电场磁场典型例题(完整资料).doc

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电场磁场典型问题

1．绝缘光滑斜面与水平面成角，质量为m、带电

荷量为-q（q>0）的小球从斜面上的h高度处释放，

初速度为（>0），方向与斜面底边MN平行，如

图所示，整个装置处在匀强磁场B中，磁场方向平

行斜面向上。如果斜面足够大，且小球能够沿斜面到达底边MN。则下列判断正确的是

A.小球运动过程对斜面压力越来越小

B.小球在斜面做变加速曲线运动

C.匀强磁场磁感应强度的取值范围为

D.小球达到底边MN的时间

【答案】CD

2．质量为m、带电量为+q的小金属块A以初速

度从光滑水平高台(足够高)上飞出。已知在高台

边缘的右面空间中存在水平向左的匀强电场，场

强大小E＝2mg/q，则

A.金属块在做平抛运动

B.经过足够长的时间金属块一定会与高台右侧边缘相碰

C.金属块运动过程中距高台边缘的最大水平距离为

D.金属块运动过程的最小速度为

【答案】BCD

3．如图倒“V”导轨，两侧导轨倾角为，间距为。分别平行底边放置一根导体棒，其中棒质量为，电阻为，cd棒质量为，电阻为，两棒与导轨的动摩擦因数均为，导轨顶端MN间连接内阻为的电源，两棒通过一根绕过顶端光滑定滑轮的绝缘轻线连接，细线平行于左右导轨平面，左右空间磁场均垂直于斜面向上，左右两斜面磁感应强度均为，为了使两棒保持静止，电源电动势的取值满足什么条件。

【答案】4.5V E13.5V

【解析】本题考查了电磁感应与电路的综合问题，意在考查考生的综合分析和解决能力。

设流过ab，cd的电流分别为，

由电路结构得：=①

E=()r+②

通过比较得知，当电动势最小时

g sinθ=B L++B L++g sinθ③

=μg sinθ=μg sinθ④

得：=4.5V

当电动势最大时

g sinθ++=B L+ B L+g sinθ⑤

得：=13.5V

故：4.5V E13.5V

4．如图，A、C两点分别位于x轴和y轴上，∠OCA=30°，

OA的长度为L。在区域内有垂直于xOy平面向里的

匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带正电粒子，以平行于y轴的方向从OA边射入磁场。已知粒子从某点射入时，恰好垂直于OC边射出磁场，且粒子在磁场中运动的时间为t

。不计重力。

(1)求磁场的磁感应强度的大小；

(2)若粒子先后从两不同点以相同的速度射入磁场，恰好从OC边上的同一点射出磁场，求该粒子这两次在磁场中运动的时间之和；

(3)(选做)若粒子从某点射入磁场后，其运动轨迹与AC边相切，且在磁场内运动的时间为，求粒子此次入射速度的大小。

【答案】(1)(2)(3)

【解析】本题考查了带电粒子在有界场中的运动等知识点，考查了考生的理解和应用能力。

（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，在时间内其速度方向改变了90°，故它的周期①

设磁感应强度大小为B，粒子速度为v，圆周运动的半径为r。由洛伦兹力公式和牛顿定律得②

匀速圆周运动的速度满足③

联立①②③式得

④；

（2）设粒子从OA变两个不同位置射入磁场，能从OC边上的同一点P射出磁场，粒子在磁场中运动的轨迹如图（a）所示。设两轨迹所对应的圆心角分别为和。由几何关系有

⑤

粒子两次在磁场中运动的时间分别为t1与t2，则

⑥；

（3）如图（b），由题给条件可知，该粒子在磁场区域中运动，则的轨迹圆弧对应的圆心角为120°。设为圆弧的圆心，圆弧的半径为，圆弧与AC相切于B点，从D点射出磁场，由几何关系和题给条件可知，此时有

⑦

⑧

根据几何关系

⑨

设粒子此次入射速度的大小为，由圆周运动规律

联立①⑦⑧⑨式得

。

5．如图所示，在y轴上A点沿平行x轴正方向以发射一个带正电的粒子，在该方向距A点3R处的B点为圆心存在一个半径为R的圆形有界的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，当粒子通过磁场后打到x轴上的C点，且速度方向与x轴正向成60°角斜向下，已知带电子粒的电量为q，质量为m，粒子的重力忽略不计，O点到A点的距离为，求：

(1)该磁场的磁感应强度B的大小。

(2)若撤掉磁场，在该平面内加上一个与y轴平行的有界匀强电场，粒子仍按原方向入射，当粒子进入电场后一直在电场力的作用下打到x轴上的C点且速度方向仍与x轴正向成60°角斜向下，则该电场的左边界与y轴的距离为多少？

(3)(选做)若撤掉电场，在该平面内加上一个与(1)问磁感应强度大小相同的矩形有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，粒子仍按原方向入射，通过该磁场后打到x轴上的C点且速度方向仍与x 轴正向成60°角斜向下，则所加矩形磁场的最小面积为多少？【答案】（1）（2）R （3）

【解析】本题考查了带电粒子在有界场中的运动、带电粒子在电场中的运动等知识点，考查了考生的理解和应用能力。

(1)带电粒子离开圆形磁场时，速度偏转60°反向延长过磁场的圆心，轨迹如图所示，由几何知识可得：根

据求出；

(2) 粒子做类平抛运动以60°角打到C点，其速度方向的反向延长线过B点，由平抛知识可得速度的反向延长线平分水平位移。如图所示，由几何知识求其水平位移的一半，所以电场的左边界到B的距离也等于2R，因此电场的左边界到y轴的距离为R；

（3）左手定则可知，粒子进入磁场后向上偏转，并最终沿BC 的方向离开磁场，由于磁场的磁感应强度与（1）相同，所以粒子运动的半径不变，以入射方向和出射方向为切线画圆，则为粒子的运动轨迹，如下图所示．切点E、F分别为入射点和出射点，即为磁场的两个边界点，则矩形的最小面积应满足有三条边与圆轨迹相切，第四条边过EF，由几何知识可得，矩形边长

为

矩形短边为

面积为

6．一质量为m1=1kg、带电量为q=0.5C的小球M以速度v=4.5m/s 自光滑平台右端水平飞出，不计空气阻力，小球M飞离平台后由A点沿切线落入竖直光滑圆轨道ABC，圆轨道ABC的形状为半径R＜4m的圆截去了左上角127°的圆弧，CB为其竖直直径，在过A点的竖直线OO’的右边空间存在竖直向下的匀强电场，电场强度大小为E=10V/m，(sin53°=0.8，cos53°=0.6，重力加速度g取10m/s2)

求：(1)小球M经过A点的速度大小v A；

(2)欲使小球M在圆轨道运动时不脱离圆轨道，求半径R的取值应满足什么条件？

【答案】(1) 7.5m/s (2)或

【解析】本题考查带电粒子在复合场中的运动的知识点，意在考查学生的分析综合能力。

小球离开平台后做平抛运动，由题知，小球经过A点时的速度沿圆轨道的切线方向，则

解得v A=7.5m/s；

(2)(i)小球N沿切线落入竖直光滑圆轨道ABC后，小球沿轨道做圆周运动，若恰好能通过最高点C，由重力和电场力的合力提供向心力，设滑至最高点的速度为v C，则有

根据动能定理得：-(m 1g+qE)R(1+cos53°)=m1v C2?m1v A2

联立以上两式解得；

故当时，小球N沿着轨道做圆周运动的，且能从圆的最高点C飞出；

(ii)若小球N恰好滑到与圆心等高的圆弧上的T点时速度为零，则滑块也沿圆轨道运动而不脱离圆轨道。根据动能定理得

-(m 1g+qE)R cos53°=0-m1v A2

解得，

根据题中信息可知R＜4m

故当时，小球在轨道内来回的滚动

综上所述，小球能沿圆轨道运动而不脱离圆轨道，半径R的取值应满足或。

7如图所示，用长为2L的绝缘轻杆连接两个质量均为m的带电小球A和B置于光滑绝缘的水平面上，A球的带电量为+2q，B 球的带电量为-3q，构成一个带电系统(它们均可视为质点，也不考虑两者间相互作用的库仑力)。现让小球A处在有界匀强电场区域MPNQ内。已知虚线MP位于细杆的中垂线上，虚线NQ 与MP平行且间距足够长.匀强电场的电场强度大小为E，方向水平向右.释放带电系统，让它从静止开始运动。

求：(1)带电系统运动的最大速度为多少？

(2)带电系统运动过程中，B球电势能增加的最大值多少？

(3)带电系统回到初始位置所用时间为多少？

【答案】(1)(2)6qEL(3)6

【解析】本题考查了动能定理、电场力做功、电势能、匀变速直线运动及其公式、牛顿第二定律、加速度等知识点，意在考查考生的理解和应用能力。

(1)当B球运动至MP位置时，带电系统运动的速度最大，设最大速度为v max，根据动能定理可得：

2qEL=-0

解得：=

(2)当带电系统速度第一次为零，B克服电场力做功最多、B增加的电势能最多，设B球在电场中的最大位移为x，由动能定理有2qE(L+x)－3qEx=0

所以B电势能增加的最大值为ΔE电＝W1＝3qEx

联立解得ΔE电＝6qEL

(3)设带电系统由静止释放到小球B刚进入电场的过程中，带电系统运动的时间

为，根据匀变速直线运动公式可得：L=，

根据牛顿第二定律可得带电系统的加速度为：=

设小球B进入电场后至小球A刚运动到带电系统速度为零时(最右端)的过程中，带电系统运动的时间为，则有

根据匀变速直线运动公式可得：2L=，

根据牛顿第二定律可得带电系统的加速度为：=

根据对称性可知，带电系统从出发点回到出发点的过程中所用总时间为

t=2+2

解得t=6

8．如图所示，两平行金属板A、B长8m，两极板间距离d=8cm，A极板比B极板电势高300V，一电荷量q=，质量

m=的带电正粒子，沿电场中心线RO垂直电场线飞入电

场，初速度，粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后，进入固定在O点的点电荷Q形成的电场区域，（设界面PS右边点电荷的电场分布不受界面的影响）.已知两界面MN、PS相距为12cm，D是中心线RO与界面PS的交点，O点在中心线上，距离界面PS为9cm，粒子穿过界面PS最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏bc上，不计粒子重力（静电力常量）

（1）求粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离多远？到达PS界面时离D点多远？

（2）确定点电荷Q的电性并求其电荷量的大小

【答案】（1）m（2）Q=1.04×10-8C，且Q带负电【解析】本题考查带电粒子在电场中运动的知识，意在考查学生的分析能力。

（1）粒子穿过界面MN时偏离中心线RO的距离（侧向位移），①

②，③，联立①②③解得

带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动，其运动轨迹与PS线交于a点，设a到中心线的距离为Y

则

解得：m

（2）带电粒子到达a处时，沿方向的速度大小为

垂直方向的速度大小为

如图，，可知速度v方向垂直于Oa

根据题意可知，该带电粒子在穿过界面PS后将绕点电荷Q做匀速圆周运动，且半径等于Oa的长度，即，代入数据解得：，

粒子到达a点时的速度大小为；

由库仑定律和牛顿第二定律得；代入数值解：

Q=1.04×10-8C，且Q带负电。

9如图，直角坐标系xoy位于竖直平面内，在-m≤ x ≤0的区域内有磁感应强度大小B = 4.0×10-4T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场，其左边界与x轴交于P点；在x＞0的区域内有电场强度大小E = 4N/C、方向沿y轴正方向的条形匀强电场，其宽度d =2m。一质量m = 6.4×10-27kg、电荷量q = -3.2×10-19C 的带电粒子从P点以速度V = 4×104m/s，沿与x轴正方向成

α=60°角射入磁场，经电场偏转最终通过x轴上的Q点（图中未标出），不计粒子重力。求：

⑴带电粒子在磁场中运动时间；

⑵当电场左边界与y轴重合时Q点的横坐标；

⑶若只改变上述电场强度的大小，要求带电粒子仍能通过Q 点，讨论此电场左边界的横坐标x′与电场强度的大小E′的函数关系。

【答案】⑴⑵x=5m ⑶

【解析】本题考查了电粒子在匀强磁场中的运动，牛顿第二定律，向心力，带电粒子在匀强电场中的运动等知识点，意在考查考生的理解及运用能力。

⑴带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有，代入数据得：，由几何关系得粒子运动轨迹的圆心角为，在磁场中运动时间，，代入数据得：；

⑵带电粒子离开磁场垂直进入电场后做类平抛运动，设带电粒子离开电场时的速度偏向角为，如图1，则：

设Q点的横坐标为x，则：，故x=5m；

⑶电场左边界的横坐标为x′，当0＜x′＜3m时，如图2，设粒子离开电场时的速度偏向角为，则：，又：，由上两式得：，当3m≤≤5m时，如图3，

有，将y=1m及各数据代入上式得：。