北京四中高三物理專題5電場(chǎng)與磁場(chǎng)

1、 專題五 電場(chǎng)與磁場(chǎng)圖21示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，如圖10-13所示。如果在熒光屏上P點(diǎn)出現(xiàn)亮斑，如圖2所示，那么示波管中的 極板x應(yīng)帶正電 極板x應(yīng)帶正電 極板y應(yīng)帶正電 極板y應(yīng)帶正電以上4項(xiàng)正確的是A BC D2若在示波器的“Y輸入”和地之間加上如圖3甲所示的電壓，而掃描范圍旋鈕置于“外X”檔，則此時(shí)屏上應(yīng)出現(xiàn)的情形是圖3乙中的（ ）甲tUBACD乙圖3 3經(jīng)測(cè)定，在夏季雷雨天的一次閃電中，云層與地面間的電勢(shì)差約為1010V,通過的電荷量為30C。試問：在這次閃電中釋放出的電能是多少？如果能把這些能量都利用起來，給擁有600戶人家的小區(qū)供電，平均每戶每

2、天用電1.5度，那么這些能量夠該小區(qū)用多少天？圖54有的計(jì)算機(jī)鍵盤的每一個(gè)鍵下面連一小塊金屬片，與該金屬片隔有一定空氣隙的是另一塊小的固定金屬片，這兩片金屬片組成一個(gè)小電容器，如圖5所示。該電容器的電容C可用公式C=S/d計(jì)算，公式中常量=910-12Fm-1，S表示金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間的距離。當(dāng)鍵按下時(shí)，此小電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能檢測(cè)出是哪個(gè)鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號(hào)。設(shè)每個(gè)金屬片的正對(duì)面積為50mm2，鍵未按下時(shí)兩金屬片的距離為0.6mm，如果電容變化0.25pF，電子線路恰能檢測(cè)出按鍵的信號(hào)，則鍵至少需要被按下多大距離？ 噴霧器顯微鏡圖65電子所帶

3、電荷量最早是由美國(guó)科學(xué)家密立根通過油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)出的。油滴實(shí)驗(yàn)的原理如圖6所示。兩塊水平放置的平行金屬板與電源連接，上下板分別帶正、負(fù)電荷。油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而帶負(fù)電荷，油滴進(jìn)入上板中央小孔后落到勻強(qiáng)電場(chǎng)中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的下落情況，設(shè)油滴的質(zhì)量為m，兩金屬板間的距離為d。忽略空氣對(duì)油滴的浮力和阻力。（1）調(diào)節(jié)兩金屬板間的電勢(shì)差U0，使得某個(gè)油滴恰好做勻速運(yùn)動(dòng)。該油滴所帶電荷q為多少？（2）若油滴進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度可以忽略，在兩金屬板間的電勢(shì)差為U時(shí)，觀察到某個(gè)帶電的油滴進(jìn)入電場(chǎng)后做勻加速運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，求此油滴所帶電荷量Q。 圖7LC1C2D2D1FAK6雙電容法

4、可測(cè)量電子荷質(zhì)比裝置如圖7所示，在真空管中由陰極K發(fā)射出電子，其初速度為零，此電子被陰極K與陽極A間電場(chǎng)加速度穿過屏障D1上的小孔，然后按順序穿過電容器C1、屏D2和C2而射到熒光屏F上，陽極與陰極間的電壓為U，分別在電容器C1、C2上加有頻率為f的完全相同的交流電壓，C1、C2之間的距離為L(zhǎng)，選擇頻率為f，使電子束在熒光屏上不發(fā)生偏轉(zhuǎn)試根據(jù)以上數(shù)據(jù)求出電子的比荷。圖8v1靶7N個(gè)長(zhǎng)度逐個(gè)增大的金屬圓筒和一個(gè)靶，它們沿軸線排成一串。如圖8所示（圖中只畫出了六個(gè)圓筒作為示意）。各筒相間地連接到頻率為，最大電壓為的正弦交流電源的的兩端，整個(gè)裝置放在高度真空容器中，圓筒的兩底面開有小孔，現(xiàn)有一電量為

5、，質(zhì)量為m的正離子沿軸線射入圓筒，并將在圓筒間及圓筒與靶間的縫隙處受到電場(chǎng)力的作用而加速（設(shè)圓筒內(nèi)部沒有電場(chǎng)）?？p隙的寬度很小，離子穿過縫隙的時(shí)間可以不計(jì)，已知離子進(jìn)入第一個(gè)圓筒左端的速度為，且此時(shí)第一第二兩個(gè)圓筒間的電勢(shì)差。為使打到靶上的離子獲得最大能量，各個(gè)圓筒的長(zhǎng)度應(yīng)滿足什么條件？并求出在這種情況下打到靶上的離子的能量。圖9信號(hào)輸入帶電室回流槽墨盒紙偏轉(zhuǎn)板8噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖9所示，其中墨盒可以發(fā)出半徑為10-5m墨汁微粒，此微粒經(jīng)過帶電室處時(shí)被帶上負(fù)電，帶電的多少由計(jì)算機(jī)按字體筆畫高低位置輸入信號(hào)加以控制，帶電后的微滴以一定的初速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，帶電微滴經(jīng)過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，打

6、到紙上，顯示出字體。無信號(hào)輸入時(shí)，墨汁不帶電，徑直通過偏轉(zhuǎn)板而注入回流槽流回墨盒。設(shè)偏轉(zhuǎn)板長(zhǎng)1.6cm，兩板間的距離為0.50cm，偏轉(zhuǎn)板的右端距紙3.2cm。若一滴墨汁的質(zhì)量為1.610-10kg，以20m/s的初速度垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，兩偏轉(zhuǎn)板間的電壓是8.0103V，若墨汁微滴打到紙上的點(diǎn)距原射入方向的距離是2.00mm。求這滴墨汁通過帶電室?guī)У碾娏渴嵌嗌?(不計(jì)空氣阻力和墨汁的重力，可以認(rèn)為偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)只局限在平行板電容器內(nèi)部，忽略邊緣電場(chǎng)的不均勻性。)為了使紙上的字體放大10，請(qǐng)你分析提出一個(gè)可行的方法。圖10IILKLU甲乙9圖10甲為電視機(jī)顯像管的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其左端尾部是

7、電子槍，被燈絲K加熱的陰極能發(fā)射大量的“熱電子”，“熱電子”經(jīng)過加速電壓U加速后形成電子束，高速向右射出。在顯像管的頸部裝有兩組相互垂直的磁偏轉(zhuǎn)線圈L，圖8乙是其中一組“縱向”偏轉(zhuǎn)線圈從右側(cè)向左看去的示意圖，當(dāng)在磁偏轉(zhuǎn)線圈中通入圖示方向的電流時(shí)，在顯像管頸部形成水平向左（即甲圖中垂直紙面向外）的磁場(chǎng)，使自里向外（即甲圖中自左向右）射出的電子束向上偏轉(zhuǎn)；若該線圈通入相反方向的電流，電子束則向下偏轉(zhuǎn)。改變線圈中電流的大小，可調(diào)節(jié)偏轉(zhuǎn)線圈磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，電子束的縱向偏轉(zhuǎn)量也隨之改變。這樣，通過控制加在“縱向”偏轉(zhuǎn)線圈上的交變電壓，就可以控制電子束進(jìn)行“縱向”（豎直方向）掃描。同理，與它垂直放置在頸部的另

8、一組“橫向”偏轉(zhuǎn)線圈，通入大小、方向不同的交變電流時(shí)，能控制電子束進(jìn)行“橫向”（水平方向）掃描。兩組磁偏轉(zhuǎn)線圈分別通入適當(dāng)?shù)慕蛔冸娏鲿r(shí)，可控制電子束反復(fù)地在熒光屏上自上而下、自左而右的逐行掃描，從而恰好能將整個(gè)熒光屏“打亮”。如果發(fā)現(xiàn)熒光屏上亮的區(qū)域比正常時(shí)偏小，則可能是下列哪些原因引起的 （ ）A陰極發(fā)射電子的能力不足，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)偏少B加速電場(chǎng)電壓過高，使得電子速率偏大C加速電場(chǎng)電壓過低，使得電子速率偏小D通過偏轉(zhuǎn)線圈的交變電流的最大值偏小，使得偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的最大磁感強(qiáng)度偏小圖12R1R2BA10據(jù)有關(guān)資料介紹，受控核聚變裝置中有極高的溫度，因而帶電粒子將沒有通常意義上的“容器”可裝

9、，而是由磁場(chǎng)約束帶電粒子運(yùn)動(dòng)使之束縛在某個(gè)區(qū)域內(nèi)?，F(xiàn)按下面的簡(jiǎn)化條件來討論這個(gè)問題：如圖12是一個(gè)截面為內(nèi)徑R1=0.6m、外徑R2=1.2m的環(huán)狀區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有垂直于截面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知氦核的荷質(zhì)比q/m=4.8107C/kg，磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=0.4T，不計(jì)帶電粒子所受的重力。（1）實(shí)踐證明，氦核在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)速度v的大小與它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r有關(guān)，試導(dǎo)出v與r的關(guān)系式。（2）若氦核沿磁場(chǎng)區(qū)域的半徑方向平行于截面從A點(diǎn)射入磁場(chǎng)，畫出氦核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而不穿出外邊界的最大圓軌道示意圖。（3）若氦核在平行于截面從A點(diǎn)沿各個(gè)方向射入磁場(chǎng)都不能穿出磁場(chǎng)外邊界，求氦核的最大

10、速度。左右m1m2Il磁場(chǎng)圖1311如圖13所示的天平可用來測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度。天平的右臂下面掛有一個(gè)矩形線圈，寬為 l，共N匝，線圈的下部懸在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面當(dāng)線圈中通有電流I（方向如圖）時(shí)，在天平左、右兩邊加上質(zhì)量各為 m1、 m2的砝碼，天平平衡將電流反向（大小不變）時(shí)，右邊再加上質(zhì)量為 m的砝碼后，天平重新平衡由此可知：（ ）A磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為 (m1-m2)g/NIlB磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，大小為 mg/2NIlC磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為 (m1-m2)g/NIlD磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向外，大小為 mg/2Nil圖14aPMOQNO

11、14反粒子與正粒子有完全相同的質(zhì)量，一般帶有等量異種電荷，具有完全相反的電磁性質(zhì)。物理學(xué)家推測(cè)，既然有反粒子存在，就可能有反物質(zhì)存在。1998年6月，我國(guó)科學(xué)家和工程師研制的阿爾法磁譜儀由發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)搭載升空，尋找宇宙中反物質(zhì)存在的證據(jù)。磁譜儀的核心是兩個(gè)平行板之間存在一個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)方向與兩板平行，如圖14所示。從宇宙射來的宇宙射線的各種粒子從板PQ中央的小孔O垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)并打在對(duì)面附有感光底片的板MN上，留下痕跡。（1） 已知PQ與MN之間的距離為a，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，氫核的質(zhì)量為m，帶電量為e，以速度v從小孔O垂直進(jìn)入磁譜儀的磁場(chǎng)區(qū)。請(qǐng)畫出它進(jìn)入磁場(chǎng)

12、區(qū)后的徑跡的示意圖，并求出氫核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑。（2）求氫核在MN上留下的痕跡與正對(duì)O點(diǎn)的O點(diǎn)的距離b。（3） 若反氫核和反氦核以相同的速度進(jìn)入磁譜儀的磁場(chǎng)區(qū)，它們?cè)贛N上留下的痕跡在什么位置？與O點(diǎn)的距離各多大？15 圖16baBDCAS如圖16所示，一長(zhǎng)方體絕緣容器內(nèi)部高為l、厚為d，左右兩側(cè)裝有兩根開口向上的細(xì)管a、b，上、下兩側(cè)裝有電極C和D，并經(jīng)開關(guān)S與電源相連。容器中注滿能導(dǎo)電的液體，液體的密度為。將容器置于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，兩豎直管a、b中的液面高度相同，開關(guān)S閉合后，a、b兩管中液面將出現(xiàn)高度差。問：（1）開關(guān)S閉合后，哪根管內(nèi)液面較高？（2）若在電路中接一電流表，并測(cè)得電流為I，兩管液面高度差為h，則磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度大小為多大？（3）試說明用此法測(cè)量磁感強(qiáng)度B時(shí)，欲提高測(cè)量靈敏度，可采取什么方法？圖17BSNILhav17在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液體時(shí)，由于不允許傳動(dòng)的機(jī)械部分與這些液體相接觸，常使用一些電磁泵。如圖17表示這種電