高中物理电学实验综合题

如图所示，一对平行金属板水平放置，板间距离为d，板间有磁感应强度为B的垂直于纸面向里的匀强磁场，将金属板接入如图所示的电路，已知电源的内电阻为r，滑动变阻器的总电阻为R，现将开关K闭合，并将滑动触头P调节至距离电阻R的右端为其总长度的1/4时，让一个质量为m、电量为q宏观带电粒子从两板间的正中央以某一初速度水平飞入场区，发现其恰好能够做匀速圆周运动。
（1）试判断该粒子的电性，求电源的电动势；
（2）若将滑动触头P调到电阻R的正中间位置时，该粒子仍以同样的状态入射，发现其沿水平方向的直线从板间飞出，求该粒子进入场区时的初速度；
（3）若将滑块触头P调到最左边，该粒子仍以同样的状态入射，发现其恰好从金属板的边缘飞出，求粒子飞出时的动能。

如图所示，水平轨道与直径为d=0.8m的半圆轨道相接，半圆轨道的两端点A、B连线是一条竖直线，整个装置处于方向水平向右，大小为10³V/m的匀强电场中，一小球质量m=0.5kg,带有q=5×10^-3C电量的正电荷，在电场力作用下由静止开始运动，不计一切摩擦，g=10m/s²，
（1）若它运动的起点离A为L，它恰能到达轨道最高点B，求小球在B点的速度和L的值．
（2）若它运动起点离A为L=2.6m，且它运动到B点时电场消失，它继续运动直到落地，求落地点与起点的距离．
 

如图所示，螺线管与相距L的两竖直放置的导轨相连，导轨处于垂直纸面向外、磁感应强度为B₀的匀强磁场中。金属杆ab垂直导轨，杆与导轨接触良好，并可沿导轨无摩擦滑动。螺线管横截面积为S，线圈匝数为N，电阻为R₁，管内有水平向左的变化磁场。已知金属杆ab的质量为m，电阻为R₂，重力加速度为g．不计导轨的电阻，不计空气阻力，忽略螺线管磁场对杆ab的影响。
（1）为使ab杆保持静止，求通过ab的电流的大小和方向；
（2）当ab杆保持静止时，求螺线管内磁场的磁感应强度B的变化率；
（3）若螺线管内方向向左的磁场的磁感应强度的变化率（k>0）。将金属杆ab由静止释放，杆将向下运动。当杆的速度为v时，仍在向下做加速运动。求此时杆的加速度的大小。设导轨足够长。

如图所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放里在倾角为的绝缘斜面上，两导轨间距为L。 M、P两点间接有阻值为R的电阻。一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直．整套装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向上．导轨和金属杆的电阻可忽略．让金属杆ab沿导轨由静止开始下滑，经过足够长的时间后，金属杆达到最大速度v_m，在这个过程中，电阻R上产生的热量为Q．导轨和金属杆接触良好，它们之间的动摩擦因数为，且<tan。已知重力加速度为g。
(1)求磁感应强度的大小；
(2)金属杆在加速下滑过程中，当速度达到时，求此时杆的加速度大小；
(3)求金属杆从静止开始至达到最大速度的过程中下降的高度．

如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线变阻器，阻值为R，长度为L，两边分别有P₁、P₂两个滑动头，与P₁相连的金属细杆可在被固定的竖直光滑绝缘杆MN上保持水平状态，金属细杆与托盘相连，金属细杆所受重力忽略不计。弹簧处于原长时P₁刚好指向A端，若P₁、P₂间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上显示出质量的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m₀，电源的电动势为E，电源的内阻忽略不计，信号放大器、信号转换器和显示器的分流作用忽略不计．求：
(1)托盘上未放物体时，在托盘的自身重力作用下，P₁距A端的距离x₁；
(2）在托盘上放有质量为m的物体时，P₁,距A端的距离x₂；
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P₂，从而使P₁、P₂间的电压为零．校准零点后，将被称物体放在托盘上，试推导出被称物体的质量m与P₁、P₂间电压U的函数关系式．

如图所示为某一装置的俯视图，M、N为两个竖直放置的平行金属板，相距为0.4 m，L₁和L₂为与M、N平行的两根金属导轨（两导轨较细，与M、N上边棱处于同一水平面）,L₁与M以及L₂与N的间距都是0. 1 m，两导轨的电阻不计，其右端接有R="0." 3Ω的电阻．现有一长为0. 4 m、电阻为0.2Ω的均匀金属导体棒ab，棒上的a、b、c、d四点分别与M、 N、L₁、L₂接触良好，且金属棒ab与金属板M、N正交，整个装置放在竖直向下的匀强磁场中．今有一带正电粒子（不计重力）以v₀="7" m/s的初速度平行于极板水平入射．求当金属棒ab向何方向以多大速度运动时，可使带电粒子做匀速直线运动？

如图1所示，为利用光敏电阻检测传送带上物品分布从而了解生产线运行是否运行正常的仪器。期中A是发光仪器，B是一端留有小孔用绝缘材料封装的光敏电阻。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值为R₁＝50Ω；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻阻值为R₂＝150Ω。固定电阻R₃＝45Ω。C为平行板电容器，虚线与两极板间距相等，极板长L₁＝8.0×10^－2m，两极板的间距d＝1.0×10^－2m。D为屏，与极板垂直，D到极板的距离L₂=0.16m，屏上贴有用特殊材料做成的记录纸，当电子打在记录纸上时会留下黑点，工作时屏沿着图示方向匀速运动。有一细电阻束沿图中虚线以速度v₀＝8.0×10⁶m/s连续不断地射入电容C，v₀延长线与屏交点为O。图2为一段记录纸。
已知电子电量e＝1.6×10^－19C，电子质量m＝9×10^－31kg。忽略细光束的宽度、电容器的充电放点时间及电子所受的重力。求：电源的电动势E和内阻r。

如图（甲）所示为一种研究高能粒子相互作用的装置，两个直线加速器均由k个长度逐个增长的金属圆筒组成（整个装置处于真空中。图中只画出了6个圆筒，作为示意），它们沿中心轴线排列成一串，各个圆筒相间地连接到正弦交流电源的两端，设金属圆筒内部没有电场，且每个圆筒间的缝隙宽度很小，带电粒子穿过缝隙的时间可忽略不计。为达到最佳加速效果，需要调节至粒子穿过每个圆筒的时间恰为交流电的半个周期，粒子每次通过圆筒缝隙时，都恰为交流电压的峰值。

 
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质量为m、电荷量为e的正、负电子分别经过直线加速器加速后，从左、右两侧被导入装置送入位于水平面内的圆环型真空管道、且被导入的速度方向与圆环形管道中粗虚线相切。在管道内控制电子转弯的是一系列圆形电磁铁，即图（甲）中的A₁、A₂、A₃……A_n，共n个，均匀分布在整个圆周上（图中只示意性地用细实线画了几个，其余的用细虚线表示），每个电磁铁内的磁场都是磁感应强度均相同的匀强磁场，磁场区域都是直径为d的圆形。改变电磁铁内电流的大小，就可改变磁场的磁感应强度，从而改变电子偏转的角度。经过精确的调整，可使电子在环形管道中沿图中粗虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁铁时射入点和射出点都在电磁铁内圆形匀强磁场区域的同一条直径的两端，如图（乙）所示。这就为实现正、负电子的对撞作了准备。
（1）若正、负电子经过直线加速器后的动能 均为E₀，它们对撞后发生湮灭，电子消失，且仅产生一对频率相同的光子，则此光子的频率为多大？（已知普朗克恒量为h，真空中的光速为c。）
（2）若电子刚进入直线加速器第一个圆筒时速度大小为V₀，为使电子通过直线加速器加速后速度为v，加速器所接正弦交流电电压的最大值应当多大？
（3）电磁铁内匀强磁场的磁感应强度B为多大？

如图所示(a)，M、N为中心开有小孔的平行板电容器的两极，相距D＝1 m，其右侧为垂直纸面向里的匀强磁场，磁感强度B＝1×10^－3 T，磁场区域足够长，宽为d＝0.01 m；在极板M、N之间加有如图(b)所示的变电压(设N极电势高于M极时电压为正)。现有带负电粒子不断从极板M中央小孔处射入电容器内(粒子的初速度可看做为零，重力不计)，取其荷质比，问：
(1)在变交电压第一个周期内哪些时刻进入电容器内的粒子能从磁场的右侧射出来？
(2)若上述交变电压的周期可以变化，则其周期满足什么条件时，才能保证有带电粒从右侧射出来？

如图1所示，地面上方有匀强电场，取场中一点O为圆心在竖直面内作半径R=0.1m的圆，圆平面与电场方向平行。在O点固定电量Q=5×10^-4C的负点电荷，将质量为m=3g，电量q=2×10^-10C的带电小球放在圆周上的a点时，它恰好静止。若让带电小球从a点缓慢移至圆周最高点b时，外力需做多少功？

如图所示的电路中，电源电动势E =" 6.0V" ，内阻r =" 0.6Ω" ，电阻R₂ =" 0.5Ω" ，当开关S断开时，电流表的示数为1.5A，电压表的示数为3.0V ，试求：
（1）电阻R₁和R₃的阻值；
（2）当S闭合后，电压表的示数和R₂上消耗的电功率各为多少?

（1）小车的水平长度和磁场的宽度
（2）小车的位移时线圈中的电流大小以及此时小车的加速度
（3）在线圈进入磁场的过程中通过线圈某一截面的电量
（4）线圈和小车通过磁场的过程中线圈电阻的发热量

如图所示，一质量为m的带电小球，用长为l的绝缘细线悬挂在水平向右，场强为E的匀强电场中，静止时悬线与竖直方向成角（<45°）

（1）求小球带何种电性及所带电荷量大小；
（2）如果不改变电场强度的大小而突然将电场的方向变为竖直向下，带电小球将怎样运动？要求说明理由。
（3）电场方向改变后，带电小球的最大速度值是多少？
 

则：（1）若使液滴能沿v₀方向射出电场，电动势应为多大?
（2）若使液滴能从B板右端边缘射出电场，电动势应为多大?

如图所示匀强电场分布在宽度为L的区域内，一个正离子以初速度垂直于电场方向射入场强为E的匀强电场中，穿出电场区域时偏转角为。在同样的宽度范围内，若改用方向垂直于纸面向里的匀强磁场，使该离子穿过磁场区域时偏转角也为，求：（离子重力忽略不计）

（1）正离子的电荷量q与其质量m的比值；
（2）匀强磁场磁感应强度B的大小；
（3）离子穿过匀强电场与穿过匀强磁场所用时间之比。