内容正文:
吉林市实验中学2025-2026学年度上学期高二年级期末考试
物理试题
第Ⅰ卷(选择题)
一、单选题(每题四分)
1. 科学发展离不开科学家的不断探索。关于科学家及其贡献,下列说法正确的是( )
A. 库仑做了大量实验,发现了电磁感应现象
B. 洛伦兹提出了分子电流假说
C. 楞次分析了关于感应电流方向的实验事实后,提出楞次定律
D. 法拉第提出了电磁感应定律
2. 如图1是教学用发电机,转动圆盘上的摇把可以使位于磁铁内的线圈转动,将发电机的输出端接到示波器上(图中未画出),匀速转动摇把时,在示波器上得到如图2实线所示的电压随时间变化的图像。下列说法正确的是( )
A. 线圈所在处的磁场为匀强磁场
B. 发电机的线圈内产生的是直流电
C. 当电压为0时,穿过线圈的磁通量为0
D. 该电压的有效值比图2中虚线所示图像的电压有效值小
3. 如图所示,长直导线中通有向上的恒定电流,矩形线框与长直导线共面,线框在位置1和位置2时穿过线框的磁通量分别为、,位置1处磁场方向及、大小关系正确的是( )
A. 垂直于线框平面向里,
B. 垂直于线框平面向里,
C. 垂直于线框平面向外,
D. 垂直于线框平面向外,
4. 如图所示,螺线管导线两端与两垂直于纸面的平行金属板相接,一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间,并处于静止状态,若条形磁铁突然插入线圈时,小球的运动情况是( )
A. 向左摆动 B. 向右摆动 C. 向前摆 D. 保持静止
5. 如图所示电路中,A、B、C为完全相同的三个灯泡,L是一直流电阻不可忽略的电感线圈。a、b为线圈L的左右两端点,原来开关S是闭合的,三个灯泡亮度相同。将开关S断开后,下列说法正确的是( )
A. a点电势高于b点,A灯闪亮后缓慢熄灭
B. a点电势低于b点,A灯立刻熄灭
C. a点电势高于b点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭
D. a点电势低于b点,B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭
6. 如图所示的交流电路中,理想变压器原线圈输入电压为,副线圈电路中R1、R2为定值电阻,P是滑动变阻器R的滑动触头,电压表V1、V2的示数分别为U1和U2;电流表A的示数为I。下列说法中正确的是( )
A. 变压器原、副线圈匝数之比为
B. 副线圈回路中电流方向每秒钟改变50次
C. 当P向上滑动过程中,增大,I减小
D. 当P向下滑动的过程中,R1消耗的功率增大,R2消耗的功率减小
7. 如图,在竖直平面内的xOy直角坐标系中,x轴上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。在x轴上方有一个开口向下的长方体敞口粒子收集箱 abcd,x轴在 dc面上且与 dc边平行, bc长为L,a、b距y轴的距离均为L。位于原点O 的粒子源,沿xOy平面向x轴上方各个方向均匀发射相同的带正电粒子。已知粒子所带电荷量为q、质量为m、速度大小均为 不计粒子的重力、空气阻力及粒子间的相互作用,则( )
A. 粒子在磁场中做圆周运动的半径为2L
B. bc面 (不含b端)能收集到粒子
C. 有一半的粒子能被 ab 面收集
D. 收集箱收集到的粒子在磁场中运动的最短时间为
二、多选题(每题六分)
8. 下列关于教科书上的四幅插图,说法正确的是( )
A. 奥斯特利用(a)图实验装置发现了电磁感应现象
B. (b)图中,两根通电方向相反的长直导线相互排斥,是通过磁场实现的
C. 图(c)中只增大电压U,粒子可以获得更大的动能
D. 图(d)等离子体进入A、B极板之间稳定后,A极板电势低于B极板电势
9. 如图甲所示,一个匝的圆形导体线圈面积,总电阻。在线圈内存在面积的垂直线圈平面向外的匀强磁场区域,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。有一个的电阻,将其与图甲中线圈的两端a、b分别相连接,其余电阻不计,下列说法正确的是( )
A. 0~4s内a、b间的电势差 B. 4~6s内a、b间的电势差
C. 0~4s内通过电阻R的电荷量为16C D. 4~6s内电阻R上产生的焦耳热为64J
10. 如图所示,宽度为的光滑导轨水平放置,导轨左端有一阻值的电阻,矩形边界Ⅰ、Ⅱ内存在磁感应强度大小为,方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁场的间距均为。质量为的水平金属杆与导轨垂直,在水平恒力作用下由静止开始运动,进入磁场Ⅰ、Ⅱ时的速度相等。已知金属杆在导轨之间的电阻为,且与导轨接触良好,其余电阻不计,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A. 金属杆刚进入磁场Ⅰ时端电势高于端电势
B. 金属杆穿过磁场Ⅰ的时间一定大于在两磁场之间的运动时间
C. 金属杆穿过磁场Ⅰ和磁场Ⅱ的过程中,电路中产生的总热量为
D. 金属杆穿过磁场Ⅰ的过程中通过电阻的电荷量为
第Ⅱ卷(非选择题)
三、实验题(每空2分)
11. 刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示,该同学正确连接电路,闭合开关瞬间,发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
(1)闭合开关电路稳定后,该同学将滑动变阻器的滑片___________(填“向左”或“向右”)移动时,灵敏电流计的指针向右偏转。
(2)该同学继续用如图乙所示实验装置来探究影响感应电流方向的因素,实验中发现感应电流从“+”接线柱流入灵敏电流计(指针向右偏转),螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时,指针向右偏转,则条形磁铁___________(填“上端”或“下端”)为N极。进一步实验发现,当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向___________(填“相同”或“相反”)。
12. 实验小组要用实验室提供的器材测量一节干电池的电动势和内阻,同时测出未知电阻的阻值。器材有:一个待测定值电阻;一个多用电表;一个滑动变阻器R;电流表(约为,0~0.6A);电压表(约为,0~3V);被测干电池电动势约1.5V、内阻约;以及电键S、导线若干。
(1)先用多用电表的“”挡粗测定值电阻的阻值,指针偏转角度很大,下一步应将多用电表的挡位调至__________(填“”或“”)挡,重新欧姆调零,再次测量结果如图所示,则电阻的阻值为__________。
(2)有如图(a)、(b)所示两种测量电池电动势和内阻可供选择的实验电路图。为使测量结果尽量准确,应选择__________(填“a”或“b”)电路图。
(3)连接好电路进行实验,记录多个电压表和电流表的示数,作出图线,如图所示,则该电池的电动势__________V,内阻__________(结果均保留两位小数)。
四、解答题
13. 如图所示,线圈的面积是,共100匝,线圈的总电阻,外接电阻,匀强磁场的磁感应强度,线圈以角速度匀速转动。
(1)若线圈经过图示位置(线圈平面与磁感线垂直)时开始计时,写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式;
(2)写出交变电流的瞬时值表达式;
(3)求线圈由图示位置转过的过程中,交变电动势的平均值。
14. 如图所示中和为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距为,电阻不计,导轨所在平面与磁感应强度为的匀强磁场垂直,质量为,电阻为的金属杆始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触,导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为的电阻,当杆达到稳定状态时以速度匀速下滑,整个电路消耗的电功率为,试求:
(1)当做匀速运动时通过的电流大小;
(2)当做匀速运动时的速度大小;
(3)当做匀速运动时滑动变阻器接入电路的阻值。
15. 在如图所示的平面坐标系内,第一象限内有电场强度方向沿轴负方向的匀强电场,第二、三象限内有垂直坐标平面向里的匀强磁场。一质量为,电荷量为的粒子,从坐标为(l,0)的A点以速度沿轴正方向射入电场,从坐标为(0,2l)的点离开电场,在磁场中运动后再次到达轴时刚好从坐标原点处经过。不计粒子重力。求:
(1)电场强度和磁感应强度的大小。
(2)带电粒子从A运动到经历的时间。
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吉林市实验中学2025-2026学年度上学期高二年级期末考试
物理试题
第Ⅰ卷(选择题)
一、单选题(每题四分)
1. 科学的发展离不开科学家的不断探索。关于科学家及其贡献,下列说法正确的是( )
A. 库仑做了大量实验,发现了电磁感应现象
B. 洛伦兹提出了分子电流假说
C. 楞次分析了关于感应电流方向的实验事实后,提出楞次定律
D. 法拉第提出了电磁感应定律
【答案】C
【解析】
【详解】A.库仑通过扭秤实验研究电荷间作用力,提出库仑定律;电磁感应现象由法拉第发现,故A错误;
B.分子电流假说由安培提出,用于解释磁现象,故B错误;
C.楞次通过实验总结出感应电流方向的规律,即楞次定律,故C正确;
D.法拉第研究了感应电流产生的条件,诺伊曼和韦伯提出了法拉第电磁感应定律,故D错误。
故选C。
2. 如图1是教学用发电机,转动圆盘上的摇把可以使位于磁铁内的线圈转动,将发电机的输出端接到示波器上(图中未画出),匀速转动摇把时,在示波器上得到如图2实线所示的电压随时间变化的图像。下列说法正确的是( )
A. 线圈所在处的磁场为匀强磁场
B. 发电机的线圈内产生的是直流电
C. 当电压为0时,穿过线圈的磁通量为0
D. 该电压的有效值比图2中虚线所示图像的电压有效值小
【答案】D
【解析】
【详解】B.由图2可知,发电机的线圈内产生的是交流电,故B错误;
C.当电压为0时,穿过线圈的磁通量变化率最小,此时线圈应该处于中性面位置,穿过线圈的磁通量最大,故C错误;
A.线圈所产生的电压不是按照正弦规律变化的,如果磁场是匀强磁场,产生的交流电应该是正弦交流电,所以线圈所在处的磁场不是匀强磁场,故A错误;
D.由图2可知,该电压除了最大电压外,在其它任意时刻的电压都是小于虚线所示图像的电压的,所以该电压的有效值比图2中虚线所示图像的电压有效值小,故D正确。
故选D。
3. 如图所示,长直导线中通有向上的恒定电流,矩形线框与长直导线共面,线框在位置1和位置2时穿过线框的磁通量分别为、,位置1处磁场方向及、大小关系正确的是( )
A. 垂直于线框平面向里,
B. 垂直于线框平面向里,
C. 垂直于线框平面向外,
D. 垂直于线框平面向外,
【答案】D
【解析】
【详解】根据安培定则,导线左侧磁场方向垂直纸面向外,线框在位置2更靠近导线,磁感应强度B更大,根据可知在位置2磁通量更大,即。
故选D。
4. 如图所示,螺线管的导线两端与两垂直于纸面的平行金属板相接,一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间,并处于静止状态,若条形磁铁突然插入线圈时,小球的运动情况是( )
A. 向左摆动 B. 向右摆动 C. 向前摆 D. 保持静止
【答案】A
【解析】
【分析】
【详解】当磁铁插入时,导致线圈磁通量发生变化,从而导致线圈中产生感应电动势,假设电路闭合,则由楞次定律可知,感应电流方向是从右极向下通过线圈再到左极,由于线圈相当于电源,因此左极电势高,所以带负电小球将向左摆动。
故选A。
5. 如图所示电路中,A、B、C为完全相同的三个灯泡,L是一直流电阻不可忽略的电感线圈。a、b为线圈L的左右两端点,原来开关S是闭合的,三个灯泡亮度相同。将开关S断开后,下列说法正确的是( )
A. a点电势高于b点,A灯闪亮后缓慢熄灭
B. a点电势低于b点,A灯立刻熄灭
C a点电势高于b点,B、C灯闪亮后缓慢熄灭
D. a点电势低于b点,B、C灯不会闪亮只是缓慢熄灭
【答案】D
【解析】
【详解】开关闭合时电路稳定后,三个灯泡亮度相同,说明流过三个灯泡的电流相等;开关断开时,电感线圈与三个灯泡组成闭合电路,电感线圈相当于电源,产生和原电流方向相同的感应电流,所以a点的电势低于b点电势,三个灯泡都不会闪亮,只是缓慢熄灭;
故选D。
6. 如图所示的交流电路中,理想变压器原线圈输入电压为,副线圈电路中R1、R2为定值电阻,P是滑动变阻器R的滑动触头,电压表V1、V2的示数分别为U1和U2;电流表A的示数为I。下列说法中正确的是( )
A. 变压器原、副线圈的匝数之比为
B. 副线圈回路中电流方向每秒钟改变50次
C. 当P向上滑动的过程中,增大,I减小
D. 当P向下滑动的过程中,R1消耗的功率增大,R2消耗的功率减小
【答案】D
【解析】
【详解】A.电压表V1测量原线圈输入电压,电压表V2测量滑动变阻器两端电压,并不是副线圈输出电压,根据变压比
可知,变压器原、副线圈的匝数之比不等于U1:U2,故A错误;
B.原线圈输入电压的角速度
ω=100π rad/s
周期为
一个周期内,电流方向改变两次,变压器不改变交流电的周期,所以副线圈回路中电流方向每秒钟改变100次,故B错误;
C.当P向上滑动的过程中,阻值增大,副线圈总阻值增大,原线圈输入电压不变,匝数不变,则副线圈输出电压不变,根据闭合电路欧姆定律可知,副线圈输出电流减小,则电阻R1两端电压减小,并联部分电压增大,电流表示数I增大,电压表示数U2增大,故C错误;
D.当P向下滑动的过程中,阻值减小,副线圈总阻值减小,原线圈输入电压不变,匝数不变,则副线圈输出电压不变,根据闭合电路欧姆定律可知,副线圈输出电流增大,则电阻R1两端电压增大,R1消耗的功率增大,并联部分电压减小,则R2消耗的功率减小,故D正确。
故选D。
7. 如图,在竖直平面内的xOy直角坐标系中,x轴上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B。在x轴上方有一个开口向下的长方体敞口粒子收集箱 abcd,x轴在 dc面上且与 dc边平行, bc长为L,a、b距y轴的距离均为L。位于原点O 的粒子源,沿xOy平面向x轴上方各个方向均匀发射相同的带正电粒子。已知粒子所带电荷量为q、质量为m、速度大小均为 不计粒子的重力、空气阻力及粒子间的相互作用,则( )
A. 粒子在磁场中做圆周运动的半径为2L
B. bc面 (不含b端)能收集到粒子
C. 有一半的粒子能被 ab 面收集
D. 收集箱收集到粒子在磁场中运动的最短时间为
【答案】C
【解析】
【详解】A.根据
可得粒子在磁场中做圆周运动的半径为,A错误;
B.由左手定则,结合几何关系可知,水平向右射出的粒子只能打到b点,可知bc面 (不含b端)不能收集到粒子,B错误;
C.沿y轴正向射出的粒子恰能打到a点,水平向右射出的粒子能打到b点,可知第一象限的粒子都能打到ab面上,即有一半的粒子能被 ab 面收集,C正确;
D.收集箱收集到的粒子运动时间最短时,在磁场中做圆周运动的弦长最短,即从ab的中点或者从d点射出时时间最短,由几何关系可知圆弧对应的圆心角为60°,则在磁场中运动的最短时间为 ,D错误。
故选C。
二、多选题(每题六分)
8. 下列关于教科书上的四幅插图,说法正确的是( )
A. 奥斯特利用(a)图实验装置发现了电磁感应现象
B. (b)图中,两根通电方向相反的长直导线相互排斥,是通过磁场实现的
C. 图(c)中只增大电压U,粒子可以获得更大的动能
D. 图(d)等离子体进入A、B极板之间稳定后,A极板电势低于B极板电势
【答案】BD
【解析】
【详解】A.奥斯特利用(a)图实验装置发现了电流的磁效应,故A错误;
B.(b)图中,两根通电方向相反的长直导线相互排斥,是通过磁场实现的,故B正确;
C.图(c)中,当粒子在磁场中的轨迹半径等于D形盒半径时,粒子的动能最大,由洛伦兹力提供向心力得
可得粒子的最大动能为
可知只增大电压U,粒子不可以获得更大的动能,故C错误;
D.图(d)中,根据左手定则可知,正离子受到的洛伦兹力向下,负离子受到的洛伦兹力向上,则B板带正电,A板带负电,A极板电势低于B极板电势,故D正确。
故选BD。
9. 如图甲所示,一个匝的圆形导体线圈面积,总电阻。在线圈内存在面积的垂直线圈平面向外的匀强磁场区域,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。有一个的电阻,将其与图甲中线圈的两端a、b分别相连接,其余电阻不计,下列说法正确的是( )
A. 0~4s内a、b间的电势差 B. 4~6s内a、b间的电势差
C. 0~4s内通过电阻R的电荷量为16C D. 4~6s内电阻R上产生的焦耳热为64J
【答案】BD
【解析】
【详解】A.0~4s内a、b间的感应电动势为
回路电流为
根据楞次定律可知,电流由b流至R回到a,a的电势低于b的电势;
0~4s内a、b间的电势差
故A错误;
B.4~6s内a、b间的感应电动势为
回路电流为
根据楞次定律可知,电流由a流至R回到b,a的电势高于b的电势;
4~6s内a、b间的电势差
解得
故B正确;
C.0~4s内通过电阻R的电荷量为
解得
故C错误;
D.4~6s内电阻R上产生的焦耳热为
解得
故D正确。
故选BD。
10. 如图所示,宽度为的光滑导轨水平放置,导轨左端有一阻值的电阻,矩形边界Ⅰ、Ⅱ内存在磁感应强度大小为,方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁场的间距均为。质量为的水平金属杆与导轨垂直,在水平恒力作用下由静止开始运动,进入磁场Ⅰ、Ⅱ时的速度相等。已知金属杆在导轨之间的电阻为,且与导轨接触良好,其余电阻不计,重力加速度为。下列说法正确的是( )
A. 金属杆刚进入磁场Ⅰ时端电势高于端电势
B. 金属杆穿过磁场Ⅰ的时间一定大于在两磁场之间的运动时间
C. 金属杆穿过磁场Ⅰ和磁场Ⅱ的过程中,电路中产生的总热量为
D. 金属杆穿过磁场Ⅰ的过程中通过电阻的电荷量为
【答案】BD
【解析】
【详解】A.刚进入磁场Ⅰ时,根据右手定则可知,金属杆端电势低于端电势,故A错误;
B.金属杆在进入磁场Ⅰ、Ⅱ时的速度相等,说明金属杆在磁场中做减速运动。当金属杆在磁场中时,根据
其中,,
所以
可知金属杆做加速度减小的减速运动,其进出磁场的图像如图所示
因为和图线与轴包围的面积相等(都为),所以,故B正确;
C.从刚进入磁场Ⅰ到刚进入磁场Ⅱ过程中,金属杆初末速度相等,即该过程中初末动能不变,根据能量守恒,外力所做的功全部转化为焦耳热,所以
所以穿过两个磁场过程中产生的热量,故C错误;
D.根据法拉第电磁感应定律,金属杆穿过磁场Ⅰ的过程中,产生的平均感应电动势为
通过电路中的电流
通过电阻的电荷量为
解得,故D正确。
故选BD。
第Ⅱ卷(非选择题)
三、实验题(每空2分)
11. 刘同学研究电磁感应现象的实验装置如图甲所示,该同学正确连接电路,闭合开关瞬间,发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
(1)闭合开关电路稳定后,该同学将滑动变阻器的滑片___________(填“向左”或“向右”)移动时,灵敏电流计的指针向右偏转。
(2)该同学继续用如图乙所示的实验装置来探究影响感应电流方向的因素,实验中发现感应电流从“+”接线柱流入灵敏电流计(指针向右偏转),螺线管的绕线方向在图丙中已经画出。若将条形磁铁向下插入螺线管时,指针向右偏转,则条形磁铁___________(填“上端”或“下端”)为N极。进一步实验发现,当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向___________(填“相同”或“相反”)。
【答案】 ①. 向右 ②. 上端 ③. 相同
【解析】
【详解】(1)[1]闭合开关时通过线圈B的磁通量增大,灵敏电流计的指针向左偏,则要使灵敏电流计的指针向右偏转,应使通过线圈B的磁场变弱(即通过线圈B的磁通量减小),通过线圈A的电流应减小,则滑动变阻器的滑片应该向右滑动。
(2)[2][3]根据题述电流方向可知,感应电流的磁场方向竖直向下,结合楞次定律可知,原磁场磁通量方向向上,即条形磁铁上端为N极。根据楞次定律可知,感应电流产生的磁场方向总是阻碍引起感应电流的原磁场磁通量的变化,当穿过螺线管的原磁场磁通量减小时,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
12. 实验小组要用实验室提供的器材测量一节干电池的电动势和内阻,同时测出未知电阻的阻值。器材有:一个待测定值电阻;一个多用电表;一个滑动变阻器R;电流表(约为,0~0.6A);电压表(约为,0~3V);被测干电池电动势约1.5V、内阻约;以及电键S、导线若干。
(1)先用多用电表的“”挡粗测定值电阻的阻值,指针偏转角度很大,下一步应将多用电表的挡位调至__________(填“”或“”)挡,重新欧姆调零,再次测量结果如图所示,则电阻的阻值为__________。
(2)有如图(a)、(b)所示两种测量电池电动势和内阻可供选择实验电路图。为使测量结果尽量准确,应选择__________(填“a”或“b”)电路图。
(3)连接好电路进行实验,记录多个电压表和电流表的示数,作出图线,如图所示,则该电池的电动势__________V,内阻__________(结果均保留两位小数)。
【答案】(1) ①. ②. 10
(2)a (3) ①. 1.47 ②. 0.73
【解析】
小问1详解】
[1][2]选用“”挡,指针偏转角度太大,说明选择的倍率偏大,应该换用小倍率“”挡;由图读出的阻值为。
【小问2详解】
a方案中实验的误差来源于电压表的分流作用,由于电压表的内阻很大,分流作用不明显,可以忽略,因此选择a方案误差小;b方案中实验的误差来源于电流表的分压,实验测得的电源内阻为电流表内阻和电源内阻之和,由于电源的内阻较小,因此实验的误差大。
【小问3详解】
[1][2]根据闭合电路的欧姆定律可得,变形得
可知图像的纵截距等于电源电动势,则有
图像的斜率绝对值等于电源的内阻,则有
四、解答题
13. 如图所示,线圈的面积是,共100匝,线圈的总电阻,外接电阻,匀强磁场的磁感应强度,线圈以角速度匀速转动。
(1)若线圈经过图示位置(线圈平面与磁感线垂直)时开始计时,写出线圈中感应电动势瞬时值的表达式;
(2)写出交变电流的瞬时值表达式;
(3)求线圈由图示位置转过的过程中,交变电动势的平均值。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)线圈中感应电动势的最大值为
线圈中感应电动势瞬时值
所以
(2)交变电流的最大值
所以电流的瞬时值表达式为
(3) 交变电动势的平均值
14. 如图所示中和为竖直方向的两平行长直金属导轨,间距为,电阻不计,导轨所在平面与磁感应强度为的匀强磁场垂直,质量为,电阻为的金属杆始终垂直于导轨,并与其保持光滑接触,导轨两端分别接有滑动变阻器和阻值为的电阻,当杆达到稳定状态时以速度匀速下滑,整个电路消耗的电功率为,试求:
(1)当做匀速运动时通过的电流大小;
(2)当做匀速运动时的速度大小;
(3)当做匀速运动时滑动变阻器接入电路的阻值。
【答案】(1);(2);(3)
【解析】
【详解】(1)根据题意可知,当作匀速运动时,由平衡条件有
又有
可得,当作匀速运动时,通过的电流为
(2)当作匀速运动时,重力的功率等于整个电路消耗的电功率,则有
解得
(3)根据题意可知,当作匀速运动时,感应电动势为
由闭合回路欧姆定律可得,回路的总电阻为
又有
解得
15. 在如图所示的平面坐标系内,第一象限内有电场强度方向沿轴负方向的匀强电场,第二、三象限内有垂直坐标平面向里的匀强磁场。一质量为,电荷量为的粒子,从坐标为(l,0)的A点以速度沿轴正方向射入电场,从坐标为(0,2l)的点离开电场,在磁场中运动后再次到达轴时刚好从坐标原点处经过。不计粒子重力。求:
(1)电场强度和磁感应强度的大小。
(2)带电粒子从A运动到经历的时间。
【答案】(1);(2)
【解析】
【详解】(1)带电粒子在电场中做类平抛运动
在垂直电场方向做匀速直线运动,则有
沿电场方向做匀变速直线运动,则有
在电场中,根据牛顿第二定律有
联立解得
设粒子入射到磁场速度大小为v,与y轴夹角为,则有
解得
设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为,由几何关系可得
根据洛伦兹力提供向心力,故有
解得
代入数据,解得
(2)粒子在电场中运动的时间为
粒子在磁场中运动周期为
由图可知,粒子转过的圆心角为,粒子在磁场中运动时间为
解得
则总时间为
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