题目内容

（12分）半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有质量为m、带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，如图所示，珠子所受静电力是其重力的倍。将珠子从环最低位置A点静止释放，求：

（1）珠子所能获得的最大动能；
（2）最大动能位置圆环对珠子作用力大小；
（3）珠子运动到最高点B点位置。

解析试题分析：设重力和电场力合力为F，F＝2mg
（1）由动能定理可得Ek =Fr(1-cos60°)  Ek＝mgr
（2）由牛顿第二定律：FN－F＝m，FN＝4mg
（3）设最高点B和圆心连线与电场夹角为θ，则由动能定理有：
qErcosθ－mgr(1+sinθ)=0   θ=30°
考点：带电粒子在匀场电场中的运动鞋与动能定理、牛顿第二定律相结合

练习册系列答案
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（14分）、传送带和水平面的夹角为37°，完全相同的两轮和皮带的切点A、B间的距离为24m， B点右侧（B点在场的边缘）有一上下无限宽左右边距为d的正交匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上，匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度B=103T.传送带在电机带动下，以4m/s速度顺时针匀速运转，现将质量为m=0.1kg，电量q=+10-2C的物体(可视为质点)轻放于传送带的A点，已知物体和传送带间的摩擦系数为μ=0.8，物体在运动过程中电量不变，重力加速度取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8.求：

（1）物体从A点传送到B点的时间？
（2）若物体从B点进入混合场后做匀速圆周运动，则所加的电场强度的大小E应为多少？物体仍然从混合场的左边界出混合场，则场的右边界距B点的水平距离d至少等于多少？

（8分）如图所示，空间存在着电场强度E＝2.5×102 N/C、方向竖直向上的匀强电场，在电场内一长为L＝0.5 m的绝缘细线一端固定于O点，另一端拴着质量m＝0.5 kg电荷量q＝4×10－2 C的小球。现将细线拉至水平位置，将小球由静止释放，当小球运动到最高点时细线受到的拉力恰好达到它能承受的最大值而断裂。取g＝10 m/s2。求：

(1)小球的电性；
(2)细线能承受的最大拉力值。

(18分) 如图甲所示，长为l、相距为d的两块正对的平行金属板AB和CD与一电源相连（图中未画出电源），B、D为两板的右端点，两板间电压的变化如图乙所示，在金属板B、D端的右侧有一与金属板垂直放置的荧光屏MN，荧光屏距B、D端的距离为l，质量为m，电荷量为e的电子以相同的初速度v0从极板左边中央沿平行极板的直线O1O2连续不断地射入。已知所有的电子均能够从金属板间射出，且每个电子在电场中运动的时间与电压变化的周期相等，忽略极板边缘处电场的影响，不计电子的重力以及电子之间的相互作用。求

（1）t=0和t=T/2时刻进入两板间的电子到达金属板B、D端界面时偏离O1O2的距离之比
（2）两板间电压U0的最大值
（3）电子在荧光屏上分布的最大范围

（18分）如图所示，平面直角坐标系中，在第二象限内有竖直放置的两平行金属板，其中右板开有小孔；在第一象限内存在内、外半径分别为、R的半圆形区域，其圆心与小孔的连线与x轴平行，该区域内有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里：在区域内有电场强度为E的匀强电场，方向与x轴负方向的夹角为60°。一个质量为m，带电量为－q的粒子（不计重力），从左金属板由静止开始经过加速后，进入第一象限的匀强磁场。求

（1）若两金属板间的电压为U，粒子离开金属板进入磁场时的速度是多少：
（2）若粒子在磁场中运动时，刚好不能进入的中心区域，此情形下粒子在磁场中运动的速度大小。
（3）在（2）情形下，粒子运动到的区域，它第一次在匀强电场中运动的时间。

一个“”形导轨PONQ，其质量为M="2.0" kg，放在光滑绝缘的水平面上，处于匀强磁场中，另有一根质量为m="0.60" kg的金属棒CD跨放在导轨上，CD与导轨的动摩擦因数是0.20，CD棒与ON边平行，左边靠着光滑的固定立柱a、b，匀强磁场以ab为界，左侧的磁场方向竖直向上（图中表示为垂直于纸面向外），右侧磁场方向水平向右，磁感应强度的大小都是0.80 T，如图所示。已知导轨ON段长为0.50 m，电阻是0.40 Ω，金属棒CD的电阻是0.20 Ω，其余电阻不计.导轨在水平拉力作用下由静止开始以0.20 m/s2的加速度做匀加速直线运动，一直到CD中的电流达到4.0 A时，导轨改做匀速直线运动.设导轨足够长，取g=10 m/s2。求：

⑴导轨运动起来后，C、D两点哪点电势较高？
⑵导轨做匀速运动时，水平拉力F的大小是多少？
⑶导轨做匀加速运动的过程中，水平拉力F的最小值是多少？
⑷CD上消耗的电功率为P="0.80" W时，水平拉力F做功的功率是多大？

（18分）如图所示，在xOy平面中第一象限内有一点P(4，3)，OP所在直线下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，OP上方有平行于OP向上的匀强电场，电场强度E＝100V/m。一质量m＝1×10－6kg，电荷量q＝2×10－3C带正电的粒子，从坐标原点O以初速度v＝1×103m/s垂直于磁场方向射入磁场，经过P点时速度方向与OP垂直并进入电场，在经过电场中的M点(图中未标出)时的动能为P点时动能的2倍，不计粒子重力。求：
 
(1)磁感应强度的大小；
(2)O、M两点间的电势差；
(3)M点的坐标及粒子从O运动到M点的时间。

(18分)有一个1000匝的矩形线圈，两端通过导线与平行金属板AB相连（如图所示），线圈中有垂直纸面向外的匀强磁场；已知AB板长为，板间距离为。当穿过线圈的磁通量增大且变化率为时，有一比荷为的带正电粒子以初速度从上板的边缘射入板间，并恰好从下板的边缘射出；之后沿直线MN运动，又从N点射入另一垂直纸面向外磁感应强度为的圆形匀强磁场区(图中未画出)，离开圆形磁场时速度方向偏转了。不计带电粒子的重力。试求

（1）AB板间的电压
（2）的大小
（3）圆形磁场区域的最小半径

如图甲所示足够长的平行光滑金属导轨ab、cd倾斜放置，两导轨之间的距离为L＝0.5m，导轨平面与水平面间的夹角为θ＝30°，导轨上端a、c之间连接有一阻值为R1＝4Ω的电阻，下端b、d之间接有一阻值为R2＝4Ω的小灯泡。有理想边界的匀强磁场垂直于导轨平面向上，虚线ef为磁场的上边界，ij为磁场的下边界，此区域内的感应强度B，随时间t变化的规律如图乙所示，现将一质量为m＝0.2kg的金属棒MN，从距离磁场上边界ef的一定距离处，从t＝0时刻开始由静止释放，金属棒MN从开始运动到经过磁场的下边界ij的过程中，小灯泡的亮度始终不变。金属棒MN在两轨道间的电阻r＝1Ω，其余部分的电阻忽略不计，ef、ij边界均垂直于两导轨。重力加速度g＝10m/s2。求：

（1）小灯泡的实际功率；
（2）金属棒MN穿出磁场前的最大速率；
（3）整个过程中小灯泡产生的热量。

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