高中物理磁場經(jīng)典習(xí)題(題型分類)含答案.doc

.磁場補(bǔ)充練習(xí)題題組一1如圖所示，在xOy平面內(nèi)，y 0的區(qū)域有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一質(zhì)量為m、帶電量大小為q的粒子從原點(diǎn)O沿與x軸正方向成60角方向以v0射入，粒子的重力不計(jì)，求帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和帶電粒子離開磁場時(shí)的位置。v0Eebcda2如圖所示，abcd是一個(gè)正方形的盒子，在cd邊的中點(diǎn)有一小孔e，盒子中存在著沿ad方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)大小為E，一粒子源不斷地從a處的小孔沿ab方向向盒內(nèi)發(fā)射相同的帶電粒子，粒子的初速度為v0，經(jīng)電場作用后恰好從e處的小孔射出，現(xiàn)撤去電場，在盒子中加一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B（圖中未畫出），粒子仍恰好從e孔射出。（帶電粒子的重力和粒子之間的相互作用均可忽略不計(jì)）（1）所加的磁場的方向如何？（2）電場強(qiáng)度E與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值為多大？題組二3長為L的水平極板間，有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離也為L，極板不帶電。現(xiàn)有質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電粒子(重力不計(jì))，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁場以速度v水平射入，如圖所示。為了使粒子不能飛出磁場，求粒子的速度應(yīng)滿足的條件。4如圖所示的坐標(biāo)平面內(nèi)，在y軸的左側(cè)存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B1 = 0.20 T的勻強(qiáng)磁場，在y軸的右側(cè)存在垂直紙面向里、寬度d = 0.125 m的勻強(qiáng)磁場B2。某時(shí)刻一質(zhì)量m = 2.010-8 kg、電量q = +4.010-4 C的帶電微粒（重力可忽略不計(jì)），從x軸上坐標(biāo)為（-0.25 m，0）的P點(diǎn)以速度v = 2.0103 m/s沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)。試求：（1）微粒在y軸的左側(cè)磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（2）微粒第一次經(jīng)過y軸時(shí)速度方向與y軸正方向的夾角；（3）要使微粒不能從右側(cè)磁場邊界飛出,B2應(yīng)滿足的條件。5圖中左邊有一對平行金屬板，兩板相距為d，電壓為U；兩板之間有勻強(qiáng)磁場，磁場應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向平行于板面并垂直于紙面朝里。圖中右邊有一邊長為a的正三角形區(qū)域EFG（EF邊與金屬板垂直），在此區(qū)域內(nèi)及其邊界上也有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面朝里。假設(shè)一系列電荷量為q的正離子沿平行于金屬板面，垂直于磁場的方向射入金屬板之間，沿同一方向射出金屬板之間的區(qū)域，并經(jīng)EF邊中點(diǎn)H射入磁場區(qū)域。不計(jì)重力。HFEG（1）已知這些離子中的離子甲到達(dá)磁場邊界EG后，從邊界EF穿出磁場，求離子甲的質(zhì)量。（2）已知這些離子中的離子乙從EG邊上的I點(diǎn)（圖中未畫出）穿出磁場，且GI長為3a/4，求離子乙的質(zhì)量。（3）若這些離子中的最輕離子的質(zhì)量等于離子甲質(zhì)量的一半，而離子乙的質(zhì)量是最大的，問磁場邊界上什么區(qū)域內(nèi)可能有離子到達(dá)。題組三yCv0Av0xO6如圖所示，在以直角坐標(biāo)系xOy的坐標(biāo)原點(diǎn)O為圓心、半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直xOy所在平面的勻強(qiáng)磁場。一帶電粒子由磁場邊界與x軸的交點(diǎn)A處，以速度v0沿x軸負(fù)方向射入磁場，粒子恰好能從磁場邊界與y軸的交點(diǎn)C處，沿y軸正方向飛出磁場，不計(jì)帶電粒子所受重力。（1）求粒子的比荷。（2）若磁場的方向和所在空間的范圍不變，而磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小變?yōu)锽，該粒子仍從A處以相同的速度射入磁場，粒子飛出磁場時(shí)速度的方向相對于入射方向改變了角，求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。A1A2A3A4III6030O7如圖所示，在一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，兩個(gè)方向相反且都垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場分布在以直徑A2A4為邊界的兩個(gè)半圓形區(qū)域I、II中，A2A4與A1A3的夾角為60。一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子以某一速度從I區(qū)的邊緣點(diǎn)A1處沿與A1A3成30角的方向射入磁場，隨后該粒子以垂直于A2A4的方向經(jīng)過圓心O進(jìn)入II區(qū)，最后再從A4處射出磁場。已知該粒子從射入到射出磁場所用的時(shí)間為t，求I區(qū)和II區(qū)中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。ê雎粤Ｗ又亓Γ?如圖所示，在以O(shè)為圓心，內(nèi)外半徑分別為R1和R2的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)，存在輻射狀電場和垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，內(nèi)外圓間的電勢差U為常量，R1R0，R23R0，一電荷量為+q，質(zhì)量為m的粒子從內(nèi)圓上的A點(diǎn)進(jìn)入該區(qū)域，不計(jì)重力。（1）已知粒子從外圓上以速度射出，求粒子在A點(diǎn)的初速度的大小；（2）若撤去電場，如圖（b）,已知粒子從OA延長線與外圓的交點(diǎn)C以速度射出，方向與OA延長線成45角，求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；（3）在圖（b）中，若粒子從A點(diǎn)進(jìn)入磁場，速度大小為，方向不確定，要使粒子一定能夠從外圓射出，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)小于多少？題組四9利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。如圖所示的矩形區(qū)域ACDG(AC邊足夠長)中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，A處有一狹縫。離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場，運(yùn)動(dòng)到GA邊，被相應(yīng)的收集器收集。整個(gè)裝置內(nèi)部為真空。已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2(m1m2)，電荷量均為q。加速電場的電勢差為U，離子進(jìn)入電場時(shí)的初速度可以忽略。不計(jì)重力，也不考慮離子間的相互作用。（1）求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場時(shí)的速率v1；（2）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí)，求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距s；（3）在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度。若狹縫過寬，可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊，導(dǎo)致兩種離子無法完全分離。設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)，GA邊長為定值L，狹縫寬度為d，狹縫右邊緣在A處。離子可以從狹縫各處射入磁場，入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場。為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離，求狹縫的最大寬度。abcdMN10如圖所示，abcd是長為2L、寬為L的長方形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。在ab邊中點(diǎn)M有一粒子源，該粒子源能不斷地向區(qū)域內(nèi)發(fā)出質(zhì)量為m、電量大小為q的帶負(fù)電的粒子，粒子速度的大小恒定，沿紙面指向各個(gè)方向，不計(jì)粒子重力。其中垂直于ab邊入射的粒子恰能從ad邊中點(diǎn)N射出磁場。求：（1）粒子入射的速度大??；（2）bc邊有粒子射出的寬度。yxPQSOB11如圖所示，在xOy坐標(biāo)系的第I象限內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在x0軸上有一平面熒光屏，在y軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)O為L的S處有一粒子源，在某時(shí)刻同時(shí)發(fā)射大量質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在xy平面內(nèi)，與y軸正方向的夾角分布在0180范圍內(nèi)。觀察發(fā)現(xiàn)：熒光屏OP之間發(fā)光，P點(diǎn)右側(cè)任何位置均不發(fā)光，在PQ之間的任一位置會(huì)先后兩次發(fā)光；OQ之間的任一位置只有一次發(fā)光，測出OP間距為，不考慮粒子間的相互作用和粒子所受重力，求：（1）粒子發(fā)射時(shí)的速度大小；（2）Q點(diǎn)先后發(fā)光的時(shí)間間隔。題組五12圖為可測定比荷的某裝置的簡化示意圖，在第一象限區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=2.010-3T,在y軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)L=0.50m的P處為離子的入射口，在y上安放接收器，現(xiàn)將一帶正電荷的粒子以v=3.5104m/s的速率從P處射入磁場，若粒子在y軸上距坐標(biāo)原點(diǎn)L=0.50m的M處被觀測到，且運(yùn)動(dòng)軌跡半徑恰好最小，設(shè)帶電粒子的質(zhì)量為m,電量為q,不記其重力。（1）求上述粒子的比荷；xyOPMLL入射口口接收器器（2）如果在上述粒子運(yùn)動(dòng)過程中的某個(gè)時(shí)刻，在第一象限內(nèi)再加一個(gè)勻強(qiáng)電場，就可以使其沿y軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，求該勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小和方向，并求出從粒子射入磁場開始計(jì)時(shí)經(jīng)過多長時(shí)間加這個(gè)勻強(qiáng)電場；（3）為了在M處觀測到按題設(shè)條件運(yùn)動(dòng)的上述粒子，在第一象限內(nèi)的磁場可以局限在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)，求此矩形磁場區(qū)域的最小面積，并在圖中畫出該矩形。POxyvv13一勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于xy平面，在xy平面上，磁場分布在以O(shè)為中心的一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由原點(diǎn)O開始運(yùn)動(dòng)，初速度為v，方向沿x軸正方向。后來，粒子經(jīng)過y軸上的P點(diǎn)，此時(shí)速度方向與y軸正方向的夾角為30，P到O的距離為L，如圖所示，不計(jì)重力的影響，求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和xy平面上磁場區(qū)域的半徑R。若磁場仍是圓形，但圓心不一定在O點(diǎn)，則磁場區(qū)域的最小半徑是多少？題組六DBU1U2vL14如圖所示，一帶電微粒質(zhì)量為m=2.010-11kg、電荷量q=+1.010-5C，從靜止開始經(jīng)電壓為U1=100V的電場加速后，水平進(jìn)入兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場中，微粒射出電場時(shí)的偏轉(zhuǎn)角=30，并接著進(jìn)入一個(gè)方向垂直紙面向里、寬度為D=34.6cm的勻強(qiáng)磁場區(qū)域。已知偏轉(zhuǎn)電場中金屬板長L=20cm，兩板間距d=17.3cm，重力忽略不計(jì)。求：（1）帶電微粒進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場時(shí)的速率v1；（2）偏轉(zhuǎn)電場中兩金屬板間的電壓U2；（3）為使帶電微粒不會(huì)由磁場右邊射出，該勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B至少多大？v0BPvOxEy15在平面直角坐標(biāo)系xOy中，第象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一質(zhì)量為m、電量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點(diǎn)以速度v0垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點(diǎn)與x軸正方向成=60角射入磁場，最后從y軸負(fù)半軸上的P點(diǎn)垂直于y軸射出磁場，如圖所示。不計(jì)粒子重力。求：（1）M、N兩點(diǎn)間的電勢差UMN；（2）粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r；（3）粒子從M點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的總時(shí)間t。16如圖所示，真空中有以(r,0)為圓心、r為半徑的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向里，在yr的虛線上方足夠大的范圍內(nèi)，有方向水平向左的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度的大小為E。從O點(diǎn)向不同方向發(fā)射速率相同的質(zhì)子，質(zhì)子的運(yùn)動(dòng)軌跡均在紙面內(nèi)，且質(zhì)子在磁場中偏轉(zhuǎn)的半徑也為r。已知質(zhì)子的電荷量為q，質(zhì)量為m，不計(jì)重力、質(zhì)子間的相互作用力和阻力。求：（1）質(zhì)子射入磁場時(shí)速度的大??；（2）沿x軸正方向射入磁場的質(zhì)子，到達(dá)y軸所需的時(shí)間；（3）與x軸正方向成30角(如圖中所示)射入的質(zhì)子，到達(dá)y軸的位置坐標(biāo)。題組七17如圖1所示，寬度為d的豎直狹長區(qū)域內(nèi)（邊界為L1、L2），存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直方向上的周期性變化的電場（如圖2所示），電場強(qiáng)度的大小為E0，E0表示電場方向豎直向上。t=0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)。Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g。上述d、E0、m、v、g為已知量。（1）求微粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大??；（2）求電場變化的周期T；（3）改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值。18如圖所示，兩塊水平放置、相距為d的長金屬板接在電壓可調(diào)的電源上。兩板之間的右側(cè)區(qū)域存在方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。將噴墨打印機(jī)的噴口靠近上板下表面，從噴口連續(xù)不斷噴出質(zhì)量均為m、水平速度均為v0、帶相等電荷量的墨滴。調(diào)節(jié)電源電壓至U，墨滴在電場區(qū)域恰能沿水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)；進(jìn)入電場、磁場共存區(qū)域后，最終垂直打在下板的M點(diǎn)。Mdv0（1）判段墨滴所帶電荷的種類，并求其電荷量；（2）求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的值；（3）現(xiàn)保持噴口方向不變，使其豎直下移到兩板中間的位置。為了使墨滴仍能到達(dá)下板M點(diǎn)，應(yīng)將磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B，則B的大小為多少？+OOMNPQl2d3d金屬極板金屬極板帶電顆粒發(fā)射源收集板19有人設(shè)計(jì)了一種帶電顆粒的速率分選裝置，其原理如圖所示，兩帶電金屬板間有勻強(qiáng)電場，方向豎直向上，其中PQNM矩形區(qū)域內(nèi)還有方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場。一束比荷（電荷量與質(zhì)量之比）均為1/k的帶正電顆粒，以不同的速率沿著磁場區(qū)域的水平中心線OO進(jìn)入兩金屬板之間，其中速率為v0的顆粒剛好從Q點(diǎn)處離開磁場，然后做勻速直線運(yùn)動(dòng)到達(dá)收集板。重力加速度為g，PQ=3d，NQ=2d，收集板與NQ的距離為l，不計(jì)顆粒間相互作用。求（1）電場強(qiáng)度E的大??；（2）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。唬?）速率為v0（1）的顆粒打在收集板上的位置到O點(diǎn)的距離。題組八v0POx/mEQv/ms-120如圖所示，在直角坐標(biāo)系的第一象限中存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度大小為E，在第四象限中存在著垂直紙面的勻強(qiáng)磁場，一質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子（不計(jì)重力）在y軸上的A點(diǎn)以平行x軸的初速度v0射入電場區(qū)，然后從電場區(qū)進(jìn)入磁場區(qū)，又從磁場區(qū)進(jìn)入電場區(qū)，并通過x軸上P點(diǎn)和Q點(diǎn)各一次，已知P點(diǎn)坐標(biāo)為（a，0），Q點(diǎn)坐標(biāo)為（b，0），求磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。OxEMyB21如圖所示，x軸上方有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，下方有一場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，兩個(gè)場的方向圖中已經(jīng)標(biāo)出。在x軸上有一個(gè)點(diǎn)M（L，0），要使帶電量為q、質(zhì)量為m、重力不計(jì)的粒子在y軸上由靜止釋放后能到達(dá)M點(diǎn)。求：（1）帶電粒子應(yīng)帶何種電荷？粒子釋放點(diǎn)離O點(diǎn)的距離應(yīng)滿足什么條件？（2）粒子從靜止出發(fā)到M點(diǎn)，經(jīng)歷的時(shí)間是多少？（3）粒子從靜止出發(fā)到M點(diǎn)，所經(jīng)歷的路程是多少？22如圖所示，L1、L2為兩平行的直線，間距為d。L1下方和L2上方的空間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，且磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，以速度v從L1上的M點(diǎn)入射兩線之間的真空區(qū)域，速度方向與L1成30角。不計(jì)粒子所受的重力，試求：MvL1L2BB（1）粒子從M點(diǎn)出發(fā)后，經(jīng)過多長時(shí)間第一次回到直線L1上？（2）試證明：改變粒子的速度大小，發(fā)現(xiàn)無論入射速度v多大（遠(yuǎn)小于光速），粒子從M點(diǎn)出發(fā)后第二次回到L1上時(shí)，必經(jīng)過同一點(diǎn)，并求出此點(diǎn)離M點(diǎn)的距離。（3）v滿足什么條件時(shí)，粒子恰好能回到M點(diǎn)？題組九23自由電子激光器是利用高速電子束射人方向交替變化的磁場，使電子在磁場中擺動(dòng)著前進(jìn)，進(jìn)而產(chǎn)生激光的一種裝置。在磁場中建立與磁場方向垂直的平面坐標(biāo)系xoy，如圖甲所示。方向交替變化的磁場隨x坐標(biāo)變化的圖線如圖乙所示，每個(gè)磁場區(qū)域的寬度l=m，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0=3.7510-4T，規(guī)定磁場方向垂直紙面向外為正方向。現(xiàn)將初速度為零的電子經(jīng)電壓U=4.5103V的電場加速后，從坐標(biāo)原點(diǎn)沿軸正方向射入磁場。電子電荷量e為1.610-19C，電子質(zhì)量m取910-31kg不計(jì)電子的重力，不考慮電子因高速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的影響。（1）電子從坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)入磁場時(shí)的速度大小為多少？（2）請?jiān)趫D甲中畫出x0至x4L區(qū)域內(nèi)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡，計(jì)算電子通過圖中各磁