散开一个角度，但可以认为经过加速电场MN的做功，所有电子均获得相同的轴向速度。如图方向的磁场作用下，电子将做螺旋运动，重新会聚在另一点。这种发散粒子束会聚到一点的现象与透镜将光束聚焦现象十分相似，因此叫磁聚焦。已知加速电压为U，磁感应强度为B，Q处角度为2θ，电子的轴向速度为，不计重力以及电子之间的相互作用，求：
（1）求电子的比荷k；
（2）求在磁场中相邻两个会聚点的距离。
6．（2023·广东·模拟预测）如图所示，在正交坐标系的空间中，同时存在匀强电场和匀强磁场。匀强磁场的磁感应强度大小为，方向与平面平行，且与轴的夹角为。一质量为、电荷量为（）的带电粒子从轴上的点（，，）沿平行于轴正方向以速度射入场区保持匀速直线运动，不计重力。
（1）求电场强度的大小；
（2）若撤去磁场，求带电粒子从射入后运动到平面时的坐标。
7．（2023·广东·模拟预测）如图所示，平面直角坐标系的第一象限充满沿y轴正方向的匀强电场；坐标原点O右侧有一个与y轴平行、足够长且厚度不计的荧光屏，荧光屏与x轴相交于Q点，且；y轴左侧充满垂直平面向里的匀强磁场。一重力可忽略不计、比荷大小为k的带负电粒子，以速度从y轴负半轴上的P点（）水平向左射入磁场。若匀强磁场的磁感应强度大小，匀强电场的电场强度大小，求：
（1）该粒子从P点入射到打在荧光屏上所经过的时间；
（2）若，该粒子打在荧光屏上的位置到Q点的距离。
8．（2023·广东·模拟预测）如图所示，xOy坐标系中，第三象限存在沿x轴正向的匀强电场，第四象限与x轴和y轴相切的半径为R=0.2m的圆形区域内存在匀强磁场B1，磁感应强度B1=0.1T，方向垂直纸面向里，x轴上方存在垂直纸面向外的匀强磁场B2，磁感应强度B2=0.3T。在第三象限x=-40cm，y=-8cm至-36cm间存在粒子源，比荷k=108C/kg的相同带正电粒子由粒子源无初速度释放后进入电场，在电场中加速后进入圆形磁场，其中正对圆心入射的粒子经B1偏转后恰好以垂直于x轴的方向经切点P点进入磁场B2，带电粒子最终都打到放置在x轴上的收集板上。不计粒子的重力，sin37°=0.6，cs37°=0.8，求：
（1）第三象限中加速电场的电场强度E；
（2）收集板最小长度L；
（3）带电粒子在磁场B1、B2中运动的总时间范围（用含π的分数式表示）。
9．（2023·广东广州·统考二模）为了模拟竹蜻蜓玩具闪闪发光的效果，某同学设计了如图甲所示的电路。半径为a的导电圆环内等分为四个直角扇形区域，Ⅰ、Ⅱ区域内存在垂直环面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。长度为a、电阻为r的导体棒OP以角速度绕O点逆时针匀速转动，t=0时OP 经过图示位置。OP通过圆环和导线与导通电阻为R的发光二极管（LED）相连。忽略其它电阻。
（1）求OP切割磁感线过程中，通过二极管的电流大小和方向；
（2）在图乙中作出时间内通过二极管的电流随时间变化的图像（规定从M到N 为正方向，不用写分析和计算过程）。
10．（2023·广东潮州·校考三模）近年来电动汽车越来越普及，有的电动汽车动力来源于直流电机。直流电机工作原理可简化如下图所示：在竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，两光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，两轨间接一电动势恒为E、内阻恒为r的直流电源。质量为m的导体棒ab垂直导轨静置于导轨上，接入电路部分的有效电阻为R，电路其余部分电阻不计。一根不可伸长的轻绳两端分别连接在导体棒的中央，和水平地面上质量为M的物块上，绳与水平面平行且始终处于伸直状态。已知物块与水平面的动摩擦因数为μ，重力加速度为g，闭合开关S，物块即刻开始加速。
（1）求S刚闭合瞬间物块加速度的大小，设最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力；
（2）求当导体棒向右运动的速度为v时，流经导体棒的电流；
（3）求物块运动中最大速度的大小。
11．（2023·广东深圳·统考二模）某肿瘤治疗新技术是通过电子撞击目标靶，使目标靶放出X射线，对肿瘤进行准确定位，再进行治疗，其原理如图所示。圆形区域内充满垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为。水平放置的目标靶长为，靶左端M与磁场圆心O的水平距离为、竖直距离为。从电子枪逸出的电子（质量为、电荷量为，初速度可以忽略）经匀强电场加速时间后，以速度沿PO方向射入磁场，（PO与水平方向夹角为），恰好击中M点，求：
（1）匀强电场场强的大小；
（2）匀强磁场的方向及电子在磁场中运动的时间；
（3）为保证电子击中目标靶MN，匀强电场场强的大小范围（匀强电场极板间距不变）。
12．（2023·广东汕头·金山中学校考三模）某质谱仪的原理如图，速度选择器两板间有正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为E，方向由上板指向下板；磁感应强度为，方向垂直于纸面．速度选择器右边区域存在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，接收器M安放在半径为R、圆心为O的圆形轨道上，a、b、O、C在同一直线上，与的夹角为。若带电粒子恰能从a点沿直线运动到b点，再进入圆形磁场中，不计粒子的重力，求：
（1）匀强磁场的方向以及速度选择器中粒子的速度大小；
（2）x、y两种粒子比荷的比值，它们均沿直线进入圆形磁场区域，若接收器M在处接收到x粒子，则与的夹角为多大时，接收器M可接收到y粒子？
13．（2023·广东惠州·统考一模）半导体掺杂是集成电路生产中最基础的工作，其简化模型如图所示，控制器主要由平行金属板电容器和相互靠近的两个电磁线圈构成（忽略边缘效应）。加上电压后，两金属板A、B间形成匀强电场；通电流后，两电磁线圈间形成圆柱形匀强磁场：匀强电场与匀强磁场（柱形）的中轴线垂直相交，磁场横截面圆的半径为，极板A、B长为，间距为d。标靶是圆形的薄单晶硅晶圆，晶圆面与匀强电场的中轴线垂直，与匀强电场中心和柱形匀强磁场中轴线的距离分别为和。大量电量为，质量为m的离子，以速度沿电场的中轴线飞入电场；当，且电磁线圈中的电流也为零时，离子恰好打到晶圆中心O点．不计离子所受重力。求：
（1）当，且电磁线圈中的电流为零时，离子离开金属板后到达晶圆所在平面的时间以及离子刚好离开金属板时的竖直偏移量的大小；
（2）当时，要使离子都能打到半径为的晶圆上，线圈之间的匀强磁场的磁感应强度B的大小应满足的关系。
14．（2023·广东韶关·统考模拟预测）MM50是新一代三维适形和精确周强的治癌设备（如图甲），是公认最先进的放射治疗系统，是当今放射治疗的领军产品可以在近质子水平上进行3D适形放射治疗。其核心技术之一就是多级能量跑道回旋加速器，跑道式回旋加速器放置在真空中，其工作原理如图乙所示，匀强磁场区域Ⅰ、Ⅱ的边界平行，相距为L，磁感应强度大小相等，方向均垂直纸面向里；下方P、Q及两条横向虚线之间的区域存在水平向右的匀强电场（两条横向虚线之间的区域宽度忽略不计），方向与磁场边界垂直。质量为m、电荷量为＋q的粒子从P端无初速进入电场，经过n次电场加速和多次磁场偏转后，从位于边界上的出射口K射出，射出时的速率为v。已知K、Q之间的距离为d，不计粒子重力。求：
（1）匀强电场的电场强度大小E及匀强磁场的磁感应强度大小B；
（2）粒子从P端进入电场到运动至出射口K的过程中，在电场和磁场内运动的总时间。
15．（2023·广东汕头·统考二模）如图，一有界区域内，存在着磁感应强度大小均为，方向分别垂直于光滑水平桌面向下的匀强磁场，磁场宽度为。边长也为的正方形单匝金属线框P、Q的质量均为、电阻均为。它们置于光滑桌面上，其左、右边与磁场边界平行，开始时P、Q靠在一起但彼此绝缘且不粘连。使它们一起以大小为的初速度向右运动并进入磁场，线框所用金属丝的宽度可忽略不计。
（1）用水平推力作用在线框Q上，使P、Q一起以速度匀速穿过磁场区，求整个过程中水平推力的最大值；
（2）不加外力，让线框P、Q在磁场中自由滑行，结果线框Q恰好能穿过磁场区。求线框P、Q在整个过程中产生的焦耳热与之比。
16．（2023·广东深圳·深圳市高级中学校考三模）如图所示，和为竖直方向的平行边界线，水平线将两边界围成区域分为上下两部分，其中Ⅰ区域内为竖直向下的匀强电场，Ⅱ区域内为垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m，电荷量为q的带正电粒子从左边界A点以初速度垂直边界进入Ⅰ区域，从C点离开Ⅰ区域进入Ⅱ区域。已知，，粒子重力不计：
（1）求Ⅰ区域匀强电场强度E的大小；
（2）若两竖直边界线距离为4h，粒子从Ⅱ区域左边界射出，求Ⅱ区域内匀强磁场的磁感应强度大小范围；
17．（2023·广东·模拟预测）如图所示，M、N两金属圆是直线加速器的一部分，M与N间的电势差大小为U；边长为2L的立方体区域abcda'b'c'd'内有竖直方向的匀强磁场。一质量为m，电量为－e的粒子，以初速度v0水平进入圆筒M左侧的小孔，粒子在每个筒内均做匀速直线运动，在两筒间做匀加速直线运动。粒子自圆筒N出来后，从正方形add'a'的中心垂直进入磁场区域，最后从棱边bb'的中点飞出磁场区域，忽略粒子受到的重力。求：
（1）粒子进入磁场区域时的速率v；
（2）磁感应强度的大小B和方向。
18．（2023·广东湛江·统考二模）如图所示，在第一象限的区域内存在沿x轴正方向、电场强度大小为E的匀强电场，在的区域内存在沿y轴负方向、电场强度大小未知的匀强电场，x轴下方存在垂直纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计粒子的重力）从y轴上A（0，L）点处由静止释放，粒子离开区域后撤去该区域内的匀强电场，粒子经C（3L，0）进入x轴下方的磁场中，之后粒子经过第二象限回到A点。求
（1）匀强电场的电场强度大小；
（2）粒子从A点出发至第一次返回A点所用时间t。
19．（2023·广东茂名·统考二模）如图所示，在xOy平面内和x轴之间存在沿+x方向的匀强电场，的区域存在匀强磁场。比荷为2k的带负电粒子1从O点以速度沿y轴正方向射入，此时电场强度大小变为原来的3倍，粒子1不经过磁场直接到达收集装置被收集，且在粒子1到达收集装置的过程中，前一半时间存在电场，后一半时间电场消失。电场恢复到开始时情况，比荷为k的带正电粒子2从O点以速度沿y轴正方向射入，最终到达固定于坐标的收集装置被收集。忽略粒子重力，不考虑边界效应。求：
（1）开始时电场强度的大小；
（2）磁感应强度的大小。
20．（2023·广东广州·执信中学校考三模）如图所示，两竖直虚线MN和间的距离，P、Q点在直线上。一质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力）以某一速度从A点垂直于MN射入：若两竖直虚线间的区域内只存在场强大小为E、沿竖直方向的匀强电场，则该粒子将从P点离开场区，射出方向与AC的夹角叫做电偏转角，记为；若两竖直虚线间的区域内只存在磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面的匀强磁场，则该粒子将从Q点离开场区，射出方向与AC的夹角叫做磁偏转角，记为。
（1）若两竖直虚线间的区域内同时存在上述电场和磁场，且该粒子沿直线运动从C点离开场区，粒子从A点入射的速度是多大？
（2）在（1）问的速度下，只在电场中的电偏转角的正切值与只在磁场中的磁偏转角的正弦的比值。
21．（2023·广东深圳·深圳中学校考三模）如图，光滑水平面上静置一质量的木板，木板右侧某位置固定一半径的光滑绝缘竖直半圆轨道，轨道下端与木板上表面齐平，虚线右侧存在竖直方向的匀强电场，质量的物块a以的水平速度冲上木板左端，与木板的动摩擦因数，到达木板右端时刚好与木板共速，之后物块a与静止在半圆轨道底端的物块b（质量、电荷量）发生弹性正碰，碰后物块b电荷量不变，长木板瞬间停止且不再运动。已知物块b在半圆轨道内运动过程中对轨道各点的压力大小均相等。g取10，求：
（1）匀强电场的场强；
（2）长木板的长度；
（3）定量计算说明物块b离开半圆轨道后能否落回木板。

22．（2023·广东清远·校考模拟预测）如图所示，在xOy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在第二、三象限内存在沿y轴负方向的匀强电场。一比荷为k的带负电粒子（不计重力）从x轴负半轴上的M点（图中未画出）沿x轴正向射入电场，从y轴上的N（0，b）点进入磁场，进入磁场时的速度方向与y轴正方向的夹角θ=45°，粒子经过磁场偏转后从P点（图中未画出）垂直穿过x轴。求:
（1）P点与O点之间的距离。
（2）该粒子在磁场中运动的速度大小v。
（3）M点的坐标及电场强度E的大小。

23．（2023·广东汕头·汕头金山中学南区学校校考三模）某种飞船的电磁缓冲装置结构简化图如图所示。在缓冲装置的底板上，沿竖直方向固定着两个光滑绝缘导轨NP、MQ。导轨内侧安装电磁铁（图中未画出），能产生垂直于导轨平面的匀强磁场，磁感应强度为B。绝缘缓冲底座上绕有n匝闭合矩形线圈，线圈总电阻为R，ab边长为L。假设整个返回舱以速度与地面碰撞后，绝缘缓冲底座立即停下，船舱主体在磁场作用下减速，从而实现缓冲。返回舱质量为m，地球表面重力加速度为g，一切摩擦阻力不计，缓冲装置质量忽略不计。
（1）求绝缘缓冲底座的线圈中最大感应电流的大小
（2）若船舱主体向下移动距离H后速度减为v，此过程中缓冲线圈中通过的电量和产生的焦耳热各是多少？
24．（2023·广东梅州·统考三模）如图所示，在平面直角坐标系内有四个点：（m，3m）、（m，3m）、（m，－1m）和（m，－1m），在空间内有平行于xOy平面的匀强电场，且、、点处的电势分别为-2000V、1000V、-1000V。有一个重力可以忽略的带电粒子从坐标原点以大小为、方向与y轴负方向夹角为的速度射入第四象限，经过，速度恰好平行于x轴且与x轴同向。
（1）求点的电势；
（2）求匀强电场的电场强度大小；
（3）求带电粒子的带电性质及比荷。

25．（2023·广东广州·华南师大附中校考三模）如图，在xy坐标系中，在区域内存在沿y轴负方向的匀强电场，区域内存在垂直xy平面向外的匀强磁场。ab和pc是两块厚度不计的绝缘挡板，ab平行x轴放置且b端固定在处，a端可沿着x轴负方向伸缩从而改变板的长度；足够长的pc板沿y轴竖直放置，初始时刻其下端点p位于处，与ab的b端重合但不粘连。某时刻，一个电荷量为、质量为m的粒子，在位置以沿方向的初速度开始运动，之后从点进入区域，此时pc板立刻沿方向做匀速运动，粒子经过偏转后垂直到达处的平面，并最终垂直打在pc板上被吸收。已知所有粒子均不会打在ab上表面，当粒子打在ab下表面时将原速反弹，若不计粒子的重力，求：
（1）电场强度E的大小；
（2）磁感应强度B的大小；
（3）pc板运动速度的大小。

26．（2023·广东·模拟预测）动能回收系统是新能源汽车时代一项重要的技术，其主要原理是利用电磁制动回收动能以替代传统的刹车制动模式，其能源节省率高达。其原理为，当放开油门进行轻制动时，汽车由于惯性会继续前行，此时回收系统会让机械组拖拽发电机线圈，切割磁场并产生电流对电池进行供电。设汽车的质量为M，若把动能回收系统的发电机看成理想模型：线圈匝数为N，面积为S，总电阻为r，且近似置于一磁感应强度为B的匀强磁场中。若把整个电池组等效成一外部电阻R，则：
（1）若汽车系统显示发电机组此时的转速为n（r/s），则此时能向外提供多少有效充电电压？
（2）某厂家研发部为了把能量利用达到最大化，想通过设计“磁回收”悬挂装置对汽车行使过程中的微小震动能量回收，实现行驶更平稳，更节能的目的。其装置设计视图如图甲、乙所示，其中，避震筒的直径为D，震筒内有辐向磁场且匝数为的线圈所处位置磁感应强度均为，线圈内阻及充电电路总电阻为，外力驱动线圈，使得线圈沿着轴线方向往复运动，其纵向震动速度图像如图丙所示，忽略其他摩擦。试分析此避震装置提供的电磁阻尼随时间的表达式。
（3）在实际制动过程中，由于受充电电压限制，当车速大于一定值时，回收系统介入进行动能回收，此过程产生的阻力与车速成正比，当车速小于时，断开动能回收系统，传统机械制动介入，其阻力为车重的倍。当某次制动时车速为的m倍（m大于1），若动能的回收率为a，则制动过程中有多少动能被回收，总制动位移为多少？
27．（2023·广东·模拟预测）在“质子疗法”中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，杀死细胞。如图所示，质量为m、电荷量为q的质子从极板A处由静止加速，通过极板中间的小孔后进入速度选择器，并沿直线运动。速度选择器中的匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小为，极板间的电场强度大小为。坐标系中区域充满沿y轴负方向的匀强电场Ⅰ，区域充满垂直纸面向外的匀强磁场Ⅱ，OP与x轴夹角。匀强磁场Ⅱ的磁感应强度大小，且。质子从（0，d）点进入电场Ⅰ，并垂直OP进入磁场Ⅱ。取质子比荷为，。求：
（l）极板间的加速电压U；
（2）匀强电场Ⅰ的电场强度；
（3）质子能到达x轴上的区间的长度L（结果用根号表示）。
28．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）离子约束技术对实现可控核聚变有着决定性作用。某离子束实验装置的基本原理如图甲所示，在半径为R的圆柱体底面建立空间直角坐标系，坐标原点与圆柱底面圆心重合。圆柱体区域内存在沿z轴负方向、电场强度为E的匀强电场，圆柱区域正上方存在沿x轴负方向、磁感应强度为的匀强磁场。如图乙所示，从离子源不断飘出（不计初速度）电荷量为q、质量为m的正离子，经电场加速后从圆柱边界正上方沿y轴负方向进入磁场，恰好在圆柱顶面圆心处与y轴正方向成角斜向下射出磁场，进入圆柱区域内的电场中，最后落在圆柱底面上坐标为的D点（图中未画出），不计离子重力。
（1）求加速装置的电压U；
（2）若已知，求圆柱体区域的高度h；
（3）若将圆柱体区域（含边界）的电场，换成一个沿z轴负方向的匀强磁场，且知圆柱区域高度为。为使离子都能到达圆柱底面，并在O点“聚焦”，则磁感应强度B应为多大？
29．（2023·广东茂名·统考模拟预测）离子推进器中某部件简化如图甲，真空中有一半径R1、长为L的金属部件，与金属部件同轴放置一半径为、长为L的金属圆柱面。假设金属部件沿径向均匀射出速率相同的电子，已知电子质量为m，电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。
（1）在柱面和金属部件之间只加恒定电压时，刚好没有电子到达柱面，求出射电子的初速度v0。
（2）在柱面和金属部件间，只加与轴线平行的匀强磁场时，刚好没有电子到达柱面，求出射电子的初速度v0。
（3）撤去金属圆柱面，沿柱面原位置放置一块弧长为a，长度为b的金属片，如图乙。在该金属片上检测到出射电子形成的电流为I，电子流对该金属片的压强为p，求金属部件单位长度单位时间出射的电子数n和电子出射的初速度。
30．（2023·广东广州·统考三模）“质子治疗”是用氢原子核，也就是将质子加速到具有较高的能量，通过某装置引导，到达靶向肿瘤部位，用于人体关键部位的癌症治疗。如图所示，质量为m、电荷量为q的质子从极板A处由静止加速，通过极板中间的小孔后进入速度选择器，并沿直线运动。速度选择器中的匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小为，极板间的电场强度大小为。坐标系xy中yP区域充满沿y轴负方向的匀强电场I且电场强度，xP区域充满垂直纸面向外的匀强磁场II，OP与x轴夹角。匀强磁场II的磁感应强度大小，且质子从（0，d）点进入电场I，并垂直OP经Q点（图中未标出）进入磁场II。取质子比荷为。求：
（1）极板间的加速电压U；
（2）Q点位置坐标；
（3）质子能到达x轴上的区间的长度L（结果用根号表示）。
31．（2023·广东深圳·深圳中学校考三模）如图，在平面直角坐标系平面内存在两处匀强磁场，第一象限内的匀强磁场分布在三角形OAC之外的区域，磁感应强度大小为2B，方向垂直纸面向里，A、C两点分别位于x轴和y轴上，，OC的长度为2R，第二象限内的匀强磁场分布在半径为R的圆形区域内，磁感应强度大小为B，圆形区域的圆心坐标为（R，R），圆形区域与x、y轴的切点分别为P、Q，第三、四象限内均无磁场。置于P点的离子发射器，能持续地从P点在xOy平面内向x轴上方范围内以恒定速率发射同种正离子，离子质量均为m，电荷量均为q；在y轴上的CG之间放置一个长CG=2R的探测板，所有打到探测板上的离子都被板吸收。已知从P点垂直于x轴发射的离子恰好经过Q点进入第一象限，不计重力及离子间的相互作用，求：
（1）圆形区域内磁场的方向及离子的发射速率；
（2）从P点垂直于x轴发射的离子，从发射到第二次经过边界AC所用的时间t；
（3）探测板CG上有离子打到的区域长度。

32．（2023·广东茂名·统考二模）如图甲是医用肿瘤化疗装置，其原理如图乙所示，利用在O点沿y轴正方向射出的高能质子束对肿瘤病灶精准打击从而杀死癌细胞。实际中，质子束的运动方向并不是严格沿y轴而是与y轴有一个很小的偏角，呈发散状。为此加一个方向沿y轴正向，磁感应强度大小为B的匀强磁场，使得质子参与两种运动，沿y轴方向的直线运动和垂直y轴的平面内的圆周运动。为研究方便，用垂直y轴足够大的显示屏表示病人，癌细胞位于屏上，从O点射出的质子速度为v，质量为m，电荷量为q，所有质子与y轴正方向偏差角均为，不考虑质子重力和空气阻力。
（1）y轴方向的直线运动速度大小是否变化，请简述理由；
（2）当显示屏离O点距离为多大时，所有的质子会重新会聚于一点？
（3）移动显示屏，屏上出现一亮环，当屏到O点的距离为时，亮环半径多大？在移动显示屏过程中，最大亮环的面积是多少？
33．（2023·广东潮州·统考二模）如图所示，直角坐标系所在竖直平面内，第一、二象限中分布着沿x轴负方向的匀强电场，第三、四象限中分布着沿y轴正方向的匀强电场；第三、四象限还分布着匀强磁场（图中未画出）．一质量为m、带电量为q的正电小球自坐标为的A点由静止出发，进入第三象限后恰能作匀速圆周运动并垂直于y轴射入第四象限，已知，重力加速度为g．求：
（1）小球第一次通过x轴时的速度；
（2）匀强电场场强和匀强磁场磁感应强度B大小的比值；
（3）小球从第四象限穿出后，经过一段时间会再次到达x轴上的N点（图中未标出），求小球从出发运动至N的时间．
34．（2023·广东·统考二模）如图甲是一种利用磁场约束离子运动的装置原理图，内、外半径分别为R和3R的圆筒共轴放置，轴线水平，在轴线正下方是一对平行金属板，上板正中间的小孔a与外筒正中间的小孔b在通过轴线的同一竖直线上，a、b间距离为d、两筒之间分布着以轴为圆心的同心磁场，各处磁感应强度大小近似相等，磁感应强度为B，从右往左看截面如图乙所示。在平行板下板中央的一个质量为m、电量为e的氢离子（）从静止加速经小孔a从小孔b进入磁场，在磁场中的轨迹恰好与内筒下边缘相切；一段时间后调节板间电压为原来的2倍，并让一个氘核（）在下极板同一位置从静止加速也进入磁场。已知离子与筒壁正碰后均原速反弹且碰撞时间极短，离子与筒壁接触其电荷量不变，筒壁光滑，忽略离子间的相互作用和它们在平行板间加速的时间。
（1）求加速氢离子时平行板间的电压U多大；
（2）分析氘核是否与内筒壁碰撞，如果与内筒壁碰撞，求它与内筒壁第一次碰撞的点P（未在图中画出）与小孔b的水平距离s的大小；
（3）若氢离子第一次与筒左侧壁垂直碰撞后沿直线返回，运动到P点时与氘核相遇，筒长，求氢、氘核释放的时间间隔。
35．（2023·广东茂名·统考模拟预测）如图所示，两根光滑金属导轨ABD和ACE固定在倾角为θ的绝缘斜面上，导轨关于中轴线AO对称，导轨BAC单位长度电阻阻值大小为k，AB＝AC＝L，∠A＝60°，BD和CE与AO平行且电阻不计，整个空间存在着垂直于斜面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场。一质量为m、阻值不计的导体棒在外力作用下以速度从A点匀速滑到虚线BC位置时，撤去外力，导体棒开始加速下滑，经时间t下滑到虚线MN位置时，恰好再次匀速运动。已知全过程中导体棒始终垂直于AO且与轨道接触良好，重力加速度为g，求：
（1）导体棒运动到MN位置时的速度大小v；
（2）导体棒从BC位置运动到MN位置过程中，经过导体棒的电荷量q；
（3）导体棒从A点运动至BC位置过程中，回路产生的焦耳热Q。
36．（2023·广东佛山·统考模拟预测）如图，平行金属导轨MM'、NN'和平行金属导轨PQR、P'Q'R'固定在水平台面上，平行金属导轨间距均为，M'N'与高度差为。导轨MM、NN'左端接有的电阻，导轨平直部分存在宽度为d、磁感应强度方向竖直向上的匀强磁场；导轨PQR与，其中PQ与P'Q'是圆心角为、半径为的圆弧形导轨，QR与Q'R'是水平长直导轨。QQ'右侧存在磁感应强度方向竖直向上的匀强磁场，导体棒a质量，接在电路中的电阻；导体棒b质量，接在电路中的电阻Ω。导体棒a从距离导轨MM'、NN平直部分处静止释放，恰能无碰撞地从PP'滑入右侧平行导轨，且始终没有与棒b相碰。重力加速度，不计导轨电阻、一切摩擦及空气阻力。求：
（1）导体棒a刚进入磁场时的速度大小以及此时电阻R的电流大小和方向；
（2）导体棒b的最大加速度；
（3）d的大小；
（4）导体棒a、b在平行金属导轨PQR、P'Q'R'中产生的总焦耳热（导轨足够长）。

37．（2023·广东·模拟预测）磁聚焦和磁发散技术在许多真空系统中得到了广泛应用，如电子显微镜技术，它的出现为科学研究做出了重大贡献。现有一个磁发散装置，如图所示，在半径为R的圆形区域内存在垂直纸面向外，磁感应强度为B的匀强磁场，在圆形磁场区域右侧有一方向竖直向下，电场强度为E的匀强电场，电场左边界与圆形磁场右边界相切。在水平地面上放置一个足够长的荧光屏PQ，它与磁场相切于P点。粒子源可以持续的从P点向磁场内发射速率为v方向不同的带正电同种粒子。经观测：有一粒子a以竖直向上的初速度射入磁场，该粒子经磁场偏转后恰好以水平方向离开磁场，然后进入电场区域。粒子b进入磁场的速度方向与粒子a的速度方向夹角为（未知），进入磁场后，粒子b的运动轨迹恰好能通过圆形磁场的圆心O，最终也进入到电场区域。已知电场强度和磁感应强度的关系满足，不计粒子重力及粒子间相互作用。求：
（1）粒子的比荷；
（2）粒子b与粒子a的夹角和b粒子打在荧光屏上的亮点到P点的距离x；
（3）入射方向与荧光屏所在平面成区间范围内的粒子，最终打到荧光屏上形成的亮线长度。
38．（2023·广东广州·统考二模）如图，“凹”形区域，各边长已在图中标示，L为已知量。在该区域内有正交的匀强电场和匀强磁场，与ab平行的虚线为电场的等势线；磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B。容器A中质量为m、带电量为e的电子经小孔S1不断默飘入加速电场，其初速度几乎为0，电子经加速电场加速后由小孔S2离开，接着从O点进入场区，沿Oc 做直线运动经c点离开场区。若仅撤去磁场，电子从b点离开场区。
（1）求加速电场的电压和“凹”形区域的电场强度；
（2）若仅撤去“凹”形区域中电场，求电子离开“凹”形区域时的位置与O点的距离；
（3）若撤去“凹”形区域中电场，改变加速电场的电压，使得电子在“凹”形区域内的运动时间均相等，求加速电场电压的取值范围。
39．（2023·广东·模拟预测）如图甲所示，水平面内固定两根平行的足够长的光滑轨道，轨道间距m，其中在E、F、G、H四点附近的轨道由绝缘材料制成，这四段绝缘轨道的长度非常短，其余轨道由金属材料制成，金属轨道的电阻不计，在右侧两轨道之间连接一个阻值Ω的定值电阻。在矩形区域MNQP中存在竖直向上的磁场，记M点所在位置为坐标原点，沿MP方向建立坐标轴，磁感应强度的大小随位置的变化如图乙所示，图中T。现有一总质量kg的“工”字形“联动双棒”（由两根长度略长于的平行金属棒ab和cd，用长度为的刚性绝缘棒连接构成，棒的电阻均为Ω），以初速度沿轴正方向运动，运动过程中棒与导轨保持垂直，最终静止于轨道上，忽路磁场边界效应。求
（1）棒ab刚进入磁场时，流经棒ab的电流的大小和方向；
（2）棒ab在EF处的速度大小和在GH处时的速度大小；
（3）电阻R上产生的焦耳热。
40．（2023·广东·模拟预测）如图所示，在xOy坐标系的第一象限内存在竖直向下的匀强电场，第二、三象限内存在方向水平向右、电场强度大小的匀强电场，第四象限内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，足够长的薄挡板在N点垂直于x轴竖直放置。质量、电荷量大小的带正电粒子从第二象限的M点由静止释放，经历一段时间到达y轴上的P点，随后经过第一象限内的电场运动至x轴上的Q点，之后进入第四象限内的匀强磁场。已知，粒子重力不计。
（1）求第一象限内的匀强电场的电场强度大小；
（2）若粒子经过第四象限内的匀强磁场后恰好能够再次到达M点，求粒子从M点静止释放至再次回到M点的时间t（结果保留2位有效数字）；
（3）若粒子在进入匀强磁场后的运动过程中没有越过y轴，且粒子最终垂直打在薄挡板上，求匀强磁场的磁感应强度B的大小。