高中物理用描迹法画出电场中平面上的等势线综合题

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？

在光滑的绝缘水平面上，A、B两球（可以看成质点）位于x轴上，A球带电，B球不带电，开始时B球静置于场强为E＝1×10³ N/C的水平匀强电场的边缘（如图1所示），A球从原点开始经过2s后恰好与B碰撞，碰后合为一体在电场中运动，A、B系统的动能与坐标的部分关系如图2所示，则：


（1）碰前A球的速度有多大？
（2）A、B两球质量分别为多少？   
（3）请指出A球带什么电性？并计算A球所带电量为多少？

两块平行平面金属网之间的电势差U=3000V，一群带负电荷e的粒子各具有动能4000eV，以不同角度射在一网面的外侧，如图所示．则速度方向与网面的夹角α不小于多少度时，粒子均可通过金属网．

如图所示，质量为m、电荷量为q的带电小球，用绝缘细线悬挂于O点，所在空间存在着匀强电场，场强大小为E，方向水平向右．把小球用力拉至最低点，使细线伸直，无初速释放小球，在小球摆过θ角的过程中(θ角小于最大偏转角度)，重力势能增量为A．电势能的增量为b，c为重力势能增量与电势能增量的代数和(c=a+b)，则下面的判断正确的是[　　]

A．a为正值、b为正值、c为正值
B．a为正值、b为负值、c为负值
C．a为正值、b为负值、c为零
D．a为正值、b为负值、c为正值
 

如图所示，小球质量为m，带电量为+q，初速度为，沿动摩擦因数为μ的水平地面滑向竖直墙，设初始球与墙之间的距离为，空间存在水平向左电场E，则：小球最后停止运动时所走过的路程是多少（设小球与竖直墙壁间是弹性碰撞并且qE＞mgμ）

某空间存在着变化的电场和另一变化的磁场，电场方向向右，即图中由b点到c点的方向，电场强度大小变化如图中E-t图像，磁感强度变化如图中B-t图像。已知ab垂直于bc，，在a点，从第1s末时刻开始，每隔2s有一相同带电粒子（粒子重力不计）沿ab方向以速度v射出，这些粒

子都恰能击中c点，且粒子在ac间运动时间小于1s，求：
(1)图像中E₀和B₀的比值。
(2)第二个粒子和第一个粒子从射出到击中c点所用时间的比值。

如图所示，在匀强电场中一带正电的小球以某一初速从绝缘斜面上滑下，并沿与斜面相切的绝缘圆轨道通过最高点，已知斜面倾角30°，圆轨道半径为R，匀强电场水平向右，场强为E，小球质量为m，带电量为，不计运动中的摩擦阻力，则小球至少应以多大的初速滑下？在此情况下，小球通过圆轨道最高点时对轨道的压力多大？

在水平向右的匀强电场中，置一光滑导轨，轨道由水平部分和与之相连接的半圆环ABC组成，半圆环半径为R，A为最低点，C为最高点．如图，今距A点为L的O处有一质量为m，带正电荷的小球，从静止开始沿水平部分进入圆环．若Eq=mg（q代表小球电荷量），则L必须满足什么条件才能使小球在半圆环上运动时，不脱离圆环．

质量为0.1g的带电小球，用长为L的丝线挂在平行板电容器两金属板之间，电源电动势为40V，两板间距为10cm，两板竖直放置．小球向左摆动 30°角到A点处于平衡状态．若用丝线将小球拉至C点静止，偏角60°然后释放，求小球摆动到竖直位置O时，悬线张力是多大?(g取10m/)

如图所示，一个倾角为θ的绝缘斜面固定在场强为E的匀强电场中．有一个质量为m、电荷量为正q的物体以初速度V0从斜面底端A沿斜面向上运动至B，接着又沿斜面向下运动返回A点，此时速度为V，若AB长为L，求物体与斜面间动摩擦因数μ．

如图所示，水平放置的两平行金属板M、N间的距离d=0．20m，给两板加电压U（M板带正电荷，N板带负电荷），板间有一长度L＝0．10m的绝缘狭板AB能够绕点A在竖直平面内转动。先使AB板保持水平静止，并在AB的中点放一个质量m=4．9×kg，电荷量q=9×C的带正电荷的微粒P（重力忽略不计）。使板AB突然以角速度ω=100πrad/s沿顺时针方向匀速转动，为使板AB在转动中能与微粒P相碰，求加在平行金属板M、N之间的电压的取值范围。

一个质量为m带电量为+q的小球以水平初速度v₀自h高度做平抛运动，不计空气阻力，重力加速度为g，试回答下列问题：
（1）若在空间竖直方向加一个匀强电场，发现小球水平抛出后做匀速直线运动，电场强度E是多大？
（2）撤消匀强电场后，小球再水平抛出至第一落地点P的过程，发生位移S的大小是多少？
（3）若在空间再加一个垂直纸面向外的匀强磁场，发现小球第一次落地仍然是P点，试问磁感应强度B是多大？

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。