高中物理磁感应强度计算题

(16分)如图所示，直径分别为D和2D的同心圆处于同一竖直面内，O为圆心，GH为大圆的水平直径．两圆之间的环形区域(I区)和小圆内部(II区)均存在垂直圆面向里的匀强磁场．间距为d的两平行金属极板间有一匀强电场，上极板开有一小孔．一质量为m，电量为+q的粒子由小孔下方d/2处静止释放，加速后粒子以竖直向上的速度v射出电场，由H点紧靠大圆内侧射入磁场．不计粒子的重力．

(1)求极板间电场强度的大小；
(2)若粒子运动轨迹与小圆P点相切，求I区磁感应强度的大小；
(3)若I区，II区磁感应强度的大小分别为2mv/qD，4mv/qD，粒子运动一段时间后再次经过H点，求这段时间粒子运动的路程．

(15分)如图所示，在直角坐标系中，x轴水平，y轴竖直，x轴上方空间只存在重力场，第III象限存在沿y轴正方向的匀强电场和垂直xy平面向里的匀强磁场，在第Ⅳ象限由沿x轴负方向的匀强电场，场强大小与第III象限存在的电场的场强大小相等．一质量为m，带电荷量大小为q的质点a，从y轴上y=h处的P₁点以一定的水平速度沿x轴负方向抛出，它经过x=﹣2h处的P₂点进入第Ⅲ象限，恰好做匀速圆周运动，又经过y轴上方y=﹣2h的P₃点进入第Ⅳ象限，试求：

(1)质点a到达P₂点时速度的大小和方向；
(2)第III象限中匀强电场的电场强度和匀强磁场的磁感应强度的大小；
(3)质点a进入第Ⅳ象限且速度减为零时的位置坐标．

如图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时，方向如图，在天平左右两盘各加质量分别为m₁、m₂的砝码，天平平衡，当电流反向时（大小不变)，右盘再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡,试求（g=10m/s²）：

（1)判定磁场的方向并推导磁感应强度的表达式
（2)当L=0.1m； N=10； I=0.1A；m=9×10^-3kg时磁感应强度是多少？

如图所示，在倾角为37°的固定金属导轨上，放置一个长L=0.4m、质量m=0.3kg的导体棒，导体棒垂直导轨且接触良好。导体棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5。金属导轨的一端接有电动势E＝4.5V、内阻r＝0.50Ω的直流电源，电阻R＝2.5Ω，其余电阻不计，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现外加一与导体棒垂直的匀强磁场，（sin37°=0.6，cos37°=0.8  g=10m/s²）求：

（1）使导体棒静止在斜面上且对斜面无压力，所加磁场的磁感应强度B的大小和方向；
（2）使导体棒静止在斜面上，所加磁场的磁感应强度B的最小值和方向。

如右图所示，在矩形ABCD区域内，对角钱BD以上的区域存在有平行于AD向下的匀强电场，对角线BD以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场（图中未标出），矩形AD边长L，AB边长为2L。一个质量为m、电荷量为+q的带电粒子（重力不计）以初速度v_o从A点沿AB方向进入电场，在对角线BD的中点P处进入磁场，并从DC边上以垂直于DC边的速度离开磁场（图中未画出），求：

（1）电场强度E的大小
（2）带电粒子经过P点时速度v的大小和方向：
（3）磁场的磁感应强度B的大小和方向。

如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为R，磁感应强度为B，现在在纸面内放上圆线圈，圆心在O处，半径为r（r<R），共有N匝。求：穿过这个线圈的磁通量。

如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在第四象限存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，方向垂直xOy平面向里，电场线平行于y轴，一质量为m，电荷量大小为q的带负电的小球，从y轴上的A点水平向右抛出，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，最后从y轴上的N点沿垂直于y轴的方向离开电场和磁场，ON之间的距离为L．小球过M点时速度方向与x轴正方向夹角为θ，不计空气阻力，重力加速度为g，求：

（1）电场强度E的大小和方向；
（2）小球从A点抛出时初速度v₀的大小；
（3）A点到x轴的高度h．

一个质量m=0.1g的小滑块，带有q=5×10^-4C的电荷放置在倾角 α=30°光滑斜面上（绝缘），斜面置于B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，如图所示，小滑块由静止开始沿斜面滑下，其斜面足够长，小滑块滑至某一位置时，要离开斜面。（g=10m/s²）求：

（1）小滑块带何种电荷？
（2）小滑块离开斜面的瞬时速度多大？
（3）该斜面的长度至少多长？

【加试题】(12分)一圆筒的横截面如图所示，其圆心为O。筒内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。圆筒下面有相距为d的平行金属板M、N，其中M板带正电荷．N板带等量负电荷。质量为m、电荷量为q的带正电粒子自M板边缘的P处由静止释放，经N板的小孔S以速度v沿半径SO方向射入磁场中．粒子与圈筒发生两次碰撞后仍从S孔射出，设粒子与圆筒碰撞过程中没有动能损失，且电荷量保持不变，在不计重力的情况下，求：

（1）M、N间电场强度E的大小；
（2）圆筒的半径R:
（3）保持M、N间电场强度E不变，仅将MN板间距离缩小为d/3，粒子仍从M板边缘的P处由静止释放，粒子自进入圆筒至从S孔射出期间，与圆筒的碰撞次数n。

如图（甲）所示，在直角坐标系0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场，右侧有一个以点（3L，0）为圆心、半径为L的圆形区域，圆形区域与x轴的交点分别为M、N。现有一质量为m，带电量为e的电子，从y轴上的A点以速度v₀沿x轴正方向射入电场，飞出电场后从M点进入圆形区域，速度方向与x轴夹角为30°。此时在圆形区域加如图（乙）所示周期性变化的磁场（磁场从t = 0时刻开始变化，且以垂直于纸面向外为磁场正方向），最后电子运动一段时间后从N点飞出，速度方向与x轴夹角也为30°。求：

（1）电子进入圆形磁场区域时的速度大小（请作出电子飞行的轨迹图）；
（2）0≤x≤L区域内匀强电场场强E的大小；
（3）写出圆形磁场区域磁感应强度B₀的大小、磁场变化周期T各应满足的表达式。

如图a所示，水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场，现将一重力不计，比荷的正电荷置于电场中的O点由静止释放，经过后，电荷以的速度通过MN进入其上方的匀强磁场，磁场与纸面垂直，磁感应强度B按图b所示规律周期性变化（图b中磁场以垂直纸面向外为正，以电荷第一次通过NM时为t=0时刻），计算结果可用表示。

（1）求O点与直线MN之间的电势差
（2）求图b中时刻电荷与O点的水平距离
（3）如果在O点右方处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间

把一根长为L = 10cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中。

（1）当导线中通以I₁ = 2A的电流时，导线受到的安培力大小为 1.0×10^－7N，试求该磁场的磁感应强度的大小B。
（2）若该导线中通以I₂ = 3A的电流，试求此时导线所受安培力大小F，并判断安培力的方向。

如图所示，在空间中存在垂直纸面向外，宽度为d的有界匀强磁场。一质量为m、带电荷量为q的粒子自下边界的P点处以速度v沿与下边界成30°角的方向垂直射入磁场，恰能垂直于上边界射出，不计粒子重力，题中d、m、q、v均为已知量。则

(1)粒子带何种电荷？
(2)磁场磁感应强度为多少？

如图所示，a、b是一对平行金属板，两板间电势差为U ，两板间距为，两板间电场可视为匀强电场；在两金属板间加一个垂直纸面向里的匀强磁场。一带电粒子（重力不计）以初速度从两板左侧中点c处沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入金属板之间，该粒子在两板间沿直线运动。

（1）求磁感应强度大小B；
（2）若撤去两板间的电场，带电粒子仍从原来位置以初速度水平射入磁场，最后垂直打在b板上，求该粒子的比荷。

空间三维直角坐标系o-xyz如图所示（重力沿轴负方向），同时存在与xoy平面平行的匀强电场和匀强磁场，它们的方向与x轴正方向的夹角均为。（已知重力加速度为g，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6）

（1）若一电荷量为+q、质量为m的带电质点沿平行于z轴正方向的速度v₀做匀速直线运动，求电场强度E和磁感应强度B的大小；
（2）若一电荷量为、质量为m的带电质点沿平行于z轴正方向以速度v₀通过y轴上的点P（0，h，0）时，调整电场使其方向沿x轴负方向、大小为E₀。适当调整磁场，则能使带电质点通过坐标Q（h，0，0.5h）点，问通过Q点时其速度大小；
（3）若一电荷量为、质量为m的带电质点沿平行于z轴正方向以速度v₀通过y轴上的点P（0，0.6h，0）时，改变电场强度大小和方向，同时改变磁感应强度的大小，但不改变其方向，带电质点做匀速圆周运动能经过x轴上的某点M，问电场强度和磁感应强度的大小满足什么条件?并求出带电质点经过x轴M点的时间。