三年高考物理试题分项解析专题 计算题电与磁提升题原卷中学教育高考_中学教育-高考.pdf
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1、学习好资料 欢迎下载 专题 22 计算题 电与磁(提升题)1(18 分)【2016北京卷】如图所示,电子由静止开始经加速电场加速后,沿平行于版面的方向射入偏转电场,并从另一侧射出。已知电子质量为 m,电荷量为 e,加速电场电压为0U。偏转电场可看作匀强电场,极板间电压为 U,极板长度为 L,板间距为 d。(1)忽略电子所受重力,求电子射入偏转电场时的初速度v0和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离 y;(2)分析物理量的数量级,是解决物理问题的常用方法。在解决(1)问时忽略了电子所受重力,请利用下列数据分析说明其原因。已知22.0 10 VU,24.0 10md,319.1 10kgm,191
2、.6 10Ce,210 m/sg。(3)极板间既有静电场也有重力场。电势反映了静电场各点的能的性质,请写出电势的定义式。类比电势的定义方法,在重力场中建立“重力势”G的概念,并简要说明电势和“重力势”的共同特点。2【2016天津卷】(20 分)电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:如图所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为 。一质量为 m 的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对
3、磁铁运动相同。磁铁端面是边长为 d 的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为 B,铝条的高度大于 d,电阻率为 。为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为 g。学习好资料 欢迎下载 (1)求铝条中与磁铁正对部分的电流 I;(2)若两铝条的宽度均为 b,推导磁铁匀速穿过铝条间时速度 v 的表达式;(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度 bb 的铝条,磁铁仍以速度 v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速
4、度如何变化。3【2016四川卷】(19 分)如图所示,图面内有竖直线 DD,过 DD且垂直于图面的平面将空间分成 I、II两区域。区域 I有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直图面的匀强磁场 B(图中未画出);区域 II有固定在水平面上高2hl、倾角/4的光滑绝缘斜面,斜面顶端与直线 DD 距离4sl,区域 II可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出);C点在 DD上,距地面高3Hl。零时刻,质量为 m、带电量为 q 的小球 P在 K点具有大小0vgl、方向与水平面夹角/3的速度。在区域 I内做半径3/rl的匀速圆周运动,经 C点水平进入区域 II。某时刻,不带电的绝缘小球 A由斜面顶端静止
5、释放,在某处与刚运动到斜面的小球 P 相遇。小球视为质点,不计空气阻力及小球 P 所带电量对空间电磁场的影响。l已知,g 为重力加速度。(1)求匀强磁场的磁感应强度 B的大小;(2)若小球 A、P在斜面底端相遇,求释放小球 A的时刻 tA;的方向射入偏转电场并从另一侧射出已知电子质量为电荷量为加速电场电压为偏转电场可看作匀强电场极板间电压为极板长度为板间距为忽略电子所受重力求电子射入偏转电场时的初速度和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离已知极板间既有静电场也有重力场电势反映了静电场各点的能的性质请写出电势的概念并简要说明电势的义式类比电势的义方法在重力场中建立重力势和重力势的共同特点天津卷分
6、电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅相同的两根平行且足够长的铝条固在光滑斜面上斜面与水平方向夹角为一质量为的条形磁铁滑入两铝条间恰好匀速穿过穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒其引起电磁感应的效果与磁铁不动铝条相对磁铁运动相同磁铁端面学习好资料 欢迎下载(3)若小球 A、P 在时刻/tl g(为常数)相遇于斜面某处,求此情况下区域 II的匀强电场的场强 E,并讨论场强 E的极大值和极小值及相应的方向。4【2016浙江卷】(20 分)小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示,两根平行金属导轨相距 l=0.50 m,倾角 =53,导轨上端串接一个 R=0.05 的电阻。在导轨间长 d=0
7、.56 m 的区域内,存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度 B=2.0 T。质量 m=4.0 kg的金属棒 CD水平置于导轨上,用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆 GH相连。CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距 s=0.24 m。一位健身者用恒力 F=80 N拉动 GH杆,CD棒由静止开始运动,上升过程中 CD棒始终保持与导轨垂直。当 CD棒到达磁场上边界时健身者松手,触发恢复装置使 CD棒回到初始位置(重力加速度 g=10 m/s2,sin 53=0.8,不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量)。求(1)CD棒进入磁场时速度 v 的大小;(2)CD棒进入磁场时所受的安培力 FA的大小;
8、(3)在拉升 CD棒的过程中,健身者所做的功 W 和电阻产生的焦耳热 Q。5【2016浙江卷】(22 分)为了进一步提高回旋加速器的能量,科学家建造了“扇形聚焦回旋加速器”。在扇形聚焦过程中,离子能以不变的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转。扇形聚焦磁场分布的简化图如图所示,圆心为 O 的圆形区域等分成六个扇形区域,其中三个为峰区,三个为谷区,峰区和谷区相间分布。峰区内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B,谷区内没有磁场。质量为 m,电荷量为 q 的正离子,以不变的速率 v旋转,其闭合平衡轨道如图中虚线所示。(1)求闭合平衡轨道在峰区内圆弧的半径 r,并判断离子旋转的方向是顺时针还是逆
9、时针;(2)求轨道在一个峰区内圆弧的圆心角 ,及离子绕闭合平衡轨道旋转的周期 T;(3)在谷区也施加垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为 B ,新的闭合平衡轨道在一个峰区内的圆心角 变为 90,求 B和 B的关系。已知:sin()=sin cos c os sin ,的方向射入偏转电场并从另一侧射出已知电子质量为电荷量为加速电场电压为偏转电场可看作匀强电场极板间电压为极板长度为板间距为忽略电子所受重力求电子射入偏转电场时的初速度和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离已知极板间既有静电场也有重力场电势反映了静电场各点的能的性质请写出电势的概念并简要说明电势的义式类比电势的义方法在重力场中建立重力
10、势和重力势的共同特点天津卷分电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅相同的两根平行且足够长的铝条固在光滑斜面上斜面与水平方向夹角为一质量为的条形磁铁滑入两铝条间恰好匀速穿过穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒其引起电磁感应的效果与磁铁不动铝条相对磁铁运动相同磁铁端面学习好资料 欢迎下载 cos=1 22sin2 6【2016 全国新课标卷】如图,两条相距 l的光滑平行金属导轨位于同一水平面(纸面)内,其左端接一阻值为 R的电阻;一与导轨垂直的金属棒置于两导轨上;在电阻、导轨和金属棒中间有一面积为 S 的区域,区域中存在垂直于纸面向里的均匀磁场,磁感应强度大小 B1随时间 t 的变化关系
11、为1Bkt,式中 k为常量;在金属棒右侧还有一匀强磁场区域,区域左边界 MN(虚线)与导轨垂直,磁场的磁感应强度大小为 B0,方向也垂直于纸面向里。某时刻,金属棒在一外加水平恒力的作用下从静止开始向右运动,在 t0时刻恰好以速度 v0越过 MN,此后向右做匀速运动。金属棒与导轨始终相互垂直并接触良好,它们的电阻均忽略不计。求 (1)在 t=0 到 t=t0时间间隔内,流过电阻的电荷量的绝对值;(2)在时刻 t(tt0)穿过回路的总磁通量和金属棒所受外加水平恒力的大小。7【2014浙江25】(22 分)离子推进器是太空飞行器常用的动力系统,某种推进器设计的简化原理如图 1 所示,截面半径为 R的
12、圆柱腔分为两个工作区。I为电离区,将氙气电离获得 1 价正离子 II为加速区,长度为 L,两端加有电压,形成轴向的匀强电场。I区产生的正离子以接近 0 的初速度进入 II区,被加速后以速度 vM从右侧喷出。I区内有轴向的匀强磁场,磁感应强度大小为 B,在离轴线 R/2 处的 C点持续射出一定速度范围的电子。假设射出的电子仅在垂直于轴线的截面上运动,截面如图 2 所示(从左向右看)。电子的初速度方向与中心 O 点和 C点的连线成 角(090)。推进器工作时,向 I区注入稀薄的氙气。电子使氙气电离的最小速度为 v0,电子在 I区内不与器壁相碰且能到达的区域越大,电离效果越好。已知离子质量为 M;电
13、子质量为 m,电量为 e。(电子碰到器壁即被吸收,不考虑的方向射入偏转电场并从另一侧射出已知电子质量为电荷量为加速电场电压为偏转电场可看作匀强电场极板间电压为极板长度为板间距为忽略电子所受重力求电子射入偏转电场时的初速度和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离已知极板间既有静电场也有重力场电势反映了静电场各点的能的性质请写出电势的概念并简要说明电势的义式类比电势的义方法在重力场中建立重力势和重力势的共同特点天津卷分电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅相同的两根平行且足够长的铝条固在光滑斜面上斜面与水平方向夹角为一质量为的条形磁铁滑入两铝条间恰好匀速穿过穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保
14、持恒其引起电磁感应的效果与磁铁不动铝条相对磁铁运动相同磁铁端面学习好资料 欢迎下载 电子间的碰撞)。(1)求 II区的加速电压及离子的加速度大小;(2)为取得好的电离效果,请判断 I区中的磁场方向(按图 2 说明是“垂直纸面向里”或“垂直纸面向外”);(3)为 90时,要取得好的电离效果,求射出的电子速率 v 的范围;(4)要取得好的电离效果,求射出的电子最大速率 vM与 的关系。8【2014山东24】(20 分)如图甲所示,间距为 d、垂直于纸面的两平行板 P、Q间存在匀强磁场。取垂直于纸面向里为磁场的正方向,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。t=0 时刻,一质量为 m、带电荷量为+q
15、的粒子(不计重力),以初速度0v由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区。当0B和BT取某些特定值时,可使0t时刻入射的粒子经t时间恰能垂直打在P板上(不考虑粒子反弹)。上述0vdqm、为已知量。(1)若BTt21,求0B;(2)若BTt23,求粒子在磁场中运动时加速度的大小;的方向射入偏转电场并从另一侧射出已知电子质量为电荷量为加速电场电压为偏转电场可看作匀强电场极板间电压为极板长度为板间距为忽略电子所受重力求电子射入偏转电场时的初速度和从电场射出时沿垂直板面方向的偏转距离已知极板间既有静电场也有重力场电势反映了静电场各点的能的性质请写出电势的概念并简要说明电势的义
16、式类比电势的义方法在重力场中建立重力势和重力势的共同特点天津卷分电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅相同的两根平行且足够长的铝条固在光滑斜面上斜面与水平方向夹角为一质量为的条形磁铁滑入两铝条间恰好匀速穿过穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒其引起电磁感应的效果与磁铁不动铝条相对磁铁运动相同磁铁端面学习好资料 欢迎下载(3)若qdmvB004,为使粒子仍能垂直打在P板上,求BT。9【2014广东36】如图所示,足够大的平行挡板 A1、A2竖直放置,间距 6L。两板间存在两个方向相反的匀强磁场区域和,以水平面 MN 为理想分界面,区的磁感应强度为 B0,方向垂直纸面向外。A1、A2上各
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