北京四中高三物理专题5电场与磁场

高三物理专题五1专题五电场与磁场1．示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，如图10-13所示。如果在荧光屏上P点出现亮斑，如图2所示，那么示波管中的①极板x应带正电②极板x’应带正电③极板y应带正电④极板y’应带正电以上4项正确的是A．①③B．①②C．②③D．③④2．若在示波器的“Y输入”和地之间加上如图3甲所示的电压，而扫描范围旋钮置于“外X”档，则此时屏上应出现的情形是图3乙中的（）3．经测定，在夏季雷雨天的一次闪电中，云层与地面间的电势差约为1010V,通过的电荷量为30C。试问：⑴在这次闪电中释放出的电能是多少？⑵如果能把这些能量都利用起来，给拥有600户人家的小区供电，平均每户每天用电1.5度，那么这些能量够该小区用多少天？4．有的计算机键盘的每一个键下面连一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片，这两片金属片组成一个小电容器，如图5所示。该电容器的电容C可用公式C=εS/d计算，公式中常量ε=9×10-12F·m-1，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离。当键按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出是哪个键被按下了，从而给出相应的信号。设每个金属片的正对面积为50mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6mm，如果电容变化0.25pF，电子线路恰能检测出按键的信号，则键至少需要被按下多大距离？图2甲tUBACD乙图3图5高三物理专题五25．电子所带电荷量最早是由美国科学家密立根通过油滴实验测出的。油滴实验的原理如图6所示。两块水平放置的平行金属板与电源连接，上下板分别带正、负电荷。油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带负电荷，油滴进入上板中央小孔后落到匀强电场中，通过显微镜可以观察到油滴的下落情况，设油滴的质量为m，两金属板间的距离为d。忽略空气对油滴的浮力和阻力。（1）调节两金属板间的电势差U0，使得某个油滴恰好做匀速运动。该油滴所带电荷q为多少？（2）若油滴进入电场时的速度可以忽略，在两金属板间的电势差为U时，观察到某个带电的油滴进入电场后做匀加速运动，在电场中运动的时间为t，求此油滴所带电荷量Q。6．双电容法可测量电子荷质比．装置如图7所示，在真空管中由阴极K发射出电子，其初速度为零，此电子被阴极K与阳极A间电场加速度穿过屏障D1上的小孔，然后按顺序穿过电容器C1、屏D2和C2而射到荧光屏F上，阳极与阴极间的电压为U，分别在电容器C1、C2上加有频率为f的完全相同的交流电压，C1、C2之间的距离为L，选择频率为f，使电子束在荧光屏上不发生偏转．试根据以上数据求出电子的比荷。7．N个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排成一串。如图8所示（图中只画出了六个圆筒作为示意）。各筒相间地连接到频率为f，最大电压为Ｕ的正弦交流电源的的两端，整个装置放在高度真空容器中，圆筒的两底面开有小孔，现有一电量为q，质量为m的正离子沿轴线射入圆筒，并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速（设圆筒内部没有电场）。缝隙的宽度很小，离子穿过缝隙的时间可以不计，已知离子进入第一个圆筒左端的速度为v1，且此时第一第二两个圆筒间的电势差UUU12。为使打到靶上的离子获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件？并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量。喷雾器显微镜图6图7LC1C2D2D1FAK图8v1靶高三物理专题五38．喷墨打印机的结构简图如图9所示，其中墨盒可以发出半径为10-5m墨汁微粒，此微粒经过带电室处时被带上负电，带电的多少由计算机按字体笔画高低位置输入信号加以控制，带电后的微滴以一定的初速度进入偏转电场，带电微滴经过偏转电场发生偏转后，打到纸上，显示出字体。无信号输入时，墨汁不带电，径直通过偏转板而注入回流槽流回墨盒。设偏转板长1.6cm，两板间的距离为0.50cm，偏转板的右端距纸3.2cm。若一滴墨汁的质量为1.6×10-10kg，以20m/s的初速度垂直于电场方向进入偏转电场，两偏转板间的电压是8.0×103V，若墨汁微滴打到纸上的点距原射入方向的距离是2.00mm。求这滴墨汁通过带电室带的电量是多少?(不计空气阻力和墨汁的重力，可以认为偏转电场只局限在平行板电容器内部，忽略边缘电场的不均匀性。)为了使纸上的字体放大10％，请你分析提出一个可行的方法。9．图10甲为电视机显像管的整体结构示意图，其左端尾部是电子枪，被灯丝K加热的阴极能发射大量的“热电子”，“热电子”经过加速电压U加速后形成电子束，高速向右射出。在显像管的颈部装有两组相互垂直的磁偏转线圈L，图8乙是其中一组“纵向”偏转线圈从右侧向左看去的示意图，当在磁偏转线圈中通入图示方向的电流时，在显像管颈部形成水平向左（即甲图中垂直纸面向外）的磁场，使自里向外（即甲图中自左向右）射出的电子束向上偏转；若该线圈通入相反方向的电流，电子束则向下偏转。改变线圈中电流的大小，可调节偏转线圈磁场的强弱，电子束的纵向偏转量也随之改变。这样，通过控制加在“纵向”偏转线圈上的交变电压，就可以控制电子束进行“纵向”（竖直方向）扫描。同理，与它垂直放置在颈部的另一组“横向”偏转线圈，通入大小、方向不同的交变电流时，能控制电子束进行“横向”（水平方向）扫描。两组磁偏转线圈分别通入适当的交变电流时，可控制电子束反复地在荧光屏上自上而下、自左而右的逐行扫描，从而恰好能将整个荧光屏“打亮”。如果发现荧光屏上亮的区域比正常时偏小，则可能是下列哪些原因引起的（）A．阴极发射电子的能力不足，单位时间内发射的电子数偏少B．加速电场电压过高，使得电子速率偏大C．加速电场电压过低，使得电子速率偏小D．通过偏转线圈的交变电流的最大值偏小，使得偏转磁场的最大磁感强度偏小图10IILKLU甲乙图9信号输入带电室回流槽墨盒纸偏转板高三物理专题五410．据有关资料介绍，受控核聚变装置中有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是由磁场约束带电粒子运动使之束缚在某个区域内。现按下面的简化条件来讨论这个问题：如图12是一个截面为内径R1=0.6m、外径R2=1.2m的环状区域，区域内有垂直于截面向里的匀强磁场。已知氦核的荷质比q/m=4.8×107C/kg，磁场的磁感强度B=0.4T，不计带电粒子所受的重力。（1）实践证明，氦核在磁场区域内沿垂直于磁场方向运动速度v的大小与它在磁场中运动的轨道半径r有关，试导出v与r的关系式。（2）若氦核沿磁场区域的半径方向平行于截面从A点射入磁场，画出氦核在磁场中运动而不穿出外边界的最大圆轨道示意图。（3）若氦核在平行于截面从A点沿各个方向射入磁场都不能穿出磁场外边界，求氦核的最大速度。11．如图13所示的天平可用来测定磁感应强度。天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，宽为l，共N匝，线圈的下部悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡．将电流反向（大小不变）时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡．由此可知：（）A．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为(m1-m2)g/NIlB．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为mg/2NIlC．磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为(m1-m2)g/NIlD．磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为mg/2Nil14．反粒子与正粒子有完全相同的质量，一般带有等量异种电荷，具有完全相反的电磁性质。物理学家推测，既然有反粒子存在，就可能有反物质存在。1998年6月，我国科学家和工程师研制的阿尔法磁谱仪由发现号航天飞机搭载升空，寻找宇宙中反物质存在的证据。磁谱仪的核心是两个平行板之间存在一个匀强磁场区，磁场方向与两板平行，如图14所示。从宇宙射来的宇宙射线的各种粒子从板PQ中央的小孔O垂直进入匀强磁场区，在磁场中发生偏转并打在对面附有感光底片的板MN上，留下痕迹。图12R1R2BA左右m1m2Il磁场图13图14aPMOQNO′高三物理专题五5（1）已知PQ与MN之间的距离为a，匀强磁场的磁感应强度为B，氢核的质量为m，带电量为e，以速度v从小孔O垂直进入磁谱仪的磁场区。请画出它进入磁场区后的径迹的示意图，并求出氢核在磁场中运动的轨道半径。（2）求氢核在MN上留下的痕迹与正对O点的Oˊ点的距离b。（3）若反氢核和反氦核以相同的速度进入磁谱仪的磁场区，它们在MN上留下的痕迹在什么位置？与Oˊ点的距离各多大？15．如图16所示，一长方体绝缘容器内部高为l、厚为d，左右两侧装有两根开口向上的细管a、b，上、下两侧装有电极C和D，并经开关S与电源相连。容器中注满能导电的液体，液体的密度为ρ。将容器置于一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里。当开关断开时，两竖直管a、b中的液面高度相同，开关S闭合后，a、b两管中液面将出现高度差。问：（1）开关S闭合后，哪根管内液面较高？（2）若在电路中接一电流表，并测得电流为I，两管液面高度差为h，则磁场的磁感强度大小为多大？（3）试说明用此法测量磁感强度B时，欲提高测量灵敏度，可采取什么方法？图16baBDCAS高三物理专题五6图17BSNILhav17．在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一些电磁泵。如图17表示这种电磁泵的结构。将装有导电液体的矩形截面导管(导管是环形的，图中只画出其中一部分)水平放置于匀强磁场中，当电流穿过导电液体时，这种液体即被驱动，而不断沿管子向前推进。整个系统是完全密封的，只有导电液体本身在其中流动，其余的部件都是固定不动的。问：(1)这种电磁泵的原理是怎样的?(2)导管内横截面积为a×h，磁场的宽度为L，磁感应强度为B，液体穿过磁场区域的电流强度为I，求驱动力造成的压强差为多少?