决胜高考2013高考物理 6年高考母题精解精析专题08 磁场(9)

2019-08-26 18:40

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(09年浙江卷)25.(22分)如图所示,x轴正方向水平向右,y轴正方向竖直向上。在xOy平面内有与y轴平行的匀强电场,在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。在圆的左边放置一带电微粒发射装置,它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m、电荷量q(q>0)和初速度v的带电微粒。发射时,这束带电微粒分布在0

(1)从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域,并从坐标原点O沿y轴负方向离开,求点场强度和磁感应强度的大小和方向。

(2)请指出这束带电微粒与x轴相交的区域,并说明理由。

(3)若这束带电微粒初速度变为2v,那么它们与x轴相交的区域又在哪里?并说明理由。

答案:(1)

mvqR;方向垂直于纸面向外;(2)见解析;(3)与x同相交的区域范围是

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x>0。

(2)这束带电微粒都通过坐标原点。

方法一:从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动,其圆心位于其正下方的Q点,如图b所示,这束带电微粒进入磁场后的圆心轨迹是如图b的虚线半圆,此圆的圆心是坐标原点为。

方法二:从任一点P水平进入磁场的带电微粒在磁场中做半径为R的匀速圆周运动。如图b示,高P点与O′点的连线与y轴的夹角为θ,其圆心Q的坐标为(-Rsinθ,Rcosθ),圆周运动轨迹方程为

?x?Rsin??2??y?Rcos??2得

?R

2 x=0 x=-Rsinθ y=0 或 y=R(1+cosθ) (3)这束带电微粒与x轴相交的区域是x>0

带电微粒在磁场中经过一段半径为r′的圆弧运动后,将在y同的右方(x>0)的区域离

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开磁场并做匀速直线运动,如图c所示。靠近M点发射出来的带电微粒在突出磁场后会射向x同正方向的无穷远处国靠近N点发射出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场。

所以,这束带电微粒与x同相交的区域范围是x>0.

(09年江苏卷)14.(16分)1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q ,在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

(1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比; (2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t;

(3)实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm,试讨论粒子能获得的最大动能E㎞。

解析:

(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1 qu=

12mv12

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(3)加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率,即f?当磁场感应强度为Bm时,加速电场的频率应为fBm?粒子的动能

EK?12mv2qB2?m

qBm2?m

当fBm≤fm时,粒子的最大动能由Bm决定

vmR22qvmBm?m

22解得Ekm?qBmR2m

当fBm≥fm时,粒子的最大动能由fm决定

vm?2?fmR

222解得 Ekm?2?mfmR

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(09年江苏物理)15.(16分)如图所示,两平行的光滑金属导轨安装在一光滑绝缘斜面上,导轨间距为l、足够长且电阻忽略不计,导轨平面的倾角为?,条形匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直。长度为2d的绝缘杆将导体棒和正方形的单匝线框连接在一起组成“

”型装置,总质量为m,置于导轨上。导体棒中通以大小恒

为I的电流(由外接恒流源产生,图中未图出)。线框的边长为d(d < l),电阻为R,下边与磁场区域上边界重合。将装置由静止释放,导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回,导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直。重力加速度为g。求:

(1)装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热Q; (2)线框第一次穿越磁场区域所需的时间t1;

(3)经过足够长时间后,线框上边与磁场区域下边界的最大距离?m。

解析:

(1)设装置由静止释放到导体棒运动到磁场下边界的过程中,作用在线框上的安培力做功为W

由动能定理 mgsin??4d?W?BIld?0 且Q??W

解得 Q?4mgdsin??BIld

(2)设线框刚离开磁场下边界时的速度为v1,则接着向下运动2d 由动能定理 mgsin??2d?BIld?0?装置在磁场中运动时收到的合力

12mv1

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