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(22分)如图所示,空间存在两个匀强磁场,它们分界线是边长为3L的等边三角形AP...

(22分)如图所示,空间存在两个匀强磁场,它们分界线是边长为3L的等边三角形APC,D、E、F三点分别在PC、CA、AP边上,AF = PD = CE = L,分界线两侧的磁场方向相反且垂直于纸面,磁感应强度大小相同,均为B,分界线外的磁场区域足够大。现有一质量为m、电荷量为q的带正电离子(不计重力),从F点以速度v向三角形内射入。

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(1)如果速度v方向与PC边平行,离子第一次到分界线就经过D点,则磁感应强度B的大小是多少?

(2)如果改变磁感应强度B的大小和速度v的方向(速度v的方向均在纸平面内),使离子第一次、第二次到达分界线时依次经过D点和E点,求离子周期性运动的周期。

(3)再改变磁感应强度B的大小和速度v的方向(速度v的方向均在纸平面内),能否仍使离子第一次、第二次到达分界线时依次经过D点和E点?为什么?

 

(1)(2)(3)不可能 【解析】解: (22分)  (1) 带电离子的运动轨迹如图所示, 可得圆周运动的半径    [2分] 根据洛仑兹力提供向心力,可得                  [1分] 由上二式可得              [2分] (2)连接D、E、F,可得DDEF是等边三角形,当离子沿ÐDFE的角平线方向射入时, 离子才能依次经过D点、E点,其运动的各段轨迹依次是a、b、c、d、e、f.回到F点, 完成一个周期运动, 如右下图所示. 画出a段圆孤的圆心O,由几何关系可知,DFOD也是等边三角形,所以圆孤半径 R = OF = FD =      [3分] 离子一个周期运动的路径为3个圆的周长,所以其运动周期          [8分] (3) 不可能.     [2分] 右图中三个圆相切是满足题中要求的 必要条件, 再改变B的大小和v的方 向, 圆半径R将改变, 半径R无论变 大还是变小, 三圆总是相交, 不可能 再相切, 所以不可能. [4分] 本题考查的是对带电粒子在磁场中的运动问题,根据带电粒子在磁场中运动受的洛伦兹力的情况,粒子做圆周运动,利用几何关系,即可求解;
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考点分析:
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(20分)如图(甲)所示,两光滑导轨都由水平、倾斜两部分圆滑对接而成,相互平行放置,两导轨相距L=lm ,倾斜导轨与水平面成θ=30°角,倾斜导轨的下面部分处在一垂直斜面的匀强磁场区I中,I区中磁场的磁感应强度B1随时间变化的规律如图(乙)所示,图中t1、t2未知。水平导轨足够长,其左端接有理想电流表G和定值电阻R=3Ω,水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区Ⅱ中,Ⅱ区中的磁场恒定不变,磁感应强度大小为B2=1T ,在t=0时刻,从斜轨上磁场I 区外某处垂直于导轨水平释放一金属棒ab,棒的质量m=0.1kg ,电阻r=2Ω,棒下滑时与导轨保持良好接触,棒由倾斜导轨滑向水平导轨时无机械能损失,导轨的电阻不计。若棒在斜面上向下滑动的整个过程中,电流表G的示数大小保持不变,t2时刻进入水平轨道,立刻对棒施一平行于框架平面沿水平方向且与杆垂直的外力。(g取10m/s2)求:

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(l)ab 棒进入磁场区I 时的速度v;

(2)磁场区I在沿斜轨方向上的宽度d;

(3)棒从开始运动到刚好进入水平轨道这段时间内ab棒上产生的热量;

(4)若棒在t2时刻进入水平导轨后,电流表G的电流大小I随时间t变化的关系如图(丙)所示(I0未知),已知t2到t3的时间为0.5s,t3到t4的时间为1s,请在图(丁)中作出t2到t4时间内外力大小

F随时间t变化的函数图像。

 

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使带电的金属球靠近不带电的验电器,验电器的箔片张开.下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况,正确的是(    )

        

                                  

 

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关于电荷的理解,下列说法中正确的是(    )

A.自然界只存在三种电荷:正电荷、负电荷和元电荷

B.元电荷就是指电子和质子本身

C.物体所带的电荷量都等于e或是e的整数倍

D.只有体积很小的带电体才能被看成点电荷

 

 

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如图a所示,有一个N=1000匝的线圈放在磁场中,线圈电阻不计,线圈连接的电阻阻值是R=10Ω,线圈平面垂直于磁感线方向。穿过线圈的磁通量Ф随时间变化的规律如图b所示,求:

(1)线圈中的感应电动势;

(2)电阻的热功率.

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如图所示,将一只灯泡接入电路中。调节变阻器,当电压表的示数为6.0V,电流表示数为0.30A,灯泡正常发光。求:

(1)灯泡正常发光时的电阻值;

(2)灯泡正常发光时的电功率;

(3)灯泡正常发光1h消耗的电能。

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