高中物理电磁场综合题

在图8-2-19甲中，带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后，从G点垂直于MN进入偏转磁场.该偏转磁场是一个以直线MN为上边界、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片上的H点.测得G、H间的距离为d，粒子的重力可忽略不计.

甲

乙
图8-2-19
（1）设粒子的电荷量为q，质量为m，试证明该粒子的比荷为；
（2）若偏转磁场的区域为圆形，且与MN相切于G点，如图乙所示，其他条件不变.要保证上述粒子从G点垂直于MN进入偏转磁场后不能打到MN边界上（MN足够长），求磁场区域的半径应满足的条件.

正电子发射计算机断层（PET）是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供全新的手段。
（1）PET在心脏疾病诊疗中，需要使用放射正电子的同位素氮13示踪剂，氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的，反应中同时还产生另一个粒子，试写出该核反应方程。
（2）PET所用回旋加速器示意如图7.11，其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示。质子质量为m，电荷量为q。设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动时间），质子在电场中的加速次数于回旋半周的次数相同，加速质子时的电压大小可视为不变。求此加速器所需的高频电源频率f和加速电压U。
（3）试推证当时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（质子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。
                        

如图所示，一个电子从M板附近由静止开始被电场加速，又从N板的小孔水平射出，并垂直磁场方向进入一个半径为R的圆形匀强磁场B的区域．若入射点为b，且v₀与Ob成30°角，要使电子在磁场中飞过的距离最大，则两板间的电势差U是多大?(电子质量为m、电荷量为e)

横截面为正方形的匀强磁场磁感应强度为B.有一束速率不同的带电粒子垂直于磁场方向在ab边的中点，与ab边成30°角射入磁场，如图所示,已知正方形边长为L.求这束带电粒子在磁场中运动的最长时间是多少?运动时间最长的粒子的速率必须符合什么条件?(粒子的带电量为+q、质量为m)
 

如图11-2-28所示，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里,磁感应强度的大小B="0.60" T,磁场内有一块平面感光板ab,板面与磁场方向平行,在距ab的距离l="16" cm处,有一个点状的α放射源S,它向各个方向发射α粒子,α粒子的速度都是v=3.0×10^{6 m}/s,已知α粒子的比荷,现只考虑在图纸平面中运动的α粒子,求ab上被α粒子打中的区域的长度.

图11-2-28

如图13甲所示,一个足够长的“U”形金属导轨NMPQ固定在水平面内,MN、PQ两导轨间的距离为L="0.50" m.一根质量为m="0.50" kg的均匀金属导体棒ab静止在导轨上且与导轨接触良好,abMP恰好围成一个正方形.该轨道平面处在磁感应强度大小可以调节的竖直向上的匀强磁场中.ab棒的电阻为R="0.10" Ω,其他各部分电阻均不计.开始时,磁感应强度B₀="0.50" T.

图13
(1)若保持磁感应强度B₀的大小不变,从t=0时刻开始,给ab棒施加一个水平向右的拉力,使它做匀加速直线运动.此拉力T的大小随时间t的变化关系如图13乙所示.求ab棒做匀加速运动的加速度及ab棒与导轨间的滑动摩擦力.
(2)若从t=0时刻开始,调节磁感应强度的大小使其以ΔBΔt="0.20" T/s的变化率均匀增加,求经过多长时间ab棒开始滑动?此时通过ab棒的电流大小和方向如何?(ab棒与导轨间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等)

串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极接地（电势为零）.现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达b处时，可被设在b处的特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小.这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动.已知碳离子质量m=2.0×10^{－26kg,U=7.5}×10⁵V,B=0.5T,n=2,基元电荷e=1.6×10^－19C,求R。

如图15-1-14所示甲、乙是两种结构不同的环状螺线管的示意图.其中乙是由两个匝数相同、互相对称、半圆环形的螺线管串联而成的.给它们按图示方向通以电流，试画出磁感线的分布情况示意图.

图15-1-14

横截面是矩形，abcd的金属导体，放在匀强磁场中，通过电流I时，测得ab边比cd边电势高，如图所示。若导体中单位长度的电子数为n，电子电量为e，ab边长为,bc边长为。要使ab边比cd边电势高U，所加磁场的磁感强度的最小值是多少？磁场的方向是怎样的？

设在地面上方的真空室内，存在匀强电场和匀强磁场.已知电场强度和磁感应强度的方向是相同的，电场强度的大小E="4.0" V/m，磁感应强度的大小B="0.15" T.今有一个带负电的质点以v="20" m/s的速度在此区域内沿垂直场强方向做匀速直线运动，求此带电质点的电荷量与质量之比q/m以及磁场的所有可能方向(角度可用反三角函数表示).

一细长的小磁针，放在一螺线管的轴线上，N极在管内，S极在管在外.若此小磁针可左右自由移动，则当螺线管通以如图15-1-12所示电流时，小磁针将怎样移动？
     
图15-1-12　　　　    图15-1-13

如图，一块铜板，左右两面接入电路中，有电流I自左向右流过铜板．当一匀强磁场垂直前表面穿入铜板，从后表面垂直穿出时，铜板上、下两面之间出现电势差，求：(1)上、下两面哪个表面电势高?(2)若铜板两面间距为d，铜板单位体积内的自由电子数为 n，电子电量为 e，则上、下表面间的电势差 U多大？

 

如图15-2-12所示，导线ab固定，导线cd与ab垂直且与ab相距一小段距离，cd可以自由移动，试分析cd的运动情况.

图15-2-12

空间中存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一带电量为+q、质量为m的粒子，在p点以某一初速开始运动，初速方向在图中纸面内如图中P点箭头所示。该粒子运动到图中Q点时速度方向与P点时速度方向垂直，如图中Q点箭头所示。已知P、Q间的距离为l。若保持粒子在P点时的速度不变，而将匀强磁场换成匀强电场，电场方向与纸面平行且与粒子在P点时速度方向垂直，在此电场作用下粒子也由P点运动到Q点。不计重力。求：
（1）电场强度的大小。
（2）两种情况中粒子由P运动到Q点所经历的时间之差。
 

把一根劲度系数很小的导电弹簧悬挂起来，在它上面附着一只蜻蜓的模型或标本，让弹簧的下端在自然伸长的情况下刚好跟下面容器中电解液面接触并组成如图15-1-11所示的电路，这样就制成了“蜻蜓点水”的小制作了.请自己制作并说明其道理.

图15-1-11