高考物理電磁綜合2

電磁學(xué)綜合題型一電場(chǎng)和磁場(chǎng)“拼接起來”對(duì)帶電粒子作用（質(zhì)譜儀、顯像管、環(huán)形加速器、回旋加速器）[例1]如圖1所示是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的儀器——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S1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，再通過狹縫S2、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。若測(cè)得細(xì)線到狹縫S3的距離為d。請(qǐng)導(dǎo)出離子的質(zhì)量m的表達(dá)式。［解析］若以m、q表示離子的質(zhì)量和電量，用v表示離子從狹縫S2射出時(shí)的速度，粒子在加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理得(1)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(2)式中R為圓的半徑。感光片上細(xì)黑線到S3縫的距離為：d=2R(3)聯(lián)立(1)~(3)式，解得［變式訓(xùn)練1］顯像管的簡要工作原理是陰極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2—a為電視機(jī)顯像管原理簡圖。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2—b所示），試分析引起故障的原因可能是（）A、電子槍發(fā)射的電子數(shù)減少。B、加速電場(chǎng)的電壓過高，電子速度偏大。C、偏轉(zhuǎn)線圈的電流過小，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。［變式訓(xùn)練2］如圖4(a)所示為一種獲得高能粒子的量為（）A、 B、C、 D、［變式訓(xùn)練5］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)電流穿過導(dǎo)電液體時(shí)，這種液體即被驅(qū)動(dòng)。問：⑴這種電磁泵的原理是怎樣的？⑵若導(dǎo)管內(nèi)截面積S=bh，磁場(chǎng)視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，寬度為L，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，液體穿過磁場(chǎng)區(qū)域的電流強(qiáng)度為I，求勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)長度為L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)來測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的儀器。其原理可解釋為：如圖12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I，c、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B。試推導(dǎo)B的表達(dá)式。題型三帶電粒子在電場(chǎng)、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)，小球質(zhì)量M，電量，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，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，小球的最大速度多大？（3）說明A球達(dá)到最大速度后能量轉(zhuǎn)化關(guān)系？［解析］（1）小球開始在電場(chǎng)力作用下向右運(yùn)動(dòng)，則A球受重力，水平向右的電場(chǎng)力，垂直桿向上的彈力和洛倫茲力，沿桿水平向左的摩擦力。則而，∴∴當(dāng)時(shí)，最大此時(shí)（2）隨著小球的增大，洛倫茲力逐漸增大當(dāng)后，桿對(duì)小球的彈力反向，則當(dāng)時(shí)，即，（3）達(dá)到最大速度后，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。[變式訓(xùn)練6]如圖所示，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環(huán)上，套有一帶正電小球。已知小球所受電場(chǎng)力和重力大小相等，小球在環(huán)頂A處由靜止釋放，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？［變式訓(xùn)練7］如上圖所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E=4V/m，方向水平向左；勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度B=2T，方向垂直紙面向里，1個(gè)質(zhì)量為M=1g、帶正電的小物塊A從M點(diǎn)沿絕緣粗糙的豎直壁無初速下滑，當(dāng)它滑行h=0.8m到N點(diǎn)時(shí)就離開壁做曲線運(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：（1）A沿壁下滑過程摩擦力做的功是多少？（2）P與M的水平距離s等于多少？(6×10-2J，0.6m)題型四電磁感應(yīng)綜合題電磁感應(yīng)這部分內(nèi)容是物理重點(diǎn)內(nèi)容之一．它在高考試題中比例約占8%—10％，近年來高考對(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]如圖所示，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)過圓心O的豎直金屬轉(zhuǎn)軸以大小為ω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，電容器極板長為l，兩極板的間距為d．有一細(xì)電子束沿兩極板間的中線以大小為v0（）的初速度連續(xù)不斷地射入C．（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）已知電子電量為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)導(dǎo)體桿轉(zhuǎn)動(dòng)的平均速度所以，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，電容器的電壓射入的電子在兩極板間運(yùn)動(dòng)因?yàn)?，所以而就是每條導(dǎo)體桿在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，因此有部分電子在兩極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，極板間的電場(chǎng)始終存在，這部分電子在極板間的偏轉(zhuǎn)量最大．設(shè)電子恰好能離開通過C，有而由以上各式得磁感強(qiáng)度B應(yīng)滿足的條件是[變式訓(xùn)練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，可無摩擦地滑動(dòng)，此時(shí)adeb構(gòu)成一個(gè)邊長為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k（k=△B/△t）.求：(l）用垂直于金屬棒的水平拉力F使金屬棒保持靜止，寫出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v0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0～t1時(shí)間內(nèi)的方向豎直向下，在tl～t2時(shí)間內(nèi)的方向豎直向上，若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．已知tl-0=t2-t1<l/vo，以豎直向下為正方向）［變式訓(xùn)練9］tvvt0(b)RBL(a)mv1tvvt0(b)RBL(a)mv1（1）求導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒