2022年高考物理必备物理电磁学训练题集.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载物理电磁学训练题集 二 1、正负电子对撞机的最终部分的简化示意图如下列图11-1（俯视图）,位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子做圆运动的“ 容器”,经过加速器加速后的正、负电子被分别引入该管道时,具有相等的速率,他 们沿着管道向相反的方向运动；在管道掌握它们转变的是一系列圆形电磁铁,即图甲中的 A1、A2、A3 An 共有 n 个,匀称分布在整个圆环上,每组电磁铁 内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场,并且方向竖直向下,磁场区域的 直径为 d（如图乙）,转变电磁铁内电流的大小,就可转变磁场的磁感应强度从而转变电子偏 转的角度；经过精确的调整,第一实现电子在环形管道中沿图甲中虚线所示的轨迹运动,这 时电子经过每个电磁场区域时射入点和射出点都是电磁场区域的同始终径的两端,如图乙所 示；这就为进一步实现正、负电子的对撞作好了预备；（1）试确定正、负电子在管道内各是沿什么方向旋转的；（2）已知正、负电子的质量都是 强磁场的磁感应强度 B 大小；m ,所带电荷都是元电荷,重力可不计,求电磁铁内匀2、重力不计的带正电的粒子,质量为 m、电荷量为 q,由静止开头,经加速电场加速后,垂直于磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中做圆周运动,圆心为 O,半径为 r.可将带电粒子的运动等效为一环形电流,环的半径等于粒子的轨道半径（如粒子电荷量为 q,周期为 T,就等效环形电流为 I=q/T）. （1）求粒子在磁场中做圆周运动的线速度和等效环形电流；（2）在 O 点置一固定点电荷 A,取适当的加速电压,使粒子仍可绕 O 做半径为 r 的圆周运动 .现使磁场反向,但保持磁感应强度 B 的大小不变,转变加速电压,使粒子仍能绕 O 做半径为 r的圆周运动,两次所形成的等效电流之差的肯定值为 I.假设两次做圆周运动的线速度分别为v1、v2,试用 m、q、B、v1（或 v2）写出两次粒子所受库仑力的表达式,确定 A 所带电荷的电性,并用 m、q、B 写出 I 的表达式 . 3高频焊接是一种常用的焊接方法,其焊接的原理如下列图将半径为 10cm 的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1000 匝线圈中,然后在线圈中通以高频的交变电流,线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场,磁场的磁感应强度B 的变化率为10002sint T/s焊接处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99 倍工作非焊接部分每单位长度上的电阻为R 0103m1,焊接的缝宽特别小,求焊接过程中焊接处产生的热功率（取2=10,不计温度变化对电阻的影响）4如下列图,与光滑的水平平行导轨P、Q 相连的电路中,定值电阻R1=5 ,R2=6 ；电压表的量程为010V,电流表的量程为03A,R0 R1 它们都是抱负电表；竖直向下的匀强磁场穿过水平导轨面,金属杆ab横跨在导轨上,它们的电阻均可不计,求解以下问题：Rx （1）当滑动变阻器的阻值R0=30 时,用水平恒力F1=40N 向右作用于ab,在 ab 运动达到稳固状态时,两个电表中有一个电表的指针恰好满偏,另一个电表能安全使用试问：这时水平恒力F1 的功率多大？ ab图 422 的速度 v1 多大？（2）将滑动变阻器的电阻调到R0=3 ,要使 ab 达到稳固运动状态时,两个电表中的一个电名师归纳总结 表的指针恰好满偏,另一个电表能安全使用,作用于ab 的水平恒力F2 多大？这时ab 的运动第 1 页,共 7 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载速度 v2 多大？5曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型沟通发电机,右图中甲为其结构示意图图中N、 S是一对固定的磁极,abcd 为固定在转轴上的矩形线框,转轴过bc 边中点、与 ab 边平行,它的一端有一半径 r0=1.0cm 的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触,如图中乙所示 当车轮转动时, 因摩擦而带动小轮转动,从而使线框在磁极间转动设线框由 N=800匝导线圈组成, 每匝线圈的面积 S=20cm2,磁极间的磁场可视为匀强磁场,磁感强度 B=0.010T,自行车车轮的半径 R1=35cm,小齿轮的半径 R2=4.0cm,大齿轮的半径 R3=10.0cm（见图乙）现从静止开头使大齿轮加速运动,问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U=3.2V？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）6、如下列图,在 x >0 的空间中,存在沿 x 轴方向的匀强电场,电场强度 E10N/C；在 x<0 的空间中,存在垂直 xy 平面方向的匀强磁场, 磁感应强度 B 0.5T；一带负电的粒子（比荷 q 160 C/kg）在 x0.06m 处的 d 点以 v 8m/s 的初m速度沿 y 轴正方向开头运动,不计带电粒子的重力；求：（1）带电粒子开头运动后第一次通过 y 轴时距 O 点的距离；（2）带电粒子进入磁场后经多长时间返回电场；（3）带电粒子运动的周期；7、如下列图, PQ 为一块长为l、水平放置的绝缘平板,整个空间存在着水平向左的匀强电场,板的右半部分仍存在着垂直于纸面对里的有界匀强磁场；一质量为 m、带电荷量为 q 的物体, 从板左端 P由静止开头做匀加速运动,进入磁场后恰做匀速运动, 遇到右端带掌握开关K 的挡板后被弹回, 且电场立刻被撤消,物体在磁场中仍做匀速运动,离开磁场后又做匀减速运动,最终停在 C 点,已知 PC= l ,物体与板间动摩擦间数为,求：4（1）物体与板碰撞前后的速度 v 1 和 v2 （2）电场强度 E和磁感应强度 B 各多大？8、如图是某种静电分选器的原理示意图 .两个竖直放置的平行金属板带有等量异种电荷,形成匀强电场 .分选器漏斗的出口与两板上端处于同一高度,到两板距离相等 .混合在一起的 a、 b两种颗粒从漏斗出口下落时,a 种颗粒带上正电,b 种颗粒带上负电 .经分选电场后,a、b 两种颗粒分别落到水平传送带 A、B 上；已知两板间距在平行板之间；各颗粒所带电荷量大小与其质量之比均为d=0.1 m,板的长度 l=0.5 m,电场仅局限1× 105 C/kg.设颗粒进入电场时的初速度为零, 分选过程中颗粒大小及颗粒间的相互作用力不计.要求两种颗粒离开电场区域时,不接触到极板但有最大偏转量.重力加速度g 取 10 m/s2. 传送带漏斗左右labH传送带A传送带B（1）左右两板各带何种电荷？两极板间的电压是多大？（2）如两带电平行板的下端距传送带A、B 的高度 H=0.3 m,颗粒落至传送带时的速度大小名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载是多少？（3）设颗粒每次与传送带碰撞反弹时,沿竖直方向的速度大小为碰撞前竖直方向速度大小的一半 .写出颗粒第 n 次碰撞反弹高度的表达式,并求出经过多少次碰撞,颗粒反弹的高度小于0.01 m. 答案1、（1）依据洛仑兹力供应向心力和磁场方向向下,可判定出正电子沿逆时针方向向下,可判定出正电子沿逆时针方向运动,负电子沿顺时针方向运动（2）电子经过每个电磁铁,偏转的角度是2,电子在电磁铁内做圆周运动的半径n为RmvBe由几何关系可知,sin2d 2R解得：B2 mvsinnde2、（1）由mv 2=Bqv,解得 v=Bqrrm又 I =q,T=2 mTBq解得 I=Bq22 m（2）F 1=mv 12Bqv1,F 2=mv22+Bqv2rr两次洛伦兹力的方向必定是一次指向圆心,一次背离圆心.只有库仑力为引力,才能两次名师归纳总结 均绕 O 点做圆周运动 .因此固定点电荷A 带负电 .两次所形成的等效电流分别为第 3 页,共 7 页I1=qv 1 ,I 2=2 rqv22 r- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 可知 I=I1I 2=q v 1rv2优秀学习资料欢迎下载2 两次库仑力相等,即mv 12Bqv1=mv22+Bqv2. +Bqv2A 带负电 I=Bq2rr解得 v1 v2=Bqr ,故 I= mBq22 m答案：（1）BqrBq2m2 m2（2）F 1=mv 12Bqv1F 2=mv2rr2 m3当线圈中通过高频交变电流时,由于电磁感应,图形金属工件中产生的感应电动势大小为e S B r 2 B 100 2 sin t Vt t t其最大值 E m 100 2V,就有效值 E=100V 工件非焊接部分的电阻 R1=R0· 2 r,代入数据得,R1=2× 10 3U R 2 E焊接部分的电阻 R2=99R1,依据串联电路的电压安排关系,R2 两端电压 R 1 R 2由 P UR 得,焊接处产生的热功率 2P UR 2 2 R 1 R ER 22 2,代入数据解得 P=49500W R R 2R4（1）当 R0=30 时, R0与 R2 的并联阻值为 R 0 R =5 明显,这时电压表满偏,读数为 10V,电流表读数为 2A（假如电流指针偏满,为 3A,就电压表上电压为 3× 5=15（V）,超过它的量程,不能安全使用）在这种情形下电路中感应电流的总功率为 P 1 I 1 2 R R 1 2 2 5 5 40（W）依据能的转化和守恒定律,F1 的功率与感应电流的功率相等即为 40Wv 1 P 1 401由 P 1 F v ,可知 ab 的速度 F 1 40（m/s）R R R 2 3 62（2）当 R0=3 时,它与 R2 的并联阻值 R 0 R 2 3 6（ ）,电路中总电阻 R=R R1=7（ ）,明显,这时电流表指针满偏,为 3A,电压表示数为 6V（如电压表指针满偏为 10V,就通过电10名师归纳总结 流表的电流为2 =5（A）,超过它的量程不能安全使用）3 2763（W）第 4 页,共 7 页这时电路中感应电流的总功率,即F2 的功率为P 2I R 2 2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - ab 切割磁感线产生的感应电动势为优秀学习资料I R欢迎下载21（V）E 2Blv237（因 ab 的电阻不计）在（ 1）问中,感应电动势为E 1Blv1I1RR 125520（V）E 1v 1,v2E2v 1211=1.05（m/s）E2v 2E 120P 26360（N）由P 2F v ,可得作用于ab 的恒力为F 2v 21.055当自行车车轮转动时,通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动,线框中产生一正弦交变电动势,其最大值E mNBS0,式中0 为线框转动的角速度,即摩擦小轮转动的角速度发电机两端电压的有效值U2E mr 002设自行车车轮转动的角速度为1,由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动,就R 1 1小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同,也为1 设大齿轮转动的角速度为,就名师归纳总结 2 UR r 2 0O 点第 5 页,共 7 页R 3R 21由以上各式解得BSN R R 3 1代入数据得=3.2rad/s 6、（1）对于粒子在电场中的运动有aqE,d1 at 22,第一次通过y 轴的交点到m的距离为y 1v0t0 . 069 m；,（2）x 方向的速度vxqEt83 m/s,设进入磁场时速度与y 轴正方向的夹角为mtanv x3,故0 60 ,所以在磁场中作圆周运动所对y v0应的圆心角为21200,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动周期为T2m,带电粒子在磁场中运动的时间x qBt2120 T120s；360- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （3）从开头至第一次到达优秀学习资料d欢迎下载s,从磁场再次回到电场中的过程y 轴的时间t123qE/m200（未进入其次周期）是第一次离开电场时的逆运动,依据对称性t3t 1,因此粒子的运动周期为Tt1t2t323120s0.043s；,碰后先匀速,有qv2Bmg,再减速最2007、（1）因碰前匀速,有qEqv 1Bmg后停在 C点,从 P 到进入磁场的过程中,用动能定理,有Eqlmgl1mv2lgl. 1222从出磁场到C 点,用动能定理mgl01mv2242求得v 12gl,v212gl2（2）由（ 1）可知E3mg,Bm2qq8、解析：（1）左板带负电荷,右板带正电荷依题意,颗粒在平行板间的竖直方向上满意1 l= 2gt2 在水平方向上满意s=d= 1qUt2 22md两式联立得U=gmd2=1× 10 4 V. 2lq（2）依据动能定理,颗粒落到水平传送带上满意1qU+mg（l+H）=12 mv22v=qU2g lH 4 m/s. m（3）在竖直方向颗粒做自由落体运动,它第一次落到水平传送带上沿竖直方向的速度名师归纳总结 vy=2glH=4 m/s 2=（1 ）（4v y2）第 6 页,共 7 页反弹高度 h1= 0. 5vy2g2g- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 依据题设条件,颗粒第优秀学习资料欢迎下载n 次反弹后上升的高度hn=（1 ）4n（v y2）=（1 ）4n× 0.8 m 2g当 n=4 时, hn0.01 m. 答案：（1）左板带负电荷,右板带正电荷电压为 1× 104 V （2）4 m/s 名师归纳总结 （3）hn=（1 ）4n× 8 m 4 次第 7 页,共 7 页- - - - - - -