专题02 电磁学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考山东专用)
展开一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系,确定每一个专题的内容,在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型,明确题目考查的目的,恰当运用所学知识解决问题:情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目,使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点,把握命题的趋势和方向,确定本轮复习的热点与重点,使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练,举一反三、触类旁通,注重解题技巧的提炼,充分提高学生的应试能力。
专题02 电磁学版块大题综合
一、解答题
1.(2023·山东济宁·济宁市育才中学校考模拟预测)东方超环(EAST),俗称“人造小太阳”,是中国科学院自主研制的磁约束核聚变实验装置。该装置需要将加速到较高速度的离子束变成中性粒子束,没有被中性化的高速带电离子需要利用“偏转系统”将带电离子从粒子束剥离出来。“偏转系统”的原理简图如图所示,混合粒子中的中性粒子继续沿原方向运动,被接收器接收;而带电离子一部分打到下极板,剩下的进入磁场发生偏转被吞噬板吞噬。已知离子带正电、电荷量为,质量为,两极板间电压为,间距为,极板长度为,离子和中性粒子的重力可忽略不计,不考虑混合粒子间的相互作用。
(1)在极板间施加了一垂直于纸面向里的匀强磁场,使速度为的离子直线通过两极板,求其磁感应强度的大小;
(2)直线通过极板的离子以进入垂直于纸面向外的矩形匀强磁场区域,最后均被吞噬板吞噬。其磁感应强度,求该磁场区域的宽度应满足的条件;
(3)撤去极板间磁场,且边界足够大。若粒子束由两极板中央平行于极板射入,且离子的速度范围,其磁感应强度,有部分带电离子会通过两极板进入偏转磁场,最终被吞噬板吞噬,求离子打到吞噬板的长度。
2.(2023·山东济南·统考一模)如图甲所示,在三维坐标系中,的空间内,存在沿轴正方向的匀强电场,的空间内存在沿轴正方向的匀强磁场,荧光屏垂直轴放置,其中心位于轴上并且荧光屏可以沿轴水平移动。从粒子源不断飘出电荷量为、质量为的带正电粒子,加速后以初速度沿轴正方向经过点,经电场进磁场后打在荧光屏上。已知粒子刚进入磁场时速度方向与轴正方向的夹角,忽略粒子间的相互作用,不计粒子重力。
(1)求匀强电场电场强度的大小;
(2)当粒子打到荧光屏后,沿轴缓慢移动荧光屏,沿轴正方向看去,观察到荧光屏上出现如图乙所示的荧光轨迹(箭头方向为荧光移动方向),轨迹最高点的轴坐标值为,求匀强磁场磁感应强度的大小以及荧光屏中心C初始位置可能的轴坐标;
(3)若将荧光屏中心C固定于轴上处,在的空间内附加一沿轴负方向的匀强磁场,磁感应强度大小,求附加匀强磁场后进入磁场的粒子打在荧光屏上的位置坐标。
3.(2023·山东泰安·统考一模)如图所示,在xz平面的第二象限内有沿x轴负方向的匀强电场,电场强度的大小,空间某区域存在轴线平行于z轴的圆柱形磁场区域,磁场方向沿z轴正方向。一比荷为的带正电粒子从x轴上的P点以速度射入电场,方向与x轴的夹角。该粒子经电场偏转后,由z轴上的Q点以垂直于z轴的方向立即进入磁场区域,经磁场偏转射出后,通过坐标为(0,0.15m,0.2m)的M点(图中未画出),且速度方向与x轴负方向的夹角,其中,不计粒子重力。求:
(1)粒子速度的大小;
(2)圆柱形磁场区域的最小横截面积Smin(结果保留两位有效数字);
(3)粒子从P点运动到M点经历的时间t(结果保留三位有效数字)。
4.(2023·山东·校联考模拟预测)如图所示,真空中有一坐标系,在x≤0的空间存在沿x轴正方向的匀强电场(图中未画出),在x≥0的空间存在磁感应强度大小为、方向沿z轴负方向的匀强磁场(图中未画出),在、的空间存在沿z轴正方向的勾强电场(图中未画出),两处电场的电场强度大小相等。一质量为m、电荷量为q()的带电微粒从处由静止开始运动,其y坐标第一次为零时恰好经过原点O。重力加速度大小为g。求;
(1)匀强电场的电场强度大小;
(2)在y≤0空间中运动时,微粒的最大动能;
(3)微粒从离开P到其y坐标第二次为零经历的时间;
(4)在x≥0空间,微粒的y坐标第二次正的最大值时的位置坐标。
5.(2023·山东聊城·校联考模拟预测)如图所示,空间坐标系O—xyz内有一由正方体ABCO—A′B′C′O′和半圆柱体BPC—B′P′C′拼接而成的空间区域,立方体区域内存在沿z轴负方向的匀强电场,半圆柱体区域内存在沿z轴负方向的匀强磁场。M、M′分别为AO、A′O′的中点,N、N′分别为BC、B′C′的中点,P、P′分别为半圆弧BPC、B′P′C′的中点,Q为MN的中点。质量为m、电荷量为q的正粒子在竖直平面MNN′M′内由M点斜向上射入匀强电场,入射的初速度大小为v0,方向与x轴正方向夹角为θ = 53°。一段时间后,粒子垂直于竖直平面BCC′B′射入匀强磁场。已知正方体的棱长和半圆柱体的直径均为L,匀强磁场的磁感应强度大小为,不计粒子重力,sin53° = 0.8,cs53° = 0.6。
(1)求匀强电场的电场强度E的大小;
(2)求粒子自射入电场到离开磁场时的运动时间t;
(3)若粒子以相同的初速度自Q点射入匀强电场,求粒子离开匀强磁场时的位置坐标。
6.(2023·山东济宁·统考二模)2022年4月16日上午,神舟十三号飞船顺利返回地球。为了能更安全着陆,设计师在返回舱的底盘安装了4台相同的电磁缓冲装置。如图所示,为其中一台电磁缓冲装置的结构简图,MN、PQ为绝缘光滑缓冲轨道,竖直固定在返回舱底部,导轨内侧存在稳定匀强磁场,方向垂直于整个缓冲轨道平面。单匝闭合矩形线圈abcd绕在缓冲滑块上,缓冲滑块由高强度绝缘材料制成,缓冲滑块接触地面前瞬间速度大小为v0,接触地面后滑块立即停止运动,此后线圈与磁场相互作用,返回舱开始做减速直线运动,经时间t,返回舱以速度v(未知)做匀速直线运动。已知线圈的电阻为R,ab边长为L,返回舱质量(含缓冲轨道、磁场发生器)为m,磁感应强度大小为B,重力加速度为g,不计空气阻力。求:
(1)v的大小;
(2)在返回舱减速运动过程中,通过每台电磁缓冲装置线圈的电荷量q。(结果保留v)
7.(2023·山东泰安·统考二模)如图所示,在空间直角坐标系中,平面左侧存在沿z轴正方向的匀强磁场,右侧存在沿y轴正方向的匀强磁场,左、右两侧磁场的磁感应强度大小相等;平面右侧还有沿y轴负方向的匀强电场。现从空间中坐标为的M点发射一质量为m,电荷量为的粒子,粒子的初速度大小为、方向沿平面,与x轴正方向的夹角为;经一段时间后粒子恰好垂直于y轴进入平面右侧。其中电场强度和磁感应强度大小未知,其关系满足,不计粒子的重力。求:
(1)在平面左侧匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径;
(2)粒子第2次经过平面时的速度大小;
(3)粒子第2次经过平面时的位置坐标;
(4)粒子第2、第3两次经过y0z平面的位置间的距离。
8.(2023·山东青岛·统考二模)某科研小组在如图坐标系中研究质量为m、电荷量为q的带正电小球在复合场中的运动情况,重力加速度为g,请解答以下问题:
(1)如图甲,若沿x轴正向加匀强电场,沿y轴正向加匀强磁场。小球以某速度在xOz平面内做匀速直线运动;某时刻撤去电场和磁场,小球在此后运动过程中的最小动能为其初始动能的,求所加匀强电场的电场强度大小;
(2)如图乙,若在坐标原点O固定一正点电荷,沿z轴加匀强磁场,小球恰好能以z轴上(0,0,a)点为圆心做匀速圆周运动其轨迹平面与平面平行,角速度为ω,运动方向如图中箭头所示求磁感应强度大小并说明其方向;
(3)如图丙,若沿z轴正向加电场强度大小的匀强电场,沿y轴负向加磁感应强度大小的匀强磁场,沿y轴正向还存在电场强度的匀强电场。现让小球在yz平面内从z轴(0,0,R)点以初速度2v0与z轴正向成角射入,设C点(图丙中未画出)为小球运动过程中z坐标最大的点,求的可能距离。
9.(2023·山东聊城·校联考模拟预测)如图所示,间距L=1m的粗糙倾斜金属轨道与水平面间的夹角,在其顶端与阻值为2R的定值电阻相连,间距相同的光滑金属轨道固定在水平面上,两轨道都足够长且在处平滑连接,至间是绝缘带,保证倾斜轨道与水平轨道间电流不导通。倾斜轨道处有垂直轨道向上、磁感应强度大小为的匀强磁场,水平轨道处有竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。两根导体棒1、2的质量均为m=0.1kg,两棒接入电路部分的电阻均为R。初始时刻,导体棒1放置在倾斜轨道上,且距离足够远,导体棒2静置于水平轨道上。已知倾斜轨道与导体棒1间的动摩擦因数,R=1Ω。现将导体棒1由静止释放,运动过程中未与导体棒2发生碰撞。,,重力加速度g取,两棒与轨道始终垂直且接触良好,导轨电阻不计,不计金属棒1经过时的机械能损失。求:
(1)导体棒1滑至瞬间,导体棒2的加速度大小;
(2)整个运动过程中通过导体棒2的电荷量。
10.(2023·山东聊城·校联考三模)如图所示,均可视为质点的两个小球A和B,静置于足够大的光滑绝缘水平面上,小球A带正电,电荷量为q,小球B不带电.现在水平面附近空间加水平向右的匀强电场(图中未画出),电场强度大小为E,然后A球与B球发生多次碰撞,每次碰撞过程时间极短且不计能量损失,碰撞过程中无电荷转移.已知小球A、B的质量分别为和m,开始时两小球相距为.
(1)求A与B第一次碰前的瞬间A球的速率;
(2)若,求从A开始运动到两球第2次相碰时B球的运动位移大小;
(3)若,求第n次碰撞到第次碰撞经历的时间;
(4)若,求从开始到第n次碰撞时A球电势能的改变量。
11.(2023·山东烟台·统考二模)如图所示,在xOy平面内的第一象限内存在一有界匀强磁场(未画出),磁感应强度大小为B、方向垂直于xOy平面向外,在第四象限内充满范围足够大、方向沿y轴负方向的匀强电场。一束质量为m、电量为+q的粒子以不同的速率从O点沿xOy竖直平面内的OP方向发射,沿直线飞行到P点时进入有界匀强磁场区域,O、P两点间的距离为L,OP连线与x轴正方向的夹角。所有粒子在离开磁场后最终都能从x轴上射出,且射出方向与x轴负方向的夹角均为,若速度最大的粒子从x轴上Q点以速度v(未知)射出,且射出之前都在磁场内运动,匀强电场的电场强度,粒子的重力忽略不计,求:
(1)粒子在匀强磁场中运动的时间;
(2)v的大小;
(3)有界匀强磁场区域的最小面积;
(4)速度为v的粒子经过y轴负半轴上的点与原点O的距离。
12.(2023·山东·模拟预测)如图,光滑绝缘水平面内有边长、电阻、质量的正方形线框,开始线框静止在水平面上,线框右侧距线框ab边处有宽、方向竖直向下的匀强磁场区域。现对线框施加大小为、方向水平向右的恒定拉力,在线框边到达磁场左边界时撤去拉力,当线框完全进入磁场后再对其施加大小为、方向水平向右的拉力。已知线框边到达磁场右边界时的速度,线框进入磁场的过程中,线框速度与线框边到磁场左边界距离之间满足关系式(为线框ab边刚到达磁场左边界时的速度,常量c未知),重力加速度g取。
(1)求线框进入磁场过程中产生的焦耳热Q。
(2)求磁场磁感应强度B的大小。
(3)若线框ab边到达磁场右边界瞬间,立即改变拉力的大小,使线框能以的加速度匀减速离开磁场,取ab边到达磁场右边界时为时刻,求线框离开磁场的过程中,拉力与线框运动时间t的关系式。
13.(2023·山东潍坊·统考三模)如图所示,两根足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上,两导轨间距为,导轨左侧有两个开关、,与一个阻值为的定值电阻串联,与一个电容为的电容器串联。导体棒垂直于导轨放置,其长度为、质量为、电阻也为。整个装置处于方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场中。一质量为的重物通过轻质定滑轮用绝缘轻绳与导体棒的中点连接,开始时轻绳张紧。现将闭合,断开,使重物由静止释放,经时间金属棒达到最大速度。已知导轨足够长,不计导轨电阻,导体棒始终垂直导轨且与导轨接触良好,重物始终未落地,重力加速度为,不计一切摩擦。求:
(1)导体棒的最大速度;
(2)导体棒从开始运动到刚达到最大速度时,运动的距离;
(3)从导体棒开始运动到刚达到最大速度时,电阻中产生的热量;
(4)导体棒达到最大速度后,将断开、闭合,同时撤去重物,电容器所带的最大电荷量。
14.(2023·山东潍坊·统考模拟预测)如图所示为一种粒子约束装置,横截面abcd是边长为L的正方形,将装置分成左右两部分。左侧是宽度为的匀强电场区域,电场方向竖直向下;右侧是长为x(x未知)的长方体匀强磁场区域,磁场方向水平向右,长方体右侧面efgh内有一个光屏。粒子源射出一个电荷量为、质量为m的粒子,以速度从pq中点水平射入匀强电场区域,恰好从图中abcd面的中心O点进入长方体区域,粒子在右侧磁场内运动过程中,到达光屏之前恰好未离开长方体区域,粒子重力不计。
(1)求粒子到达O点时的速度大小v和左侧区域中的电场强度大小E;
(2)若粒子打在光屏上Q点时的速度恰好和经过O点时的速度相同,求磁感应强度大小B和OQ两点间距离x;
(3)若将光屏移至和点距离,求粒子打到光屏上的位置到O点的距离l。
15.(2023·山东·统考二模)如图所示,足够大的光滑绝缘水平面上在,虚线范围内存在水平向右的匀强电场,电场强度大小为E,有A、B两个小球(均可视为质点),小球A质量为m电荷量为+q,小球B不带电。现将小球A从处无初速释放,小球B位于处,A与B发生碰撞碰撞时间极短,且只撞一次,碰撞过程中A的电荷量不变,经过一段时间两小球保持的距离不变。求:
(1)小球A与小球B碰前小球A的速度;
(2)小球B的质量;
(3)若将虚线区域内的电场换为垂直平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,小球A从O点以不同的速度发射,速度方向均在xy平面内,与y轴正方向的夹角分布在0到90°范围内。已知小球A在磁场中做圆周运动的半径介于到d之间,A在磁场中运动的最长时间为在磁场中做圆周运动周期的四分之一,求当A在磁场中运动时间最长时,从O点射出时的速度大小。
16.(2023·山东泰安·统考模拟预测)如图所示,Oxyz为空间直角坐标系,在x<0的空间I内存在沿z轴正方向的匀强磁场B1。在0
(1)空间I内磁场的磁感应强度大小B1和空间II内电场的电场强度大小E;
(2)粒子运动过程中,距离x轴的最大距离;
(3)粒子进入空间III后,每次经过x轴时的横坐标。
17.(2023·山东·校联考模拟预测)离子推进器又称离子发动机,广泛用于空间推进。中国空间站天和核心舱用来调整姿态、维持轨道的霍尔推进器就是离子推进器的一种。如图所示,某种离子推进器模型由离子源、间距为d的中间有小孔的两平行金属板M、N和左右侧面间距为2L的长方体构成,长方体的上下面、前后面间距足够大,其右侧面P为喷口。以金属板N上的小孔O为坐标原点,垂直立方体侧面和金属板建立x、y和z坐标轴。M、N板之间存在大小为E、方向沿z轴正方向的匀强电场;长方体Ⅰ区域宽度为L,存在沿x轴正方向匀强电场(大小未知);Ⅱ区域存在匀强磁场B沿x轴正方向,大小可调。质子束从离子源小孔S飘出(可认为初速度为0),经M、N板间电场加速后进入匀强电场和磁场区域,最后从右侧面P射出。已知质子的质量为m、电荷量为e,忽略离子间的相互作用。测得质子到达Ⅰ、Ⅱ区域分界面时的速度方向与x轴正方向成角度。
(1)求Ⅰ区域匀强电场的大小;
(2)调节Ⅱ区域匀强磁场B的数值,使得质子均能从右侧面P射出,求B的取值范围;
(3)若,求质子离开右侧面P时的位置坐标;
(4)离子源释放的离子变成粒子,其质量为4m,电荷量为2e,保持第(3)问的匀强磁场不变,同时在Ⅱ区域空间加上另一个匀强电场,大小为,方向在xOy平面内且与x轴正方向、y轴负方向都成斜向下,判断粒子进入Ⅱ区域时的位置坐标,并说明粒子在Ⅱ区域中的运动性质,画出运动轨迹示意图。(标明轨迹所在的平面)
18.(2023·山东东营·东营市第一中学校考二模)某离子诊断测量装置的简化结构如图所示。在第一象限中存在一沿y轴正方向,电场强度的匀强电场。在第二、三象限存在垂直xOy平面向外磁感应强度的匀强磁场。有一块长度为a的探测板CD,仅可在第四象限范围内移动,且始终接地。在第一象限的抛物线上有一簇粒子源,沿x轴负方向发射大量负离子,离子的质量为m、电荷量为-q()。速度大小均为,单位时间发射的离子数为N,这些离子沿y轴均匀分布。稳定工作后,若探测板CD在某处平行于y轴固定,则从O点出射的离子恰能击中探测板的C点,从A点(a,2a)出射的离子恰能击中探测板的D点。不计离子的重力及相互作用,不考虑离子间的碰撞。
(1)求探测板上C点的纵坐标;
(2)求探测板的横坐标;
(3)求离子第二次经过y轴时的纵坐标y与其出发点的横坐标x的关系;
(4)若探测板沿x轴平移,求单位时间内,板上接收到的离子数n与板的横坐标x之间关系式。
19.(2023·山东聊城·统考二模)如图甲所示,磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场存在于底面半径为R的圆柱形空间内,O1和O2是圆柱形空间上、下两个圆面的圆心,其后侧与O1等高处有一个长度为的水平线状粒子发射源MN,图乙是俯视图,P为MN的中点,O1P连线与MN垂直。线状粒子源能沿平行PO1方向发射某种质量均为m、电荷量均为q的带正电粒子束,带电粒子的速度大小均相等。在O1O2右侧2R处竖直放置一个足够大的矩形荧光屏,荧光屏的AB边与线状粒子源MN垂直,且处在同一高度,过O1作AB边的垂线,交点恰好为AB的中点O,荧光屏的左侧存在竖直向下的匀强电场,宽度为R,电场强度大小为E,已知从MN射出的粒子经磁场偏转后都从F点(圆柱形空间与电场边界相切处)射入电场,不计粒子重力和粒子间的相互作用。
(1)求带电粒子的初速度大小;
(2)以AB边的中点O为坐标原点,沿AB边向里为x轴,垂直AB边向下为y轴建立坐标系,求从M点射出的粒子打在荧光屏上的位置坐标;
(3)求磁场区域的最小横截面积。
20.(2023·山东·济南一中统考二模)如图所示,P、Q、M、N为四个互相平行的竖直分界面,间距均为d,P、Q之间充满竖直向上的匀强磁场,M、N之间充满竖直向下的匀强磁场,磁感应强度的大小均为B。在分界面P的左侧有一边长为的正方形线框,线框水平放置,边平行于分界面P,与界面P的距离也为d。线框以水平初速度飞出,当边刚好到达分界面Q时,线框的速度大小仍为。已知线框由同种规格导线制成,总质量为m,总电阻为R,重力加速度为g。求
(1)边刚好进入分界面P时,a、b两点间的电势差大小以及线框加速度的大小;
(2)边刚好到达分界面Q时,线框产生的焦耳热以及下落的距离;
(3)要想线框最终能竖直下落,求磁感应强度的最小值。
21.(2023·山东菏泽·统考二模)如图所示,在xOy平面内半径为R(未知)的圆形区域内有垂直于平面向外的匀强磁场,圆形区域的边界与y轴在坐标原点O相切,区域内磁场的磁感应强度大小为。空间中z轴正方向垂直于xOy平面向外,x轴上过D点放置一足够大且垂直于x轴的粒子收集板PQ,PQ与yOz平面间有一沿x轴正方向的匀强电场,电场强度大小为E。x轴上过C点垂直于x轴的平面MN与PQ间存在沿x轴负方向的匀强磁场,磁感应强度大小为。在xOy平面内的区域内,有大量质量为m、电荷量为q的带正电粒子沿y轴正方向以速度射入圆形区域,经过磁场偏转后所有粒子均恰好经过O点,然后进入y轴右侧区域。已知电场强度大小,磁感应强度大小,不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用。求:
(1)带电粒子在圆形区域内做圆周运动的轨道半径;
(2)带电粒子到达MN平面上的所有位置中,离x轴最远的位置坐标;
(3)经过MN平面时离x轴最远的带电粒子到达收集板PQ时的位置坐标。
22.(2023·山东济宁·统考二模)如图所示,O-xyz坐标系的y轴竖直向上,在yOz平面左侧-2L
(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小;
(3)带电粒子打到荧光屏的位置坐标。
23.(2023·山东济南·山东省实验中学校考一模)如图所示,在长方体Ⅰ区域内,有垂直平面的匀强电场,电场强度为E,已知长为L,长为2L。Ⅱ区为电加速区,由间距为d的正中间有小孔S、O的两个正方形平行金属板M、N构成,金属板边长为,Ⅲ、Ⅳ区为长方体形状的磁偏转区,水平间距分别为d、4d,其竖直截面与金属板形状相同。Ⅳ区左右截面的中心分别为、,以为坐标原点,垂直长方体侧面和金属板建立x、y和z坐标轴。m、n间匀强电场大小为E,方向沿方向;Ⅲ、Ⅳ区的匀强磁场大小相等、方向分别沿、方向。现有一电荷量为、质量为m的粒子以某一初速度从c点沿平面进入电场区域,经点垂直平面由小孔S沿方向进入Ⅱ区,经过一段时间后恰好能返回到小孔S,不考虑粒子的重力。求:
(1)粒子经过点的速度大小;
(2)粒子经过小孔O时的速度大小v;
(3)粒子在磁场中相邻两次经过小孔O时运动的时间及磁感应强度B的大小;
(4)若在Ⅲ区中方向增加一个附加匀强磁场,可使粒子经过小孔O后恰好不能进入到Ⅳ区,并直接从Ⅲ区前表面(方向一侧)的P点飞出,求P点坐标。
24.(2023·山东聊城·校联考三模)如图所示为圆柱形的粒子可控装置简化示意图.圆柱体底面直径和高度均为,在圆柱体底面中心O处放置一粒子发射源,可向圆柱体内各个方向连续不断发射速率不等的同种粒子,已知粒子的质量为m,电荷量为,粒子初速度大小范围为,不计粒子的重力及粒子间的相互作用;
(1)若仅在圆柱体内施加沿圆柱体轴线方向的匀强磁场,为使粒子不能从圆柱体侧面飞出,则磁感应强度至少为多大?
(2)若仅在圆柱体内施加沿圆柱体轴线方向向上的匀强电场,为使粒子不能从圆柱体侧面飞出,则电场场强至少为多大?
(3)若沿圆柱体轴线方向的匀强磁场(磁感应强度)只存在于圆柱体内,沿圆柱体轴线向上方向的匀强电场(电场场强大小存在整个空间内.某一粒子S以初速度从O点沿底面内射出,当智能系统监测到该粒子穿过圆柱体侧面时,立即启动智能开关,从圆柱体上底面中心M处沿上底面以一定的初速度发射一中性粒子P(不计重力),粒子S、P恰好能在空间某处相遇.求粒子P的发射初速度大小.
25.(2023·山东临沂·统考二模)如图所示,在x轴上方有垂直纸面向里的匀强磁场。在x轴下方有沿y轴正方向的匀强电场。一个质量为m、电荷量为+q、初速度v的带电粒子从a(0,d)点处沿y轴正方向开始运动,一段时间后,粒子速度方向与x轴正方向成45°角进入电场,经过y轴上b点时速度方向恰好与y轴垂直,带电粒子重力不计。求:
(1)匀强磁场的磁感应强度大小;
(2)匀强电场的电场强度大小;
(3)粒子从a点开始到达x轴的时间。
26.(2023·山东滨州·统考二模)如图,圆柱形区域与平面相切于y轴,该区域内存在平行y轴的匀强磁场.在和位置,紧靠y轴放置两平行金属板,金属板与平面平行,沿z轴方向长为L,沿x轴方向宽度足够大,两板间加恒定电压.在金属板右侧垂直z轴固定一足够大的荧光屏,荧光屏与金属板右端距离为,荧光屏与z轴交点记为.平面内有一与z轴平行且宽度等于磁场区域直径的线状粒子源,粒子源各位置处均匀向外无初速度释放带电粒子,已知单位时间内粒子源释放的总粒子数为N.粒子源释放的粒子经加速电压加速后,全部射向磁场区域,通过磁场后均过O点离开磁场,进入偏转电场后,粒子向y轴正方向偏转,最终部分粒子打在荧光屏上.已知粒子进入磁场前的加速电压与离开磁场后的偏转电压大小相等,不计粒子重力.求:
(1)如图所示,沿与z轴正方向夹角离开磁场的粒子,最终打在荧光屏上的x轴坐标值;
(2)荧光屏上显示的粒子落点形成的图线的方程;
(3)单位时间打在荧光屏上的粒子数.
27.(2023·山东·模拟预测)现有一对半圆柱体回旋加速器置于真空中,如图所示,其半径为R,高度为H,两金属盒半圆柱体间狭缝宽度为d,有垂直于盒面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场和垂直于盒面向下、电场强度大小为E的匀强电场,磁场仅存在于两盒内,而电场存在于整个装置,两盒间接有电压为U的交流电。加速器上表面圆心A处有一粒子发射器,现有一电荷量为、质量为m的粒子从A点飘入狭缝中,初速度可以视为零。不考虑相对论效应和重力作用,若粒子能从加速器下表面边缘离开,求:
(1)若U未知,粒子从A点到离开加速器下表面边缘所用时间t及动能;
(2)粒子在狹缝中被加速的次数n;
(3)若H未知,粒子在狭缝中被加速的时间与在磁场中运动的时间的比值。
28.(2023·山东·校联考模拟预测)某型号质谱仪的工作原理如图所示。M、N为竖直放置的两金属板,两板间有电场强度大小为E的水平向右的匀强电场,两板间距为d,Q板为记录板,分界面P将N、Q间区域分为宽度均为d的Ⅰ、Ⅱ两部分,M、N、P、Q所在平面相互平行,a、b为M、N上两正对的小孔。以a、b所在直线为z轴,向右为正方向,取z轴与Q板的交点O为坐标原点,以平行于Q板水平向里为x轴正方向,竖直向上为y轴正方向,建立空间直角坐标系Oxyz。区域Ⅰ、Ⅱ内分别充满沿x轴正方向大小可调节的匀强电场和匀强磁场。一质量为m,电荷量为+q的粒子,从a孔飘入电场(初速度视为零),经b孔进入区域Ⅰ,经区域Ⅰ、Ⅱ后最终打到记录板Q上。不计粒子重力。
(1)求粒子穿过b孔时的速度大小;
(2)若只在区域Ⅰ存在电场强度大小为E的电场,求粒子打到记录板上位置的x坐标;
(3)若只在区域Ⅱ存在磁感应强度大小为的磁场,求粒子打到记录板上位置的y坐标;
(4)若在区域Ⅰ存在电场、区域Ⅰ存在磁场,电场强度大小、磁感应强度大小分别为E和求粒子打到记录板上位置的坐标。
29.(2023·山东济南·统考三模)如图所示为内径为R的中空圆柱形管,OO′为管的中轴线,管内分布着沿中轴线OO′方向的匀强电场,电场强度大小为E。带电粒子与管内壁发生碰撞时会被反弹(碰撞时间极短),反弹前后沿管壁切向分速度不变,垂直管壁方向分速度大小不变、方向相反。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子以垂直于中轴线OO′方向的速度v0从O点射出,不计粒子的重力,求:
(1)带电粒子从O点出发与管壁发生碰撞后第一次经过中轴线OO′(带电粒子仍在圆柱形管内)时的速度大小;
(2)若带电粒子恰好能从O′点离开圆柱形管,求圆柱形管管长的可能值;
(3)若粒子第一次经过中轴线OO′时撤去电场,并立即换成与电场方向相同的匀强磁场,磁感应强度大小为,求带电粒子第二次经过中轴线时(带电粒子仍在圆柱形管内)的位置与O点之间的距离;
(4)若粒子第一次经过中轴线OO′时撤去电场,并立即换成与电场方向相同的匀强磁场,粒子与管壁发生n次(3≤n≤6)碰撞后恰好从O′点射出圆柱形管,射出圆柱形管时带电粒子的速度与刚撤去电场时速度的大小和方向均相同,求磁感应强度的可能值以及对应的管长值。(结果中要求含有n)
30.(2023·山东威海·统考二模)如图甲所示,平面直角坐标系xOy中,第一象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第三、四象限存在垂直纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电量为q的带电粒子,从y轴上的沿x轴正方向射入第一象限,到达时速度大小为v,又经x轴上的M点射入磁场,最后从x轴上的N点离开磁场,M、N关于O点对称。求:
(1)M点的坐标;
(2)粒子到达M点时的速度;
(3)磁感应强度B的大小;
(4)撤掉甲图中的电场和磁场,在一、二象限加上图乙所示的磁场,磁场关于y轴对称,一簇粒子从N点以不同方向射入,速度方向与x轴正方向的夹角0<θ<90°,所有粒子穿越磁场后都汇聚于M,已知所有粒子在磁场中做圆周运动的半径均为r,求磁场边界的函数方程。
31.(2023·山东济南·山东师范大学附中校考模拟预测)如图甲所示,两平行板P、Q足够大,间距为。板间有可独立控制的变化的电场和磁场。取垂直于纸面向里为正方向,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示,电场强度E随时间的变化规律如图丙所示。时刻,一质量为、带电量为的粒子(不计重力),以初速度由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区。当、、取某些特定值时,可使时刻入射的粒子经垂直打在P板上(不考虑粒子反弹)。上述、、、、为已知量。
(1)若只加磁场,当时,求满足的条件;
(2)若同时加电场、磁场,当时,求满足的条件和粒子的位移;
(3)若同时加电场、磁场,当,求。
32.(2023·山东·模拟预测)如图甲所示,空间直角坐标系中,界面均与xOy平面平行,界面将空间分为区域Ⅰ、区域Ⅱ两部分,界面M与xOy平面和界面N间的距离均为轴与界面M相交于与界面N相交于。区域Ⅰ中在y>0的范围内存在着沿y轴负方向的匀强电场,在的范围内存在着沿y轴正方向的匀强电场,两个电场强度大小相等;区域Ⅱ中,在的区域里有垂直xOz平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,如图乙所示,B随时间t的变化规律如图丙所示(和均未知),规定磁场方向沿y轴负方向为正。有一质量为m、电荷量为的粒子,初速度为零,经加速器加速后获得大小为的速度,然后从y轴上的点沿z轴正方向进入区域Ⅰ,之后经过z轴后从Q点垂直穿过界面M进入区域Ⅱ。不考虑粒子的重力,求:
(1)加速器的加速电压;
(2)区域Ⅰ中匀强电场的场强大小;
(3)若粒子从时刻射入区域Ⅱ,在的某时刻从平面的点(以Q点为坐标原点)射出磁场,求的大小;
(4)若粒子的比荷为,粒子在的任一时刻射入区域Ⅱ时,粒子离开磁场时的位置都不在轴上,求的取值范围。
33.(2023·山东德州·德州市第一中学统考三模)如图甲所示,空间中正四棱柱区域的侧面与电容器的下极板Q处于同一水平面,极板Q的中线与在同一直线上。电容器两极板间的距离为d,两极板的长度均为L,正四棱柱底边长也为d、截面将正四棱柱分为左、右两部分,左侧部分为正方体,其中(包括正方体边界)存在磁感应强度竖直向上、大小为的匀强磁场;右侧部分存在磁感应强度水平向右、大小为的匀强磁场。在电容器左侧有一离子源,离子源持续射出带电量为、质量为m的离子,所有离子射出后均从Q板左侧中点正上方距离Q板处射入两板间,入射速度均为,方向与Q板的中线平行,电容器两极板间的电势差随时间的变化规律如图乙所示(U未知),不同时刻射入的离子刚好都能从电容器右侧射出。不计离子的重力及离子间相互作用。
(1)求图乙中U的大小。
(2)以截面的中心为坐标原点在该截面上建立直角坐标系(如图甲中所示),x轴水平;y轴竖直,求时刻射入电容器的离子通过截面时的坐标。
(3)要使所有离子都不能从正四棱柱的面射出,求正四棱柱侧棱的最小长度。
34.(2023·山东济宁·统考三模)如图甲所示,区域I有宽度为d,方向竖直向上,电场强度大小为E0的匀强电场,区域Ⅱ有平行于x轴的交变电场(对其它区域不产生影响),交变电场的电场强度大小也为E0,方向随时间变化规律如图乙所示(向右为正方向),区域Ⅲ和区域Ⅳ有方向均垂直纸面向里的匀强磁场,且区域Ⅳ磁场的磁感应强度大小为区域Ⅲ磁场的磁感应强度大小的2倍。y轴上固定着一块以O′为中点的水平绝缘弹性挡板,挡板厚度可忽略,长度很短。时,在O点由静止释放一质量为m、电荷量为+q的粒子(不计重力),粒子经电场加速后进入区域Ⅱ,再经电场偏转后,进入区域Ⅲ,进入区域Ⅲ时粒子速度与水平方向成45°角,接着恰好以O′为圆心做圆周运动,进入区域Ⅳ后在O′点与挡板发生弹性碰撞,且碰撞后电量不变,在(大小未知)时刻又恰好回到O点,之后继续做周期性运动。求:
(1)粒子进入区域Ⅱ时速度v0的大小;
(2)区域Ⅲ中磁感应强度B的大小;
(3)区域Ⅳ的上边界与x轴间的最小距离s;
(4)交变电场随时间变化的周期T。,
35.(2023·山东·模拟预测)如图甲所示,在绝缘水平桌面上固定有间距为的光滑平行金属导轨,虚线MN左侧、PQ右侧(不包含边界)存在相同的匀强磁场,磁场方向竖直向下,磁感应强度,两个阻值均为的电阻接在导轨的左右两端。导轨上放置两个完全相同的导体棒ab与cd,导体棒的质量,长度,电阻,ab位于MN左侧,cd放在磁场边界PQ上,对ab施加向右的恒力后,ab的速度-时间图像如图乙所示(段为直线,其余段为曲线),时刻撤去外力F,时刻ab静止,已知时刻的速度大小为,过程图像围成的面积为2m。两个导体棒之间的碰撞为完全非弹性碰撞,导体棒与导轨始终接触良好,不计导轨电阻,求:
(1)两磁场边界MN、PQ之间的距离L;
(2)若时刻之后系统受到向左的变力作用,且,国际单位制下比例系数k大小为,已知施加后的内,导体棒运动位移为,此过程中导轨左侧接入的电阻R产生的焦耳热为,求施加后的内做的功。
36.(2023·山东·模拟预测)如图所示,在平面直角坐标系xOy内,x轴上方有垂直于坐标平面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,x轴下方有沿y轴正方向的匀强电场。x轴上与O点距离为d的P处有一粒子源,在坐标平面内先后向磁场中与x轴正方向夹角为范围内发射带正电的粒子,所有粒子第一次经磁场偏转后均可同时从O点进入电场。其中第一次到达O点所用时间最长的粒子又从x轴上P点第二次返回磁场。已知粒子的质量为m、电荷量为,不计粒子重力及粒子间相互作用。求:
(1)试分析判断由P处最先和最晚发射的粒子与x轴正方向的夹角分别为多少;
(2)由P处最先发射的粒子与最后发射的粒子,发射的时间差;
(3)匀强电场的电场强度大小;
(4)由P处发射的速度最小的粒子,从发射到第二次经过O点的时间。
37.(2023·山东聊城·统考三模)如图(a),空间直角坐标系中,有一长方体区域,四边形是边长为L的正方形,长度为,其顶点分别是a、b、c、d、O、、、,其中、、在坐标轴上,区域内(含边界)分布着电场或磁场。时刻,一质量为、电荷量为的带正电粒子,以初速度从a点沿方向射入区域,不计粒子重力。
(1)若区域内仅分布着沿y轴负方向的匀强电场,则粒子恰能从点离开区域,求电场强度的大小;
(2)若区域内仅分布着方向垂直于平面的匀强磁场,则粒子能从连线上距d点的点离开区域,求磁感应强度的大小;
(3)若区域内仅交替分布着方向沿x轴负方向的磁场和沿y轴正方向的磁场,且磁感应强度和的大小随时间周期性变化的关系如图(b)所示,则要使粒子从平面离开,且离开时速度方向与平面的夹角为60°,感应强度大小的可能取值。
38.(2023·山东·模拟预测)如图所示,间距为且足够长的光滑平行金属导轨与,由倾斜与水平两部分平滑连接组成。倾角的倾斜导轨间区域Ⅰ有垂直导轨平面斜向上的匀强磁场,磁感应强度。水平导轨间区域Ⅱ有一个长度、竖直向上的匀强磁场,磁感应强度。质量、阻值的金属棒a从倾斜导轨某位置由静止开始释放,穿过前已做匀速直线运动,以大小不变的速度进入水平导轨,穿出水平磁场区域Ⅱ与另一根质量、阻值的静止金属棒b发生弹性碰撞,两金属棒始终与导轨垂直且接触良好,金属导轨电阻不计,求:
(1)金属棒a到达斜面底端时的速度的大小;
(2)金属棒a第一次穿过区域Ⅱ的过程中,金属棒a电路中产生的焦耳热Q;
(3)金属棒a最终停在距区域Ⅱ右边界距离x。
39.(2023·山东·模拟预测)如图所示,直角三角形导线框固定在匀强磁场中,是一段长为l、电阻为R的均匀导线,和的电阻可不计,长度为。磁场的磁感强度为B,方向垂直纸面向里。现有一段长度为、电阻为的均匀导体杆架在导线框上,开始时紧靠,然后沿方向以恒定速度v向b端滑动,滑动中始终与平行并与线框保持良好接触,当滑过的距离为时,导线中的电流是多大?方向如何?
40.(2023·山东日照·统考三模)如图所示,间距的平行金属导轨与水平面成角放置,导轨的下端接有阻值的电阻,上端通过小圆弧形绝缘材料与水平金属导轨平滑对接,其中轨道与间距为,轨道与间距为。在导轨的上端垂直于导轨锁定一质量的导体棒,棒及下方区域全部处于与导轨平面垂直、磁感应强度大小的匀强磁场中,右方存在竖直向上、磁感应强度大小的匀强磁场,在右侧锁定一质量的导体棒。质量的导体棒垂直于导轨,与棒相距,以的速度沿导轨向上运动,经过与棒碰撞(碰撞前瞬间解除棒的锁定),瞬间粘在一起,继续向上运动到达,此时解除棒锁定。当、运动到时,被锁定在左侧(此前速度已稳定)。棒再运行到处。三个导体棒始终与导轨接触良好,不计金属导轨的电阻,所有导体棒长度,电阻,单位长度的电阻都相等,不计任何摩擦,忽略连接处的能量损失。(重力加速度,,),求:
(1)棒运动到棒位置时的速度大小;
(2)棒与棒碰撞后瞬间,棒两端的电势差大小;
(3)整个运动过程中系统产生的焦耳热。
41.(2023·山东潍坊·统考二模)如图所示,三维坐标系中,在的区域Ⅰ、Ⅱ中,存在匀强磁场和沿y轴正方向的匀强电场,其中区域中磁场的磁感应强度大小为、方向沿x轴正方向,区域中磁场的磁感应强度大小为、方向沿y轴正方向;在的区域Ⅲ、Ⅳ中,存在沿y轴正方向的匀强磁场,磁感应强度大小为。区域Ⅰ中坐标为的A点有一粒子源,发出沿方向、质量为m、带电量为的粒子,粒子的初速度大小为,在区域Ⅰ中恰好沿直线运动并经过原点O,粒子的重力不计。.求:
(1)匀强电场的电场强度大小;
(2)粒子从发出到第3次经过x轴需要的时间;
(3)粒子第6次通过平面时的y轴坐标值。
42.(2023·山东日照·统考二模)如图所示是带电粒子流的控制装置。该装置内有三个半径均为R的圆形磁场区域,第一、二象限的磁场方向垂直纸面向里,第四象限的磁场方向垂直纸面向外,三个圆形磁场区域与x轴、y轴均相切,磁感应强度大小均为B0。第三象限内有方向垂直纸面向外、磁感应强度大小也为B0的匀强磁场。在x轴上x < -2R的位置有荧光屏,粒子源P(2R,-R)可以在纸面内沿与x轴负方向成-37°到37°夹角的范围内发射速率(m、q分别为粒子的质量和电荷量)的同种带正电粒子。忽略粒子的重力和粒子间的相互作用力,求:
(1)沿x轴负方向射出的粒子到达荧光屏上的位置坐标;
(2)粒子打到荧光屏上的x轴坐标范围;
(3)粒子从射出到打到荧光屏上的过程中,粒子的最长运动时间。
43.(2023·山东淄博·山东省淄博第一中学校联考二模)如图甲所示,某粒子从容器A正下方的小孔飘入与之间的加速电场中,其初速度可视为零,电场两极板之间的电压为U,经电场加速后通过小孔恰好沿圆弧通过静电分析器,为圆弧的圆心,、在同一水平线上,。从小孔离开后,由正方体右侧面中心位置处小孔(即图中坐标系原点)向左上方沿平面进入z轴水平的正方体空腔内。已知静电分析器内有均匀辐向分布的电场,粒子运动轨迹处电场强度大小恒定,圆弧半径和正方体边长均为L,粒子的质量为m,带电量为,重力不计。
(1)求粒子在圆弧运动轨迹处电场强度大小E;
(2)若在空腔内加平行于y轴且沿轴方向、电场强度大小为的匀强电场,求粒子从点进入空腔到打在空腔壁上的时间及打在空腔壁上的位置坐标;
(3)若空腔平行于y轴的边长变为足够大,其他方向边长不变,在空腔内加与y轴平行、磁感应强度随时间的周期性变化规律如图乙所示的磁场,其中,规定当磁场方向沿y轴正方向时磁感应强度为正,求粒子打在空腔壁上的位置坐标;
(4)若保持(3)问条件不变,平行于x轴的边长也变为足够大,平行于z轴的边长不变,在空腔内再加平行于y轴且沿轴方向、电场强度大小为的匀强电场,求粒子打在空腔壁上的速度大小。
44.(2023·山东·模拟预测)如图甲所示,三维坐标系中存在平行z轴方向周期性变化的磁场和沿y轴正方向竖直向下的匀强电场E。电场强度为,磁场随时间变化如图乙所示,其中,,规定z轴正向为磁场正方向。在时刻,一个质量为、电荷量为C的带负电液滴,从O点在xy平面内以速度,方向与x轴正向成45°角斜向下入射,已知重力加速度为。
(1)求液滴第一次从O点经过x轴到第4次经过x轴所需时间;
(2)在时刻撤去电场E和,同时在整个空间区域加上竖直向上(与y轴正方向平行)的匀强磁场,磁感强度T,求液滴继续运动过程中达到最大高度时的位置坐标。
45.(2023·山东青岛·统考三模)图甲是某粒子控制设备的核心装置,图乙是其正视图,装置的左侧为两个水平正对放置的长方形金属板abcd和a'b'c'd','是其水平中心轴线,金属板ab边长bc边足够长,金属板间距;让下金属板接地,上金属板的电势φ随时间t变化关系如图丙所示,周期时刻上金属板的电势高。平行金属板的右侧存在一个长度足够长的圆柱形磁场区域,圆柱形磁场区域的中心轴与金属板bc边平行,磁场方向沿cb方向向外,整个装置处于真空中。从时刻开始,一束负离子由aa'dd'面中心点处沿'方向连续射入两板间,已知每个离子的比荷,入射速度,恰好所有离子都进入磁场区域并最终全部集中于圆柱形磁场边缘同一点。离子间相互作用及重力不计,,。求;
(1)时刻射入的离子射出平行板时速度大小和射出平行板时竖直方向偏转距离
(2)圆柱形磁场的磁感应强度大小;
(3)若离子束只在这段时间内从点连续入射,速度大小为,方向水平且与'成37°向里,最终离子从磁场中出射时,求所有离子出射位置沿磁场中轴线方向分布的长度。
专题06 电学实验大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考广东专用): 这是一份专题06 电学实验大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考广东专用),文件包含专题06电学实验大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考广东专用原卷版docx、专题06电学实验大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考广东专用解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共83页, 欢迎下载使用。
专题05 力学实验大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考广东专用): 这是一份专题05 力学实验大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考广东专用),文件包含专题05力学实验大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考广东专用原卷版docx、专题05力学实验大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考广东专用解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共68页, 欢迎下载使用。
专题04 光学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考广东专用): 这是一份专题04 光学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 (新高考广东专用),文件包含专题04光学版块大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考广东专用原卷版docx、专题04光学版块大题综合-冲刺双一流之大题必刷备战2024年高考物理冲刺双一流之大题必刷满分冲刺新高考广东专用解析版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共42页, 欢迎下载使用。