高中物理等势面计算题

如图，静止于处的正离子，经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，从点垂直进入矩形区域的有界匀强电场，电场方向水平向左。静电分析器通道内有均匀辐射分布的电场，已知圆弧虚线的半径为，其所在处场强为、方向如图所示。离子质量为、电荷量为，，，离子重力不计。求：（1）加速电场的电压 ；（2）若离子恰好能打在点上，求矩形区域内匀强电场场强的值；（3）若撤去矩形区域内的匀强电场，换为垂直纸面向里的匀强磁场，要求离子能最终打在上，求磁场磁感应强度的取值范围。

地球表面的大气中存在垂直地面向下的匀强电场，称为大气电场。在开阔的旷野上，天气晴好时大气电场的场强大小约为100V/m，雷电天气时甚至可以达到2×10⁴ V/m。科学家设计了测量大气电场的仪器，其原理如图所示。一块长方形金属平板M平行地面放置，板长L=1.0m，宽D=0.5m，金属板通过灵敏电流表与大地连接，如图（a）所示。由于大气电场E的存在，金属板M上感应出均匀分布的负电荷，单位面积电荷量为，其中静电力常量
。
另一块形状相同的接地金属板N可以左右平移，N板平移到M板正上方时，M板被完全屏蔽，其上的电荷全部流入大地。当M板的部分面积被屏蔽时，被屏蔽部分所带的电荷将流入大地, 如图（b）所示。灵敏电流表测得从M板流到大地的电流即可算出大气电场的场强大小。

（1）若大气电场的场强为100V/m时，求距地面2.0m高处的电势（取地面电势为零）；
（2）若N板匀速向左平移，速度大小v=1.0m/s，N板屏蔽M板过程中灵敏电流表读数为1.0×10^-8A，求此时大气电场的场强大小；
（3）试分析人在大气电场中为什么不会触电。

如图所示，在 y ＝0 和 y ＝2 m 之间有沿着 x 轴方向的匀强电场， MN 为电场区域的上边界，在 x 轴方向范围足够大。电场强度的变化如图所示，取 x 轴正方向为电场正方向。现有一个带负电的粒子，粒子的比荷为 ＝1.0×10^－2C/kg，在 t ＝0 时刻以速度 v ₀＝5×10²m/s 从 O 点沿 y 轴正方向进入电场区域，不计粒子重力。求：

（1）粒子通过电场区域的时间；
（2）粒子离开电场时的位置坐标；
（3）粒子通过电场区域后沿 x 方向的速度大小。

如图所示，竖直面内有一绝缘轨道，AB部分是光滑的四分之一圆弧，圆弧半径R=0.50m，B处切线水平，BC部分为水平粗糙直轨道。有一个带负电的小滑块（可视为质点）从A点由静止开始下滑，运动到直轨道上的P处刚好停住。小滑块的质量m=1.0kg，带电量为q=－2.5×10^-3C保持不变，滑块小轨道BC部分间的动摩擦因数为，整个空间存在水平向右的匀强电场，电场强度大小为E=4.0×10²N/C.（g=10m/s²）

（1）求滑块到达B点前瞬间对轨道的压力大小
（2）求BP间的距离

如图所示，在x轴上方、y轴右方的区域中存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B。一个带电粒子质量为m、电量为q，从y轴上的M点以初速度v₀沿着与x轴平行的方向进入磁场中，运动一段时间垂直于x轴打在P点后离开磁场区域，试求：

（1）带电粒子带何种电荷？OP的长度?
（2）若撤去磁场，在原区域加一个与y轴平行的匀强电场，此粒子仍从M点按原方向以初速度v₀进入此电场区域，使它仍从P点离开该区域，则所加电场方向？电场强度E的大小？

如图是一匀强电场，已知场强E＝2×10² N/C。现让一个电荷量q＝－4×10^－8 C的电荷沿电场方向从M点移到N点，MN间的距离s＝30 cm。试求：

（1）电荷从M点移到N点电势能的变化；
（2）M、N两点间的电势差。

如图所示，A是一个质量为kg表面绝缘的薄板，薄板静止在光滑的水平面上，在薄板左端放置一质量为kg带电量为C的绝缘物块，在薄板上方有一水平电场，可以通过外接装置控制其大小及方向.接通装置先产生一个方向水平向右，大小V/m的电场，薄板和物块开始运动，作用时间2s后，改变电场，电场大小变为V/m，方向向左，电场作用一段时间后，关闭电场，薄板正好到达目的地，且薄板和物块的速度都恰好为零. 已知薄板与物块间的动摩擦因数=0.1，（薄板不带电，物块体积大小不计，g取10m/s²）求：

（1）在电场E₁作用下物块和薄板的加速度各为多大；
（2）电场E₂作用的时间；
（3）从薄板和物块开始运动到薄板和物块的速度恰好为零过程中电场力做功为多少。

如图所示，半径为L₁＝2 m的金属圆环内上、下半圆各有垂直圆环平面的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B₁＝T．长度也为L₁、电阻为R的金属杆ab，一端处于圆环中心，另一端恰好搭接在金属环上，绕着a端沿逆时针方向匀速转动，角速度为ω＝rad/s.通过导线将金属杆的a端和金属环连接到图示的电路中(连接a端的导线与圆环不接触，图中的定值电阻R₁＝R，滑片P位于R₂的正中央，R₂的总阻值为4R)，图中的平行板长度为L₂＝2 m，宽度为d＝2 m．图示位置为计时起点，在平行板左边缘中央处刚好有一带电粒子以初速度v₀＝0.5 m/s向右运动，并恰好能从平行板的右边缘飞出，之后进入到有界匀强磁场中，其磁感应强度大小为B₂，左边界为图中的虚线位置，右侧及上下范围均足够大．(忽略金属杆与圆环的接触电阻、圆环电阻及导线电阻，忽略电容器的充放电时间，忽略带电粒子在磁场中运动时的电磁辐射的影响，不计平行金属板两端的边缘效应及带电粒子的重力和空气阻力)求：

(1)在0～4 s内，平行板间的电势差U_MN；
(2)带电粒子飞出电场时的速度；
(3)在上述前提下若粒子离开磁场后不会第二次进入电场，则磁感应强度B₂应满足的条件．

如图所示，在平行金属带电极板MN电场中将电荷量为﹣4×10^﹣6C的点电荷从A点移到M板，电场力做负功8×10^﹣4J，把该点电荷从A点移到N板，电场力做正功为4×10^﹣4，N板接地．则

（1）A点的电势φ_A是多少？
（2）U_MN等于多少伏？
（3）M板的电势φ_M是多少？

如图所示，固定于同一条竖直线上的A.B是两个带等量异种电荷的点电荷，电荷量均为Q，其中A带正电荷，B带负电荷，D.C是它们连线的垂直平分线，A.B.C三点构成一边长为的等边三角形。另有一个带电小球E，质量为、电荷量为（可视为点电荷），被长为L的绝缘轻质细线悬挂于O点，O点在C点的正上方。现在办小球E拉到M点，使细线水平绑紧且与A.B.C处于同一竖直面内，并由静止开始释放，小球E向下运动到最低点C时，速度为，已知静电力常量为，重力加速度为，试求：

（1）带电小球E在C点所受的库仑力的大小及方向
（2）绝缘细线在C点对带电小球E的拉力T
（3）取D点的电势为零，求A.B所形成的电场中，M点的电势。

一电路如图所示，电源电动势，内阻，电阻，，，C为平行板电容器，其电容C=3.0pF，虚线到两极板距离相等，极板长，两极板的间距。

（1）若开关S处于断开状态，则当其闭合后，求流过R₄的总电量为多少？
（2）若开关S断开时，有一带电微粒沿虚线方向以的初速度射入C的电场中，刚好沿虚线匀速运动，问：当开关S闭合后，此带电微粒以相同初速度沿虚线方向射入C的电场中，能否从C的电场中射出？（要求写出计算和分析过程，g取）

如图所示，A、B为真空中相距为d的一对平金属板，两板间的电压为U，一电子以v₀的速度从带负电A板小孔与板面垂直地射入电场中。已知电子的质量为m，电子的电荷量为e。求：

（1）电子从B板小孔射出时的速度大小；
（2）电子离开电场时所需要的时间；

如图所示，在x轴下方的区域内存在+y方向的匀强电场，电场强度为E．在x轴上方以原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xoy平面向外，磁感应强度为B．﹣y轴上的A点与O点的距离为d，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子从A点由静止释放，经电场加速后从O点射入磁场，不计粒子的重力．

（1）求粒子在磁场中运动的轨道半径r；
（2）要使粒子进人磁场之后不再经过x轴，求电场强度的取值范围；
（3）改变电场强度，使得粒子经过x轴时与x轴成θ=30°的夹角，求此时粒子在磁场中的运动时间t及经过x轴的位置坐标值x₀．

在光滑绝缘的水平面上有半圆柱形的凹槽ABC，截面半径为R=0.4m．空间有竖直向下的匀强电场，一个质量m=0.02kg，带电量q=+l．0×l0^﹣3 C的小球（可视为质点）以初速度v₀=4m/s从A点水平飞人凹槽，恰好撞在D点，D与O的连线与水平方向夹角为θ=53°，重力加速度取g=10m/s²，sin 53°=0.8．cos 53°=0.6，试求：

（1）小球从A点飞到D点所用的时间t；
（2）电场强度E的大小；
（3）从A点到D点带电小球电势能的变化量．

如图，水平放置的金属薄板A、B间有匀强电场，电场强度大小E=2×10⁶N/C．A板上有一小孔，D为小孔正上方h=32mm处的一点．一带负电的油滴在重力G=3.2×10^﹣12N作用下，由D点开始做自由落体运动．当油滴进入电场后，恰好做匀速直线运动．求：（g取10m/s²）

（1）油滴刚进入电场时的速度大小；
（2）油滴所带的电荷量．
（3）在图中标出电场的方向．