高考物理題型歸納匯編電磁學綜合

1、電磁學綜合題型一電場和磁場拼接起來對帶電粒子作用質(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)法使某有機化合物的氣態(tài)分子導入圖1中所示的容器A中,使它受到電子束轟擊,失去一個電子成為正一價的離子.離子從狹縫S以很小的速度即初速度不計進入電壓為U的加速電場區(qū)加速后,再通過狹縫&、S3射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場方向垂直于磁場區(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的細線.假設(shè)測得細線到狹縫S3的距離為do請導出離子的質(zhì)量m的表達式.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的速度,粒1C

2、子在加速電場中,由動能th理得一mv?=qU12射入磁場后,在洛倫茲力作用下離子做勻速圓周運動,由牛頓定律可得2vqvB=m2R式中R為圓的半徑.感光片上細黑線到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)高壓加速電場電壓為U加速后,進入放置在其頸部的偏轉(zhuǎn)線圈形成的偏轉(zhuǎn)磁場中偏轉(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為電視機顯像管原理簡圖.某同學家中電視機畫面的幅度偏小,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.質(zhì)量為m、電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運動.A、B為兩塊中央開有小孔的極板,原來電勢都為零,每當粒子飛經(jīng)A板時,A板電勢升高為+U,B板電勢仍保持為零,粒子在兩極板間的電場中得到加速.每當粒子離開時,A板電勢又降為零,粒子在電場一次次加速下動能不斷增大,而繞行半徑不變.設(shè)t=0時,粒子靜止在A板小孔處,在電場作用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板時獲得的總動能為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運動,磁場必須周期性遞增,求粒子繞行第n圈時的磁感應(yīng)強度Bn.求粒子繞行n圈所需的總時間tn(設(shè)極板間距遠小于R).在圖4(b)中畫出A板電勢u與時間t的關(guān)系(從t=0起畫到粒子第四次離開B板).在粒子繞行的整個過程中A板電勢是否可始終保持+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)磁場的磁感應(yīng)強度；(2)質(zhì)子在D型盒中運動的時間t;(3)整個過程中,質(zhì)子在運動的總時間t.題型二電場和磁場重疊起來對帶

5、電粒子的作用(速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計、電磁泵、霍爾元件)例2在圖8所示的平行板器件中,電場強度E和磁感應(yīng)強度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,所以叫速度選擇器.如果粒子A(重/VI十十十十I力不計)的質(zhì)量為m、帶電量為+q,兩極板間距為d,磁場的圖片磁感應(yīng)弓雖度為Bo(1)試證實帶電粒子具有速度V時,才能沿著圖示的虛線路徑通過.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、達極板時的速度是多少?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)強度增大到某值,粒子A將落到極板上,粒子落到極板時的動能為多少?解析1帶電粒子A進入場區(qū)后,受到庫侖力Fi=qE和洛倫茲力F2=qVB的作用,如果帶電粒子穿過兩板間做勻速直線運動不發(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,與粒子的電性、電量無關(guān),只與速度有關(guān).

7、4增大磁感應(yīng)強度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由動能te理qEmV-V221c1c11c1得EK,mV2mV2qEd=-mV2qBVd22222變式練習3目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機叫做磁流體發(fā)電機.這種發(fā)電機可以直接把內(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電的微粒,而從整體來說呈中性噴射入磁場,磁場中A、B金屬板上會聚集電荷,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率為b即電阻率的倒數(shù),噴入速度為V,板間磁感應(yīng)強度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,問流過R的電流I為多少？變式練習4電磁流量計是對管道內(nèi)部流體流動沒有任何阻礙的儀器,廣泛應(yīng)用于測量高粘度及強腐蝕性流體的流量在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積.假設(shè)流量計是如圖10所示的橫截面為長方形的一段管道,其中空局部的長、寬、高分別為圖中的a、b、c.流量計的兩端與輸送流體的管道相連接圖中虛線,流量計的上下兩面是金屬材料,前后兩面是絕緣材料.現(xiàn)在流量計所在處加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,磁場方向垂直于前后兩面,當導電流體穩(wěn)定R的電流表的兩端連接,I為測得的電流值.液體的電阻率為P,不計電流表的內(nèi)阻,那么可求得流量為(A、B、變式練習5在原子反響堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械

9、中抽動血液等導電液體時,由于不允許傳動的機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).將導管放在磁場中,當電流穿過導電液體時,這種液體即被驅(qū)地流經(jīng)流量計時,在管外將流量計上、下兩外表與串接了電阻動.問:這種電磁泵的原理是怎樣的?假設(shè)導管內(nèi)截面積S=bh,磁場視為勻強磁場,寬度為L,磁感應(yīng)強度為B,液體穿過磁場區(qū)域的電流強度為I,求勻強磁場區(qū)域內(nèi)長度為L的導管兩端形成的壓強差為多少?4、磁強計實際上是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強度B的儀器.其原理可解釋為：如圖12c、d間就會出現(xiàn)電勢差,只要測出這個電勢差U的值,就可測得磁感應(yīng)強度Bo試推導的表達式.題型三帶電粒子在電場、

10、磁場、重力場構(gòu)成的復合場運動例3在勻強磁場和勻強電場中,水平放置一絕緣直棒,棒上套著一個帶正電的小球,如圖示,小球與棒間滑動摩擦因數(shù)口=0.2,小球質(zhì)量M-44.=1父10kg,電量q=2M10C,勻強電場水平向右,E=5N/C,磁場垂直紙面向里,B=2T,取g=10m/s2,求:(1)小球的加速度最大時,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球到達最大速度后能量轉(zhuǎn)化關(guān)系?I,所示的一塊導體接上a、b、c、d四個電極,將導體放在勻強磁場之中,a、b間通以電流解析(1)小球開始在電場力作用下向右運動,那么A球受重力,水平向右的電場力,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mg=Bqv時,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Bqvmg后,桿對小球的彈力反向,那么Eq-k(Bqv-mg)=ma當a=0時,即Eq=k(Bqv-mg),vmax=(&十mg)/Bq=15m/s(3)到達最大速度后,小球做勻速運動洛倫茲力、重力、彈力不做功,電場力做正功,摩擦力做負功.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6如下圖,在水平正交的勻強電場和勻強磁場中,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.小球所受電場力和重力大小相等,小球在環(huán)頂A處1個質(zhì)量為M=1g、帶正電的小h=0.8m至ijN點時就離開壁做曲由靜止釋放,當小球運動到圓弧的幾分之幾時,所受的磁場力最大？E*x-xXXOX.XXX/XX.變式練習7如上圖所示,勻強電場的場強E=4V/m,水平向左；勻強磁場的磁感強度B=2T,方向垂直紙面向里,物塊A從M點沿絕緣粗糙的豎直壁無初速下滑,當它滑行線運動.當A運動到P點時,恰好處于平衡狀態(tài),此時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？(6XT0J,0.6m)題型四電

13、磁感應(yīng)綜合題電磁感應(yīng)這局部內(nèi)容是物理重點內(nèi)容之一.它在高測試題中比例約占8%10%,近年來高考對本章內(nèi)容考查命題頻率極高的是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、方向判定和導體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的計算,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3的角速度按圖中箭頭方向勻速轉(zhuǎn)動.一方向豎直向下的勻強磁場區(qū)與圓環(huán)所在平面相交,相交區(qū)域為一如圖虛線所示的正方形(其一個頂點位于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1,兩極板的間距為d.有一細電子束

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,勻強磁場的磁感應(yīng)強度B應(yīng)滿足什么條件？解析(1)射入的電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)時是向上偏轉(zhuǎn).(2)當導體桿處于磁場中時,感應(yīng)電動勢E=Brv導體桿轉(zhuǎn)動的平均速度v=r/21所以,E=-Br22此時,磁場中導體桿的電阻為內(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動1=v0t由于v02史,所以t:二花.冗、.而就是每條導體桿在磁場中運

15、動的時間,因此有局部電子在兩極板間運動的時間內(nèi),2極板間的電場始終存在,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磁場中,磁感應(yīng)強度的大小為B0,金屬棒ab擱在框架上,可無摩擦地滑動,此時adeb構(gòu)成一個邊長為l的正方形,金屬棒的電阻為r,框架的電阻不計.從t=0時刻起,磁場開始均勻增加,磁感應(yīng)強度變化率的大小為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向什么方向勻速運動時,可使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流？寫出該磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系式.3如果非均勻變化磁場在0t1時間內(nèi)的方向豎直向下,在tlt2時間內(nèi)的方向豎直向上,假設(shè)t=0時刻和t=t1時刻磁感應(yīng)強度的大小均為B0、adeb的面積均為l2.當金屬棒按圖乙中的規(guī)律運動時,為使金屬棒中始終不產(chǎn)生感應(yīng)電流,請在圖丙中畫出變化的磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的示意圖象.要寫出必要的表達式.tl-0=t2-tll/Vo,以豎直向下為正方向內(nèi)變式練習9如圖a所示,光滑的平行長直金屬導軌置于水平面內(nèi),間距為L、導軌左端接有阻值為R(b)的電阻,質(zhì)量為m的導體棒垂直跨接在導軌上.導軌和導體棒的電阻均不計,且接觸良好.在導軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為Bo開始時,導體棒靜止于磁場區(qū)域的右端,