时间:2019-03-15 17:57:45
1、计算题 （14分）如图所示，竖直平面内有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度E1＝2500 N/C，方向竖直向上；磁感应强度B＝103T，方向垂直纸面向外；有一质量m＝1×10－2kg、电荷量q＝4×10－5C的带正电小球自O点沿与水平线成45°角以v0＝4 m/s的速度射入复合场中，之后小球恰好从P点进入电场强度E2＝2500 N/C，方向水平向左的第二个匀强电场中．不计空气阻力，g取10 m/s2.求：
(1)O点到P点的距离s1；
(2)带电小球经过P点的正下方Q点时与P点的距离s2.
参考答案：（1）
（2）
本题解析：分析：（1）粒子在复合场中电场力和重力平衡，则只在洛仑兹力的作用下做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可知粒子的半径，由几何关系可得出两点间的距离；
（2）粒子在电场中，由于重力和电场力的作用做类平抛运动，建立合适的坐标系，则可由运动的合成与分解求得两点间的距离．
解：（1）带电小球在正交的匀强电场和匀强磁场中受到重力G=mg=0.1N；
电场力F1=Eq=0.1N
即G=F1，故小球在正交的电场由A到C做匀速圆周运动．
根据牛顿第二定律可知
?
解得：
由几何关系得：
；
（2）带电小球在C点的速度大小仍为v0=4m/s，方向与水平方向成45°．
由于电场力F2=Eq=0.1N
与重力大小相等，方向相互垂直，
则合力的大小为
，方向与初速度垂直，故小球在第二个电场中作平抛运动．
建立如图所示的坐标系，沿y方向上，小球的加速度
；
位移
x方向上有小球的位移x=v0t
由几何关系可知：y=x
即
，
解得：
由几何关系可知，Q到P点的距离为
．
点评：本题考查带电粒子在复合场中的运动，要注意当粒子在复合场中做匀速圆周运动时，粒子受到的电场力与重力平衡．
本题难度：一般
2、填空题 如图所示，匀强电场E竖直向下，匀强磁场B垂直纸面向里．现有三个带有等量同种电荷的油滴a、b、c，若将它们分别置入该区域中，油滴a做匀速圆周运动，油滴b向左水平匀速运动，油滴c向右水平匀速运动，则比较三个油滴所受重力Ga、Gb、Gc的大小，最大的是______，最小的是______．
参考答案：
油滴a做匀速圆周运动，可判断其受到的电场力和重力大小相等，方向相反，电场力方向竖直向上，所以带负电；力的关系为：Ga=qE
油滴b向左水平匀速运动，对其受力分析，受竖直向下的重力、竖直向上的电场力和竖直向上的洛伦兹力（由左手定则来判断），三力平衡，即Gb=qE+qvB
油滴c向右水平匀速运动，对其受力分析，受竖直向下的重力、竖直向上的电场力和竖直向下的洛伦兹力（由左手定则来判断），三力平衡，即Gc=qE-qvB
由以上分析可得三个油滴的重力关系为：Gb＞Ga＞Gc
故答案为：Gb，Gc
本题解析：
本题难度：简单
3、计算题 （10分）?如图所示，电动机带着绷紧的传送带始终以v0＝2 m/s的速度运动，传送带与水平面的夹角θ＝30°，现把一质量为m＝10kg的工件轻轻地放在皮带的底端，经过一段时间后，工件送到高h＝2m的平台上，已知工件与皮带之间的动摩擦因数
除此之外，不记其他损耗。求电动机由于传送工件多消耗的电能。（取g＝10 m/s2）
参考答案：280 J
本题解析：作出工件在传送带上受力如图所示，f为皮带给予工件的滑动摩擦力，对工件, 根据牛顿第二定律，有：
μmgcosθ－mg sinθ＝ma?代入数据解得：? a＝2.5 m/s2（2分）?工件达到传送带运转速度v0＝2 m/s时所用的时间
?代入数据解得：? t1＝0.8s
工件在传送带上加速运动的距离为
?代入数据解得：? s1＝0.8 m（2分）?
故有:? s1＜h/ sin30°?
说明工件在传送带上现做匀加速运动，再做匀速运动，工件到达平台时的速度为2 m/s ．
故工件增加的机械能E＝mgh＋
?代入数据得E＝220 J?（2分），
设在t1时间内传送带的位移为s2，故转化的内能为:? W＝f (s2－s1)＝fs1?
代入数据得W＝60J?（2分）
电动机由于传送工件多消耗的电能。△E=E＋W＝280 J?（2分）
本题难度：一般
4、计算题 汤姆孙测定电子比荷的实验装置如图甲所示。从阴极K发出的电子束经加速后，以相同速度沿水平中轴线射入极板D1、D2区域，射出后打在光屏上形成光点。在极板D1、D2区域内，若不加电场和磁场，电子将打在P1点；若只加偏转电压U，电子将打在P2点；若同时加上偏转电压U和一个方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出），电子又将打在P1点。已知极板长度为L，极板间距为d。忽略电子的重力及电子间的相互作用。
?
（1）求电子射人极板D1、D2区域时的速度大小；
（2）打在P2点的电子，相当于从D1、D2中轴线的中点O’射出，如图乙中的O’ P2所示，已知
试推导出电子比荷
的表达式；
（3）若两极板间只加题中所述的匀强磁场，电子在极板间的轨迹为一段圆弧，射出后打在P3点。测得圆弧半径为2L、P3与P1间距也为2L，求图乙中P1与P2点的间距a。
参考答案：（1）
（2）
（3）
本题解析：（1）电子在极板
间电场力与洛伦兹力的作用下沿中心轴线运动，即受力平衡，设电子的进入极板间时的速度为v。由平衡条件有 
?
两极板间电场强度 
?，解得
（2）由几何关系得出电子射出电场时竖直方向的侧移量：
，
，
，
，，联立可得
（3）如图所示，极板间仅存匀强磁场时，电子做匀速圆周运动，射出磁场后做匀速直线运动，则已知
，根据几何关系得：
，
射出磁场后在水平方向上的距离
解得
本题难度：一般
5、计算题 （14分）如图所示，在直角坐标系
内，有一质量为
,电荷量为
的粒子A从原点O沿y 轴正方向以初速度
射出，粒子重力忽略不计，现要求该粒子能通过点P(a, -b),可通过在粒子运动的空间范围内加适当的“场”实现。
(1) 若只在整个I、II象限内加垂直纸面向外的匀强磁场，使粒子A在磁场中作匀速圆周运动，并能到达P点，求磁感应强度B的大小；
(2) 若只在x轴上某点固定一带负电的点电荷Q, 使粒子A在Q产生的电场中作匀速圆周运动，并能到达P点，求点电荷Q的电量大小；
(3) 若在整个I、II象限内加垂直纸面向外的匀强磁场，并在第IV象限内加平行于x轴，沿x轴正方向的匀强电场，也能使粒子A运动到达P点。如果此过程中粒子A在电、磁场中运动的时间相等，求磁感应强度B的大小和电场强度E的大小
参考答案：（1）
（2）
（3）
，
本题解析：（1）粒子由O到P的轨迹如图所示，粒子在磁场中做圆周运动，半径为R1,由几何关系知
?（1分）
由牛顿第二定律可知：
?（1分）
由此得?（1分）
（2）粒子由O到P的轨迹如图所示
粒子在电场中做圆周运动，半径为R2：
由几何关系知：
?（2分）
由牛顿第二定律可知
?（1分）
由此得：?（1分）
（3）粒子由O经P＇到P的轨迹如图所示，在磁场中做圆周运动，在电场中做类平抛运动
在电场中运动时间t：
?（1分）
在磁场中运动时间t：
?（1分）
由此得：?（1分）
设在磁场中做圆周运动，半径为R3
则有
?（1分）
电场中
?（1分）
?（1分）
由此得?（1分）
本题难度：一般