高考物理題型歸納匯編電磁學(xué)綜合

1、電磁學(xué)綜合題型一電場(chǎng)和磁場(chǎng)拼接起來(lái)對(duì)帶電粒子作用質(zhì)譜儀、顯像管、環(huán)形加速器、盤旋加速器例1如圖1所示是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的儀器一一質(zhì)譜儀的工作原理示意圖.設(shè)法使某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖1中所示的容器A中,使它受到電子束轟擊,失去一個(gè)電子成為正一價(jià)的離子.離子從狹縫S以很小的速度即初速度不計(jì)進(jìn)入電壓為U的加速電場(chǎng)區(qū)加速后,再通過(guò)狹縫&、S3射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于磁場(chǎng)區(qū)的界面PQ中.最后,離子打到感光片上,形成垂直于紙面且平行于狹縫S3的細(xì)線.假設(shè)測(cè)得細(xì)線到狹縫S3的距離為do請(qǐng)導(dǎo)出離子的質(zhì)量m的表達(dá)式.解析假設(shè)以m、q表示離子的質(zhì)量和電量,用v表示離子從狹縫射出時(shí)的速度,粒1C

2、子在加速電場(chǎng)中,由動(dòng)能th理得一mv?=qU12射入磁場(chǎng)后,在洛倫茲力作用下離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由牛頓定律可得2vqvB=m2R式中R為圓的半徑.感光片上細(xì)黑線到S3縫的距離為：d=2R3B2d2聯(lián)立13式,解得m=qB-d-8U變式練習(xí)1顯像管的簡(jiǎn)要工作原理是陰極K發(fā)射的電子束經(jīng)高壓加速電場(chǎng)電壓為U加速后,進(jìn)入放置在其頸部的偏轉(zhuǎn)線圈形成的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)后的電子轟擊熒光屏,熒光粉受激發(fā)而發(fā)光,圖2a為電視機(jī)顯像管原理簡(jiǎn)圖.某同學(xué)家中電視機(jī)畫面的幅度偏小,維修店的技術(shù)人員檢查后診斷為顯像管或偏轉(zhuǎn)線圈出了故障顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈如圖2b所示,試分析引起故障的原因可能是a恩傣管b偏轉(zhuǎn)線圈圖2A、電

3、子槍發(fā)射的電子數(shù)減少.B、加速電場(chǎng)的電壓過(guò)高,電子速度偏大.C偏轉(zhuǎn)線圈的電流過(guò)小,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)減弱.D、偏轉(zhuǎn)線圈匝間短路,線圈匝數(shù)減少.環(huán)形加速器,環(huán)形區(qū)域內(nèi)變式練習(xí)2如圖4(a)所示為一種獲得高能粒子的裝置存在垂直紙面向外、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng).質(zhì)量為m、電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng).A、B為兩塊中央開有小孔的極板,原來(lái)電勢(shì)都為零,每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí),A板電勢(shì)升高為+U,B板電勢(shì)仍保持為零,粒子在兩極板間的電場(chǎng)中得到加速.每當(dāng)粒子離開時(shí),A板電勢(shì)又降為零,粒子在電場(chǎng)一次次加速下動(dòng)能不斷增大,而繞行半徑不變.設(shè)t=0時(shí),粒子靜止在A板小孔處,在電場(chǎng)作用EnoB圖6下加速,并開始繞行第

4、一圈,求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng),磁場(chǎng)必須周期性遞增,求粒子繞行第n圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn.求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間tn(設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R).在圖4(b)中畫出A板電勢(shì)u與時(shí)間t的關(guān)系(從t=0起畫到粒子第四次離開B板).在粒子繞行的整個(gè)過(guò)程中A板電勢(shì)是否可始終保持+U?為什么？3、回旃加速器的D型盒半徑為R=60cm.兩盒間距1cm,用它加速質(zhì)子時(shí)可使質(zhì)子獲得4MeV的能量,加速電壓為U=2X10V.求(1)該加速器中偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；(2)質(zhì)子在D型盒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t;(3)整個(gè)過(guò)程中,質(zhì)子在運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t.題型二電場(chǎng)和磁場(chǎng)重疊起來(lái)對(duì)帶

5、電粒子的作用(速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、電磁泵、霍爾元件)例2在圖8所示的平行板器件中,電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直.具有某一水平速度V的帶電粒子,將沿著圖中所示的虛線穿過(guò)兩板間的空間而不發(fā)生偏轉(zhuǎn),具有其他速度的帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn).這種器件能把具有上述速度V的二V*帶電粒子選擇出來(lái),所以叫速度選擇器.如果粒子A(重/VI十十十十I力不計(jì))的質(zhì)量為m、帶電量為+q,兩極板間距為d,磁場(chǎng)的圖片磁感應(yīng)弓雖度為Bo(1)試證實(shí)帶電粒子具有速度V時(shí),才能沿著圖示的虛線路徑通過(guò).B(2)假設(shè)粒子A從圖8的右端兩極板中央以-V入射,還能直線從左端穿出嗎？為什么？假設(shè)不穿出而打在極板上,那么到

6、達(dá)極板時(shí)的速度是多少?3假設(shè)粒子A的反粒子-q,m從圖8的左端以V入射,還能直線從右端穿出嗎？4將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到某值,粒子A將落到極板上,粒子落到極板時(shí)的動(dòng)能為多少?解析1帶電粒子A進(jìn)入場(chǎng)區(qū)后,受到庫(kù)侖力Fi=qE和洛倫茲力F2=qVB的作用,如果帶電粒子穿過(guò)兩板間做勻速直線運(yùn)動(dòng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn),應(yīng)有Fi=F2,即qE=qVB.所以qEdHmV2-V22粒子A在選擇器的右端入射,電場(chǎng)力與洛倫茲力同方向,因此不可能直線從左端穿出,一定偏向極板.假設(shè)粒子打在極板上,由動(dòng)能定理得又E=BV,所以V=.V2qBdVm3仍能直線從右端穿出,有1可知,選擇器B,E給定時(shí),與粒子的電性、電量無(wú)關(guān),只與速度有關(guān).

7、4增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B為B后,有F2F1,即qvBqE,因此粒子A將偏向下極板,最終落到下極板.d1cc由動(dòng)能te理qEmV-V221c1c11c1得EK,mV2mV2qEd=-mV2qBVd22222變式練習(xí)3目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫做磁流體發(fā)電機(jī).這種發(fā)電機(jī)可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能,它的發(fā)電原理是：將一束等離子體即高溫下電離的氣體,含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒,而從整體來(lái)說(shuō)呈中性噴射入磁場(chǎng),磁場(chǎng)中A、B金屬板上會(huì)聚集電荷,產(chǎn)生電壓,設(shè)A、B兩平行金屬板的面積為S,彼此相距L,等離子體氣體的電導(dǎo)率為b即電阻率的倒數(shù),噴入速度為V,板間磁感應(yīng)強(qiáng)度B與氣流方向垂直,與板相連的電阻阻值為R

8、,如圖9所示,問(wèn)流過(guò)R的電流I為多少？變式練習(xí)4電磁流量計(jì)是對(duì)管道內(nèi)部流體流動(dòng)沒有任何阻礙的儀器,廣泛應(yīng)用于測(cè)量高粘度及強(qiáng)腐蝕性流體的流量在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)管內(nèi)橫截面的流體的體積.假設(shè)流量計(jì)是如圖10所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道,其中空局部的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c.流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道相連接圖中虛線,流量計(jì)的上下兩面是金屬材料,前后兩面是絕緣材料.現(xiàn)在流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面,當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定R的電流表的兩端連接,I為測(cè)得的電流值.液體的電阻率為P,不計(jì)電流表的內(nèi)阻,那么可求得流量為(A、B、變式練習(xí)5在原子反響堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械

9、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)械局部與這些液體相關(guān)接觸,常使用一種電磁泵,圖11為這種電磁泵的結(jié)構(gòu).將導(dǎo)管放在磁場(chǎng)中,當(dāng)電流穿過(guò)導(dǎo)電液體時(shí),這種液體即被驅(qū)地流經(jīng)流量計(jì)時(shí),在管外將流量計(jì)上、下兩外表與串接了電阻動(dòng).問(wèn):這種電磁泵的原理是怎樣的?假設(shè)導(dǎo)管內(nèi)截面積S=bh,磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng),寬度為L(zhǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,液體穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的電流強(qiáng)度為I,求勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的導(dǎo)管兩端形成的壓強(qiáng)差為多少?4、磁強(qiáng)計(jì)實(shí)際上是利用霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的儀器.其原理可解釋為：如圖12c、d間就會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差,只要測(cè)出這個(gè)電勢(shì)差U的值,就可測(cè)得磁感應(yīng)強(qiáng)度Bo試推導(dǎo)的表達(dá)式.題型三帶電粒子在電場(chǎng)、

10、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)構(gòu)成的復(fù)合場(chǎng)運(yùn)動(dòng)例3在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中,水平放置一絕緣直棒,棒上套著一個(gè)帶正電的小球,如圖示,小球與棒間滑動(dòng)摩擦因數(shù)口=0.2,小球質(zhì)量M-44.=1父10kg,電量q=2M10C,勻強(qiáng)電場(chǎng)水平向右,E=5N/C,磁場(chǎng)垂直紙面向里,B=2T,取g=10m/s2,求:(1)小球的加速度最大時(shí),它的速度多大？最大加速度多大?(2)如果棒足夠長(zhǎng),小球的最大速度多大?(3)說(shuō)明A球到達(dá)最大速度后能量轉(zhuǎn)化關(guān)系?I,所示的一塊導(dǎo)體接上a、b、c、d四個(gè)電極,將導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)之中,a、b間通以電流解析(1)小球開始在電場(chǎng)力作用下向右運(yùn)動(dòng),那么A球受重力,水平向右的電場(chǎng)力,垂直桿向上的彈力和

11、洛倫茲力,沿桿水平向左的摩擦力.貝UEq-f摩=ma而N十Bqv=mg,f摩=NNEq_N(mg_Bqv)=ma當(dāng)mg=Bqv時(shí),a最大amax=包=10m/s2此日v=mg/Bq=2.5m/sm(2)隨著小球v的增大,洛倫茲力逐漸增大當(dāng)Bqvmg后,桿對(duì)小球的彈力反向,那么Eq-k(Bqv-mg)=ma當(dāng)a=0時(shí),即Eq=k(Bqv-mg),vmax=(&十mg)/Bq=15m/s(3)到達(dá)最大速度后,小球做勻速運(yùn)動(dòng)洛倫茲力、重力、彈力不做功,電場(chǎng)力做正功,摩擦力做負(fù)功.消耗的電能用于克服摩擦阻力做功產(chǎn)生的焦耳熱.變式練習(xí)6如下圖,在水平正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,半徑為R的光滑絕緣豎直直圓

12、環(huán)上,套有一帶正電小球.小球所受電場(chǎng)力和重力大小相等,小球在環(huán)頂A處1個(gè)質(zhì)量為M=1g、帶正電的小h=0.8m至ijN點(diǎn)時(shí)就離開壁做曲由靜止釋放,當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到圓弧的幾分之幾時(shí),所受的磁場(chǎng)力最大？E*x-xXXOX.XXX/XX.變式練習(xí)7如上圖所示,勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=4V/m,水平向左；勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=2T,方向垂直紙面向里,物塊A從M點(diǎn)沿絕緣粗糙的豎直壁無(wú)初速下滑,當(dāng)它滑行線運(yùn)動(dòng).當(dāng)A運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí),恰好處于平衡狀態(tài),此時(shí)速度方向與水平方向成45角,設(shè)P與M的高度差H=1.6m,問(wèn)：(1)A沿壁下滑過(guò)程摩擦力做的功是多少？(2)P與M的水平距離s等于多少？(6XT0J,0.6m)題型四電

13、磁感應(yīng)綜合題電磁感應(yīng)這局部?jī)?nèi)容是物理重點(diǎn)內(nèi)容之一.它在高測(cè)試題中比例約占8%10%,近年來(lái)高考對(duì)本章內(nèi)容考查命題頻率極高的是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、方向判定和導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算,且要求較高.例4如下圖,半徑為r的金屬圓環(huán)置于水平面內(nèi),三條電阻均為R的導(dǎo)體桿Oa、Ob和Oc互成120連接在圓心O和圓環(huán)上,圓環(huán)繞經(jīng)過(guò)圓心O的豎直金屬轉(zhuǎn)軸以大小為3的角速度按圖中箭頭方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng).一方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)與圓環(huán)所在平面相交,相交區(qū)域?yàn)橐蝗鐖D虛線所示的正方形(其一個(gè)頂點(diǎn)位于O處).C為平行板電容器,通過(guò)固定的電刷P和Q接在圓環(huán)和金屬轉(zhuǎn)軸上,電容器極板長(zhǎng)為1,兩極板的間距為d.有一細(xì)電子束

14、沿兩極板間的中線以2N大小為vo(vo)的初速度連續(xù)不斷地射入C.花(1)射入的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)是向上偏轉(zhuǎn)還是向下偏轉(zhuǎn)？(2)電子電量為e,質(zhì)量為m.忽略圓環(huán)的電阻、電容器的充電放電時(shí)間及電子所受的重力和阻力.欲使射入的電子全部都能通過(guò)C所在區(qū)域,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)滿足什么條件？解析(1)射入的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)是向上偏轉(zhuǎn).(2)當(dāng)導(dǎo)體桿處于磁場(chǎng)中時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Brv導(dǎo)體桿轉(zhuǎn)動(dòng)的平均速度v=r/21所以,E=-Br22此時(shí),磁場(chǎng)中導(dǎo)體桿的電阻為內(nèi)電阻,其余的電阻為外電阻,電容器的電壓R/2RR/2射入的電子在兩極板間運(yùn)動(dòng)1=v0t由于v02史,所以t:二花.冗、.而就是每條導(dǎo)體桿在磁場(chǎng)中運(yùn)

15、動(dòng)的時(shí)間,因此有局部電子在兩極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi),2極板間的電場(chǎng)始終存在,這局部電子在極板間的偏轉(zhuǎn)量最大.設(shè)電子恰好能離開通過(guò)C,有d12一=_at22eUa=md2.2由以上各式得B=6mtd2erl磁感弓II度B應(yīng)滿足的條件是B6mV0doe3r2l2變式練習(xí)8如圖甲所示,固定于水平桌面上的金屬架cdef,處在一豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B0,金屬棒ab擱在框架上,可無(wú)摩擦地滑動(dòng),此時(shí)adeb構(gòu)成一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形,金屬棒的電阻為r,框架的電阻不計(jì).從t=0時(shí)刻起,磁場(chǎng)開始均勻增加,磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率的大小為kk=4B/4t.求:l用垂直于金屬棒的水平拉力F使金屬棒保持靜止,寫

16、出F的大小隨時(shí)間t變化的關(guān)系式,并指出F的方向.2如果豎直向下的磁場(chǎng)是非均勻增大的即k不是常數(shù),金屬棒以速度vo向什么方向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí),可使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流？寫出該磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系式.3如果非均勻變化磁場(chǎng)在0t1時(shí)間內(nèi)的方向豎直向下,在tlt2時(shí)間內(nèi)的方向豎直向上,假設(shè)t=0時(shí)刻和t=t1時(shí)刻磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B0、adeb的面積均為l2.當(dāng)金屬棒按圖乙中的規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí),為使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流,請(qǐng)?jiān)趫D丙中畫出變化的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的示意圖象.要寫出必要的表達(dá)式.tl-0=t2-tll/Vo,以豎直向下為正方向內(nèi)變式練習(xí)9如圖a所示,光滑的平行長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi),間距為L(zhǎng)、導(dǎo)軌左端接有阻值為R(b)的電阻,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直跨接在導(dǎo)軌上.導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì),且接觸良好.在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為Bo開始時(shí),導(dǎo)體棒靜止于磁場(chǎng)區(qū)域的右端,