高中物理竞赛习题专题九：电磁感应 磁场能量
1.有两根相距为d 的无限长平行直导线，它们通以大小相等流向相反的电流，且电流均以
t
I
d d 的变化率增长．若有一边长为d 的正方形线圈与两导线处于同一平面内，如图所示．求线圈中的感应电动势．
解1 穿过面元ｄS 的磁通量为
()x d x
I
μx d d x I μΦd π2d π2d d d d 0021-+=
?+?=?=S B S B S B
因此穿过线圈的磁通量为
()4
3ln π2d π2d π2d 020
20Id μx x Id μx d x Id μΦΦd d d
d
=-+==??
?
再由法拉第电磁感应定律，有
t
I d μt ΦE d d 43ln π2d d 0??? ??=-
=
2.长为L 的铜棒，以距端点r 处为支点，以角速率ω绕通过支点且垂直于铜棒的轴转动.设磁感强度为B 的均匀磁场与轴平行，求棒两端的电势差．
解 如图（ａ）所示，在棒上距点O 为l 处取导体元ｄl ，则
()()r L lB ωl lB ωE L-r
r AB
AB 22
1
d d --=-=??=??
-l B v
因此棒两端的电势差为
()r L lB ωE U AB AB 22
1
--==
3.如图所示，长为L 的导体棒OP ，处于均匀磁场中，并绕OO ′轴以角速度ω旋转，棒与转轴间夹角恒为θ，磁感强度B 与转轴平行．求OP 棒在图示位置处的电动势．
解 由上分析，得
()l B d ??=?
OP
OP E v
l αB l
o d cos 90sin ?=v
()()
l θB θωl
o d 90cos sin ?-=l
()?=
=L
θL B ωl l θB ω0
22sin 2
1d sin 由矢量B ?v 的方向可知端点P 的电势较高．
4.如图（ａ）所示，金属杆AB 以匀速12.0m s -=?v 平行于一长直导线移动，此导线通有电流I ＝40A ．求杆中的感应电动势，杆的哪一端电势较高？
解1 根据分析，杆中的感应电动势为
()V 1084.311ln 2π
d 2πd d 50m
1.1m 1.00-?-=-=-==??=??
v
v v I μx x μxl E AB
AB l B 式中负号表示电动势方向由B 指向A ，故点A 电势较高．
5.有一长为l ，宽为b 的矩形导线框架，其质量为m ，电阻为R ．在t ＝0时，框架从距水平面y ＝0 的上方h 处由静止自由下落，如图所示．磁场的分布为：在y ＝0 的水平面上方没有磁场；在y ＝0 的水平面下方有磁感强度为B 的均匀磁场，B 的方向垂直纸面向里．已知框架在时刻t1 和t2 的位置如图中所示．求在下述时间内，框架的速度与时间的关系：
（1） t1 ≥t ＞0，即框架进入磁场前；（2） t2 ≥t ≥t1 ，即框架进入磁场， 但尚未全部进入磁场；（3）t ＞t2 ，即框架全部进入磁场后．
解 （1） 根据分析，在1t t ≤时间内，线框为自由落体运动，于是
()11t t gt ≤=v 其中1t t =时，gh 2101==v v
（2） 线框进入磁场后，受到向上的安培力为
v R
l B IlB F A 2
2==
根据牛顿运动定律，可得线框运动的微分方程
t
v m v d d 22=-R l B mg
令mR
l B K 2
2=，整理上式并分离变量积分，有
??
=-t t t g 1
10
d d v
v Kv v
积分后将gh 210=
v 代入，可得
()()[]
121
2t t K e gh K g g K
----=
v （3） 线框全部进入磁场后（t ＞t 2），作初速为v 20 的落体运动，故有
()()()[]
()222031221
t t g e gh K g g K
t t g t t K -+--=
-+=--v v 6.在半径为R 的圆柱形空间中存在着均匀磁场，B 的方向与柱的轴线平行．如图（ａ）所示，有一长为l 的金属棒放在磁场中，设B 随时间的变化率t
B
d d 为常量．试证：棒上感应电动势的大小为
分析 变化磁场在其周围激发感生电场，把导体置于感生电场中，导体中的自由电子就会在电场力的作用下移动，在棒内两端形成正负电荷的积累，从而产生感生电动势．由于本题的感生电场分布与上题所述情况完全相同，故可利用上题结果，由??=
l
k
E l E
d 计算棒上感生电动
势．此外，还可连接OP 、OQ ，设想PQOP 构成一个闭合导体回路，用法拉第电磁感应定律求解，由于OP 、OQ 沿半径方向，与通过该处的感生电场强度E k 处处垂直，故0d =?l E k ，OP 、OQ 两段均无电动势，这样，由法拉第电磁感应定律求出的闭合回路的总电动势，就是导体棒PQ 上的电动势．
解； 由法拉第电磁感应定律，有
2
2Δ22d d d d d d ??
?
??-==-==l R l t B t B S t ΦE E PQ
7. 截面积为长方形的环形均匀密绕螺绕环，其尺寸如图（ａ）所示，共有N 匝（图中仅
画出少量几匝），求该螺绕环的自感L ．
分析 如同电容一样，自感和互感都是与回路系统自身性质（如形状、匝数、介质等）有关的量．求自感L 的方法有两种：1．设有电流I 通过线圈，计算磁场穿过自身回路的总磁通量，再用公式I
Φ
L =计算L ．2．让回路中通以变化率已知的电流，测出回路中的感应电动势E L ，由公式t I E L L d /d =
计算L ．式中E L 和t
I
d d 都较容易通过实验测定，所以此方法一般适合于工程中．此
外，还可通过计算能量的方法求解．
解 用方法1 求解，设有电流I 通过线圈，线圈回路呈长方形，如图（ｂ）所示，由安培环路定理可求得在R 1 ＜r ＜R 2 范围内的磁场分布为
x
NI
μB π20=
由于线圈由N 匝相同的回路构成，所以穿过自身回路的磁链为
1
2
200ln π2d π2d 2
1
R R hI N μx h x NI μN N ψS
R R ==?=??
S B 则
1
2
20ln π2R R h N μI ψL =
若管中充满均匀同种磁介质，其相对磁导率为μr ，则自感将增大μr 倍
8.有两根半径均为a 的平行长直导线，它们中心距离为d ．试求长为l 的一对导线的自感（导线内部的磁通量可略去不计）．
分析 两平行长直导线可以看成无限长但宽为d 的矩形回路的一部分．设在矩形回路中通有逆时针方向电流I ，然后计算图中阴影部分（宽为d 、长为l ）的磁通量．该区域内磁场可以看成两无限长直载流导线分别在该区域产生的磁场的叠加．
解 在如图所示的坐标中，当两导线中通有图示的电流I 时，两平行导线间的磁感强度为
()
r d I
μr I μB -+=
π2π200 穿过图中阴影部分的磁通量为
a
a d l μr Bl ΦS
a
d a
-=
=?=??
-ln πd d 0S B 则长为l 的一对导线的自感为
a
a
d l μI ΦL -==
ln π0 如导线内部磁通量不能忽略，则一对导线的自感为212L L L +=．L 1 称为外自感，即本题已求出的L ，L 2 称为一根导线的内自感．长为l 的导线的内自感8π
02l μL =，有兴趣的读者可自行求解．
9. 如图所示，两同轴单匝线圈A 、C 的半径分别为R 和r ，两线圈相距为d ．若r 很小，可认为线圈A 在线圈C 处所产生的磁场是均匀的．求两线圈的互感．若线圈C 的匝数为N 匝，则互感又为多少？
解 设线圈A 中有电流I 通过，它在线圈C 所包围的平面内各点产生的磁 感强度近似为
(
)
2
/322
2
02d
R IR μB +=
穿过线圈C 的磁通为
(
)
22
/3222
0π2r d
R IR μBS ψC +=
=
则两线圈的互感为
()
2
/3222
202πd R R r μI ψM +==
若线圈C 的匝数为N 匝，则互感为上述值的N 倍．
10.如图所示，螺绕环A 中充满了铁磁质，管的截面积S 为2.0 cm2 ，沿环每厘米绕有100 匝线圈，通有电流I1 ＝4.0 ×10 －2 A ，在环上再绕一线圈C ，共10 匝，其电阻为0.10 Ω，今将开关Ｓ 突然开启，测得线圈C 中的感应电荷为2.0 ×10 －3 C ．求：当螺绕环中通有电流I1 时，铁磁质中的B 和铁磁质的相对磁导率μr ．
分析 本题与题８ －８ 相似，均是利用冲击电流计测量电磁感应现象中通过回路的电荷的方法来计算磁场的磁感强度．线圈C 的磁通变化是与环形螺线管中的电流变化相联系的． 解 当螺绕环中通以电流I 1 时，在环内产生的磁感强度
110I n μμB r =
则通过线圈C 的磁链为
S I n μμN BS N ψr c 11022==
设断开电源过程中，通过C 的感应电荷为q C ，则有
()R
S I n μμN ψR ψR qc r c c 110201Δ1=--=-
= 由此得
T 10.02110==
=S
N Rqc
I n μμB r 相对磁导率
1991
102==
I n μS N Rqc
μr
11.一个直径为0.01 m ，长为0.10 m 的长直密绕螺线管，共1 000 匝线圈，总电阻为7.76 Ω．求：（1） 如把线圈接到电动势E ＝2.0 V 的电池上，电流稳定后，线圈中所储存的磁能有多少？ 磁能密度是多少？*（2） 从接通电路时算起，要使线圈储存磁能为最大储存磁能的一半，需经过多少时间？
分析 单一载流回路所具有的磁能，通常可用两种方法计算：（1） 如回路自感为L （已知或很容易求得），则该回路通有电流I 时所储存的磁能2
2
1LI W m =
，通常称为自感磁能．（2） 由于载流回路可在空间激发磁场，磁能实际是储存于磁场之中，因而载流回路所具有的能量又可看作磁场能量，即V w W V
m
m d ?=
，式中m
w
为磁场能量密度，积分遍及磁场存在的空间．由于
μ
B w m 22
=，因而采用这种方法时应首先求载流回路在空间产生的磁感强度B 的分布．上述两种
方法还为我们提供了计算自感的另一种途径，即运用
V w LI V m d 2
12
?=求解L ．
解 （1） 密绕长直螺线管在忽略端部效应时，其自感l
S
N L 2=，电流稳定后，线圈中电流
R
E
I =
，则线圈中所储存的磁能为 J 1028.322152
2
202-?===lR
SE N μLI W m 在忽略端部效应时，该电流回路所产生的磁场可近似认为仅存在于螺线管
中，并为均匀磁场，故磁能密度m w 处处相等，3m J 17.4-?==
SL
W w m
m （2） 自感为L ，电阻为R 的线圈接到电动势为E 的电源上，其电流变化规律???
? ??-=-t L R
e R E I 1，当电流稳定后，其最大值R
E
I m =
按题意1??????=22212121m LI LI ，则R E I 22=，将其代入???
? ??-=-t L R e R E I 1中，得 ()
s 1056.122ln 221ln 4
-?=+=??????--
=R
L R L t
高中物理《磁场》典型题(经典推荐) 一、单项选择题 1．下列说法中正确的是（ ） A ．在静电场中电场强度为零的位置，电势也一定为零 B ．放在静电场中某点的检验电荷所带的电荷量q 发生变化时，该检验电荷所受电场力F 与其电荷量q 的比值保持不变 C ．在空间某位置放入一小段检验电流元，若这一小段检验电流元不受磁场力作用，则该位置的磁感应强度大小一定为零 D ．磁场中某点磁感应强度的方向，由放在该点的一小段检验电流元所受磁场力方向决定 2．物理关系式不仅反映了物理量之间的关系，也确定了单位间的关系。如关系式U=IR ，既反映了电压、电流和电阻之间的关系，也确定了V （伏）与A （安）和Ω（欧）的乘积等效。现有物理量单位：m （米）、s （秒）、N （牛）、J （焦）、W （瓦）、C （库）、F （法）、A （安）、Ω（欧）和T （特） ，由他们组合成的单位都与电压单位V （伏）等效的是( ) A ．J/C 和N/C B ．C/F 和/s m T 2? C ．W/A 和m/s T C ?? D ．ΩW ?和m A T ?? 3．如图所示，重力均为G 的两条形磁铁分别用细线A 和B 悬挂在水平的天 花板上，静止时，A 线的张力为F 1，B 线的张力为F 2，则（ ） A ．F 1 =2G ，F 2=G B ．F 1 =2G ，F 2>G C ．F 1<2G ，F 2 >G D ．F 1 >2G ，F 2 >G 4．一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1s 时间内均匀地增大到原来的两倍，接着保持增大后的磁感应强度不变，在1s 时间内，再将线框的面积均匀地减小到原来的一半，先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为（ ） A ．1/2 B ．1 C ．2 D ．4 5．如图所示，矩形MNPQ 区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有5个带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧，这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示，由以上信息可知，从图中a 、b 、c 处进入
高中物理磁场大题 一．解答题（共30小题） 1．如图甲所示，建立Oxy坐标系，两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l，第一四象限有磁场，方向垂直于Oxy平面向里．位于极板左侧的粒子源沿x轴间右连续发射质量为m、电量为+q、速度相同、重力不计的带电粒子在0～3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压（不考虑极边缘的影响）．已知t=0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场．上述m、q、l、t0、B为已知量．（不考虑粒子间相互影响及返回板间的情况） （1）求电压U0的大小． （2）求t0时进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径． （3）何时射入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间．2．如图所示，在xOy平面内，0＜x＜2L的区域内有一方向竖直向上的匀强电场，2L＜x＜3L的区域内有一方向竖直向下的匀强电场，两电场强度大小相等．x＞3L 的区域内有一方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场．某时刻，一带正电的粒子从坐标原点以沿x轴正方向的初速度v0进入电场；之后的另一时刻，一带负电粒子以同样的初速度从坐标原点进入电场．正、负粒子从电场进入磁场时速度方向与电场和磁场边界的夹角分别为60°和30°，两粒子在磁场中分别运动半周后在某点相遇．已经两粒子的重力以及两粒子之间的相互作用都可忽略不计，两粒子带电量大小相等．求： （1）正、负粒子的质量之比m1：m2； （2）两粒子相遇的位置P点的坐标；
（3）两粒子先后进入电场的时间差． 3．如图所示，相距为R的两块平行金属板M、N正对着放置，s1、s2分别为M、N板上的小孔，s1、s2、O三点共线，它们的连线垂直M、N，且s2O=R．以O为圆心、R为半径的圆形区域内存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场．D为收集板，板上各点到O点的距离以及板两端点的距离都为2R，板两端点的连线垂直M、N板．质量为m、带电量为+q的粒子，经s1进入M、N间的电场后，通过s2进入磁场．粒子在s1处的速度和粒子所受的重力均不计． （1）当M、N间的电压为U时，求粒子进入磁场时速度的大小υ； （2）若粒子恰好打在收集板D的中点上，求M、N间的电压值U0； （3）当M、N间的电压不同时，粒子从s1到打在D上经历的时间t会不同，求t的最小值． 4．如图所示，直角坐标系xoy位于竖直平面内，在?m≤x≤0的区域内有磁感应强度大小B=4.0×10﹣4T、方向垂直于纸面向里的条形匀强磁场，其左边界与x轴交于P点；在x＞0的区域内有电场强度大小E=4N/C、方向沿y轴正方向的条形匀强电场，其宽度d=2m．一质量m=6.4×10﹣27kg、电荷量q=﹣3.2×10?19C 的带电粒子从P点以速度v=4×104m/s，沿与x轴正方向成α=60°角射入磁场，经电场偏转最终通过x轴上的Q点（图中未标出），不计粒子重力．求：
《磁场》学习效果自我评估检测题一 班级 姓名 一、选择题（本题共8小题，每小题至少有一答案正确,) １、如图所示，一束带负电粒子沿着水平方向向右飞过磁针正上方, 磁针Ｎ极将………（ ) A 、向纸内偏转 B 、向纸外偏转 C 、不动 D 、无法确定 2、下列说法正确的是………………………………………………………………………( ） A 、磁感线上某点切线方向就是该点磁感强度方向 B 、沿着磁感线方向磁感强度越来越小 C 、磁感线越密的地方磁感强度越大 D 、磁感线是客观存在的真实曲线 3、下列说法正确的是………………………………………………………………………（ ) A 、一小段通电导线放在某处不受磁场力作用，则该处磁感强度为零 B 、由IL F B = 可知，磁感强度大小与放入该处的通电导线I 、L 的乘积成反比 Ｃ、因为IL F B =，故导线中电流越大,其周围磁感强度越小 D 、磁感强度大小和方向跟放在磁场中通电导线所受力的大小和方向无关 ４、关于洛伦兹力,以下说法正确的是……………………………………………………( ) A 、带电粒子运动时不受洛伦兹力作用，则该处的磁感强度为零 Ｂ、磁感强度、洛伦兹力、粒子的速度三者之间一定两两垂直 C 、洛伦兹力不会改变运动电荷的速度 D 、洛伦兹力对运动电荷一定不做功 5、在回旋加速器中……………………………………………………………………………（ A 、电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转 B 、电场和磁场同时用来加速带粒子 Ｃ、在确定的交流电源下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大 D 、同一带电粒子得到的最大动能只与交流电源的电压大小有关,而与电源的频率无关 6、如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在它的正中央上方固定一直导线,导线与磁场垂直，若给导线通以垂直于纸面向里的电流，则………………………………………（ ) A 、磁铁对桌面压力增大 B 、磁场对桌面压力减小 C 、桌面对磁铁没有摩擦力 Ｄ、磁铁所受合力不为零 7、如图,a 、b 、c 、ｄ是四根长度相同，等间距地被竖直固定在同一平面上的通电长直导线,当它们通以大小相等,方向如图的电流时，各导线所受磁场力的合力情况是( ） Ａ、导线ａ受力方向向左 B 、导线ｂ受力方向向左 C 、导线c 受力方向向左 D 、导线d 受力方向向右 ８、一个带电粒子沿垂直于磁场的方向射入一匀强磁场,粒子的一段径迹如图所示，径迹上的每一小段都可近似看成圆弧，由于带电粒子使沿途的空气电离,粒子的能量逐渐减小,(电荷不变），从图中可以确定…………………………………………………………（ ) v N I
初中物理竞赛练习题 一、选择题 1、物理小组的同学想利用闪电和雷声的时间间隔计算闪电发生位置到他们的距离，以下是四位同学提出的不同方案，其中计算结果误差最小的应该是( ) A．记录刚刚看到闪电至刚刚听到雷声的时间，再乘以声速 B．记录刚刚看到闪电至雷声刚刚结束的时间，再乘以声速 C．由两位同学分别按选项A、B两种方法测量时间，求平均值后，再乘以声速 D．由一位同学按照选项A的方法，多测几次对应不同闪电与雷声的时间间隔，求平均值后，再乘以声速 2、我国不少地区把阴霾天气现象并入雾，一起作为灾害性天气，统称为“雾霾天气”。关于雾和霾的认识，下列说法中正确的是（） A．霾是大量的小水滴或冰晶浮游在近地面空气层中形成的 B．雾和霾是两种不同的天气现象 C．雾是由悬浮在大气中的大量微小尘粒、烟粒或盐粒等颗粒形成的 D．雾和霾是同一个概念的两种不同说法 3、如图所示，金属球甲和金属环乙用同种材料制成．室温环境下，甲球恰好能穿过乙环．则（） A．在同一高温环境下同时加热短暂时间后，球不能穿过环 B．在同一高温环境下同时加热足够长时间后，球不能穿过环 C．在同一低温环境下同时冷却短暂时间后，球不能穿过环 D．在同一低温环境下同时冷却足够长时间后，球不能穿过环 4、实验是学习科学的重要方法。以下是四位同学通过实验得出的结论，其中正确的是( ) A．在测试反应快慢的实验中，被测者接到尺的部位越靠近上端，说明反应越快 B．将两本书相对放在一起并向中间移动，看到书本向上隆起，证明地球板块在不断运动 C．用力拉弹簧，弹簧伸长，用力压弹簧，弹簧缩短，证明力的作用效果跟力的方向有关 D．将稀盐酸加入到某固体中，发现有气泡产生，证明该固体是碳酸盐 5、分别用铁和铝做成两个外部直径和高度相等，但内径不等的圆柱形容器，铁杯装满质量为m1的水后总重为 G1；铝杯装满质量为m2的水后总重为G2。下列关系不可能正确的是（） A．G1
一. 质谱仪问题 1.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具．它的构造原理如图所示，离子源S产生带电量为q的某种正离子，离子射出时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上．实验测得：它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子束流的电流为I．请回答下列问题： （1）在时间t内射到照相底片P上的离子的数目为多少？ （2）单位时间穿过入口处S1离子束流的能量为多少？ （3）试证明这种离子的质量为． 2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场(加速电场极板间的距离为d、电势差为U) 加速，然后垂直进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中做匀速圆周运动，最后到达 记录它的照相底片P上．设离子在P上的位置与入口处S1之间的距离为x. (1)求该离子的荷质比． (2)若离子源产生的是带电量为q、质量为m1和m2的同位素离子(m1> m2)，它们分 别到达照相底片上的P1、P2位置(图中末画出)，求P1、P2间的距离△x。 (3)若第(2)小题中两同位素离子同时进入加速电场，求它们到达照相底片上的时间差△t(磁场边界与靠近磁场边界的极板间的距离忽略不计)． 二. 弧形轨迹问题 1.如图所示，一足够长的矩形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场，在ad边中点O，方向垂直磁场向里射入一速度方向跟ad边夹角θ=30°、大小为v0的带正电粒子，已知粒子质量为m，电量为q，ad边长为L，ab边足够长，粒子重力不计，求： （1）粒子能从ab边上射出磁场的v0大小范围． （2）如果带电粒子不受上述v0大小范围的限制，求粒子在磁场中运动的最 长时间． 2.如图所示，在矩形abcd区域内存在着匀强磁场，甲、乙两带电粒子从顶角c处沿cd方向射入磁场，甲从p处射出，乙从q处射出，已知甲的比荷是乙的比荷的2倍，cp连线和cq连线与cd边分别成60°和30°角，不计两粒子的重力．
物理竞赛练习题《电场》 班级____________座号_____________姓名_______________ 1、半径为R的均匀带电半球面，电荷面密度为σ，求球心处的电场强度。 2、有一均匀带电球体，半径为R，球心为P，单位体积内带电量为ρ，现在球体内挖一球形空腔，空腔的球心为S，半径为R/2，如图所示，今有一带电量为q，质量为m的质点自L点（LS⊥PS）由静止开始沿空腔内壁滑动，不计摩擦和质点的重力，求质点滑动中速度的最大值。
3、在-d ≤x ≤d 的空间区域内，电荷密度ρ>0为常量，其他区域均为真空。若在x =2d 处将质量为m 、电量为q （q <0）的带电质点自静止释放。试问经多长时间它能到达x =0的位置。 4、一个质量为M 的绝缘小车，静止在光滑水平面上，在小车的光滑板面上放一个质量为m 、带电量为+q 的带电小物体（可视为质点），小车质量与物块质量之比M ：m =7：1,物块距小车右端挡板距离为l ，小车车长为L ，且L =1.5l 。如图所示，现沿平行于车身方向加一电场强度为E 的水平向右的匀强电场，带电小物块由静止开始向右运动，之后与小车右挡板相碰，碰后小车速度大小为碰前物块速度大小的1/4。设小物块滑动过程中及其与小车相碰过程中，小物块带电量不变。 （1）通过分析与计算说明，碰撞后滑块能否滑出小车的车身？ （2）若能滑出，求由小物块开始运动至滑出时电场力对小物块所做的功;若不能滑出，求小物块从开始运动至第二次碰撞时电场力对小物块所做的功。
E 物理竞赛练习题 《电势和电势差》 班级____________座号_____________姓名_______________ 1、两个电量均为q =3.0×10-8C 的小球，分别固定在两根不导电杆的一端，用不导电的线系住这两端。将两杆的另一端固定在公共转轴O 上，使两杆可以绕O 轴在图面上做无摩擦地转动，线和两杆长度均为l =5.0cm 。给这系统加上一匀强电场，场强E =100kV/m ，场强方向平行图面且垂于线。某一时刻将线烧断，求当两个小球和转轴O 在同一条直线上时，杆受到的压力（杆的重力不计）。 2、半径为R 的半球形薄壳，其表面均匀分布面电荷密度为σ的电荷，求该球开口处圆面上任一点的电势。 3、如图所示，半径为r 的金属球远离其他物体，通过R 的电阻器接地。电子束从远处以速度v 落到球上，每秒钟有n 个电子落到球上。试求金属球每秒钟释放的热量及球上电量。
高中物理 几种常见的磁场练习题 一、选择题 1、对于通有恒定电流的长直螺线管，下列说法中正确的是( ) A ．放在通电螺线管外部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的S 极 B ．放在通电螺线管外部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的N 极 C ．放在通电螺线管内部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的S 极 D ．放在通电螺线管内部的小磁针静止时，它的N 极总是指向螺线管的N 极 解析：由通电螺线管周围的磁感线分布知在外部磁感线由螺线管的N 极指向S 极，在 内部由S 极指向N 极，小磁针静止时N 极指向为该处磁场方向．答案：AD 2、如上图所示ab 、cd 是两根在同一竖直平面内的直导线，在两导线中央悬挂一个小磁针，静止时在同一竖直平面内，当两导线中通以大小相等的电流时，小磁针N 极向纸面里转动，则两导线中的电流方向( ) A ．一定都是向上 B ．一定都是向下 C ．ab 中电流向下，cd 中电流向上 D ．ab 中电流向上，cd 中电流向下 解析：小磁针所在位置跟两导线距离相等，两导线中的电流在该处磁感应强度大小相等，小磁针N 极向里转说明合磁感应强度方向向里，两电流在该处的磁感应强度均向里，由安培定则可判知ab 中电流向上，cd 中电流向下，D 正确． 答案：D 3、如上图所示，矩形线圈abcd 放置在水平面内，磁场方向与水平方向成 α角，已知sin α＝45，线圈面积为S ，匀强磁场的磁感应强度为B ，则通过线 圈的磁通量为( ) A ．BS B.4BS 5 C.3BS 5 D.3BS 4 解析：B 与S 有夹角α，则Φ＝BS sin α＝45 BS .答案：B 4、如下图所示，a 、b 是两根垂直纸面的直导体通有等值的电流，两导线外有一点P ，P 点到a 、b 距离相等，要使P 点的磁场方向向右，则a 、b 中电流的方向为( ) A ．都向纸里 B ．都向纸外 C ．a 中电流方向向纸外，b 中向纸里 D ．a 中电流方向向纸里，b 中向纸外 解析：a 、b 中电流等值，P 点与a 、b 等距，故a 、b 中电流在P 点磁感应强度大小相等，P 点合磁感应强度水平向右，以平行四边形定则和安培定则可判知a 中电流向外，b 中电流向里，C 正确． 5、如图，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I 1和I 2，且 I 1＞I 2；a 、b 、c 、d 为导线某一横截面所在平面内的四点，且a 、b 、c 与两导线 共面；b 点在两导线之间，b 、d 的连线与导线所在平面垂直．磁感应强度可能 为零的点是( ) A ．a 点 B ．b 点 C ．c 点 D ．d 点 解析：根据右手螺旋定则，I 1和I 2虽然在a 点形成的磁感应强度的方向相反，但由于I 1＞I 2，且a 点距I 1较近，a 点的磁感应强度的方向向上，所以不可能为零，A 错；同理c 点的磁感应强度可能为零，C 正确；I 1，I 2在b 点形成的磁感应强度的方向相同，不可能为零，B 错；因b 、d 的连线与导线所在平面垂直，d 点也在两导线之间，I 1、I 2在d 点形成的磁感应强度的方向不可能相反，磁感应强度不可能为零，D 错．答案：C
评卷人得分 一、选择题 1．如图所示，一电荷量为q的负电荷以速度v射入匀强磁场中．其中电荷不受洛仑兹力的是() A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 由图可知，ABD图中带电粒子运动的方向都与粗糙度方向垂直，所以受到的洛伦兹力都等于qvB，而图C中，带电粒子运动的方向与磁场的方向平行，所以带电粒子不受洛伦兹力的作用．故C正确，ABD错误．故选C. 2．如图所示为电流产生磁场的分布图，其中正确的是() A. B. C. D. 【答案】D 【解析】 A中电流方向向上，由右手螺旋定则可得磁场为逆时针（从上向下看），故A错误；B 图电流方向向下，由右手螺旋定则可得磁场为顺时针（从上向下看），故B错误；C图中电流为环形电流，由由右手螺旋定则可知，内部磁场应向右，故C错误；D图根据图示电流方向，由右手螺旋定则可知，内部磁感线方向向右，故D正确；故选D. 点睛：因磁场一般为立体分布，故在判断时要注意区分是立体图还是平面图，并且要能根据立体图画出平面图，由平面图还原到立体图. 3．下列图中分别标出了一根放置在匀强磁场中的通电直导线的电流I、磁场的磁感应强度B和所受磁场力F的方向，其中图示正确的是() A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 根据左手定则的内容：伸开左手，使大拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向，可得： A、电流与磁场方向平行，没有安培力，故A错误；
B、安培力的方向是垂直导体棒向下的，故B错误； C、安培力的方向是垂直导体棒向上的，故C正确； D、电流方向与磁场方向在同一直线上，不受安培力作用，故D错误．故选C. 点睛：根据左手定则直接判断即可，凡是判断力的方向都是用左手，要熟练掌握，是一道考查基础的好题目. 4．如图所示，水平地面上固定着光滑平行导轨，导轨与电阻R连接，放在竖直向上的匀强磁场中，杆的初速度为v0，不计导轨及杆的电阻，则下列关于杆的速度与其运动位移之间的关系图像正确的是（） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】 导体棒受重力、支持力和向后的安培力； 感应电动势为：E=BLv 感应电流为： 安培力为： 故： 求和，有： 故： 故v与x是线性关系；故C正确，ABD错误；故选：C． 5．如图所示，直角三角形ABC中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿AB方向射入磁场，粒子仅受磁场力作用，分别从AC边上的P、Q两点射出，则() A. 从P射出的粒子速度大 B. 从Q射出的粒子速度大 C. 从P射出的粒子，在磁场中运动的时间长 D. 两粒子在磁场中运动的时间一样长【答案】BD 【解析】 试题分析：粒子在磁场中做圆周运动，根据题设条件作出粒子在磁场中运动的轨迹，根
一、 磁场 知识要点 1.磁场的产生 ⑴磁极周围有磁场。 ⑵电流周围有磁场（奥斯特）。 安培提出分子电流假说（又叫磁性起源假说），认为磁极的磁场和电流的磁场都是由电荷的运动产生的。（不等于说所有磁场都是由运动电荷产生的。） ⑶变化的电场在周围空间产生磁场（麦克斯韦）。 2.磁场的基本性质 磁场对放入其中的磁极和电流有磁场力的作用(对磁极一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用)。这一点应该跟电场的基本性质相比较。 3.磁感应强度 IL F B （条件是匀强磁场中，或ΔL 很小，并且L ⊥B ）。 磁感应强度是矢量。单位是特斯拉，符号为T ，1T=1N/(A?m)=1kg/(A?s 2 ) 4.磁感线 ⑴用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N 极的指向。磁感线的疏密表示磁场的强弱。
⑵磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。⑶要熟记常见的几种磁场的磁感线： ⑷安培定则（右手螺旋定则）：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。 5.磁通量 如果在磁感应强度为B的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S，则定义B与S的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示。Φ是标量，但是有方向（进该面或出该面）。单位为韦伯，符号为W b。1W b=1T?m2=1V?s=1kg?m2/(A?s2)。 可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。 在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B=Φ/S，所以磁感应强度又叫磁通密度。在匀强磁场中，当B与S的夹角为α时，有Φ=BS sinα。 地球磁场通电直导线周围磁场通电环行导线周围磁场
18复赛四、（22分）如图复18-4所示，均匀磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度B 随时间t 变化，0B B kt =-（k 为大于0的常数）．现有两个完全相同的均匀金属圆环相互交叠并固定在图中所示位置，环面处于图中纸面内。圆环的半径为R ，电阻为r ，相交点的电接触良好．两个环的接触点A 及C 间的劣弧对圆心O 的张角为60?。求0t t =时，每个环所受的均匀磁场的作用力，不考虑感应电流之间的作用． 图复
19届复赛二、 (18 分) 在图 复19-2中，半径为R的圆柱 形区域内有匀强磁场，磁场方 向垂直纸面指向纸外，磁感应 强度B随时间均匀变化，变化率/B t K ??=(K为一正值常量),圆柱形区外空间没有磁场，沿图中AC弦的方向画一直线，并向外延长，弦AC及半径OA的夹角/4 απ =．直线上有一任意点，设该点及A点的距离为x，求从A沿直线到该点的电动势的大小．
19届复赛四、（18分）有人设计了下述装置用以测量线圈的自感系 数．在图复19-4-1中，E为电压可调的直流电源。K为开关，L为待 测线圈的自感系数， r为线圈的直流电阻，D为理想二极管，r为用 L 电阻丝做成的电阻器的电阻，A为电流表。将图复19-4-1中a、b之间的电阻线装进图复19-4-2所示的试管1内，图复19-4-2中其它装置见图下说明．其中注射器筒5和试管1组成的密闭容器内装有某种气体（可视为理想气体），通过活塞6的上下移动可调节毛细管8中有色液注的初始位置，调节后将阀门10关闭，使两边气体隔开．毛细管8的内直径为d． 已知在压强不变的条件下，试管中的气体温度升高1K时，需要吸收的热量为 C，大气压强为p。设试管、三通管、注射器和毛细管 q 皆为绝热的，电阻丝的热容不计．当接通电键K后，线圈L中将产生磁场，已知线圈中储存的磁场能量，I为通过线圈的电流，其值可通过电流表A测量，现利用此装置及合理的步骤测量的自感系数L．
《磁场》单元过关 一选择题（每题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得5分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分。） 1、如图1所示，在竖直向上的匀强磁场中，水平放置着一根长直流导线，电流方向指向读者，ａ、ｂ、ｃ、ｄ是以直导线为圆心的同一圆周上的四点，在这四点中： A、ａ、ｂ两点磁感应强度相同C、ａ点磁感应强度最大 B、ｃ、ｄ两点磁感应强度大小相等D、b点磁感应强度最大 2、如图2所示，直角三角形通电闭合线圈ABC处于匀强磁场中，磁场垂直纸面向里，则线圈所受磁场力的合力为： A、大小为零 B、方向竖直向上 C、方向竖直向下 D、方向垂直纸面向里 3、质量为ｍ，电荷量为ｑ的带电粒子以速率ｖ垂直射入磁感强度为B的匀强磁场中，在磁场力作用下做匀速圆周运动，带电粒子在圆形轨道上运动相当于一环形电流，则： A、环形电流跟ｑ成正比 B、环形电流跟ｖ成正比 C、环形电流跟B成反比 D、环形电流跟ｍ成反比 4、如图4所示，要使线框ａｂｃｄ在受到磁场力作用后，ａｂ边向纸外，ｃｄ边向纸里转动，可行的方法是： A、加方向垂直纸面向外的磁场，通方向为ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａ的电 流 B、加方向平行纸面向上的磁场，通以方向为ａ→ｂ→ｃ→ｄ→ａ电 流 C、加方向平行于纸面向下的磁场，通以方向为ａ→ｂ→ｃ→ｄ的电 流 D、加方向垂直纸面向内的磁场，通以方向为ａ→ｄ→ｃ→ｂ→ａ的电流 5、如图5所示，用绝缘细线悬吊着的带正电小球在匀匀强磁场中做简谐运动，则 A、当小球每次通过平衡位置时，动能相同 B、当小球每次通过平衡位置时，速度相同 C、当小球每次通过平衡位置时，丝线拉力相同 D、撤消磁场后，小球摆动周期变化
第32届全国中学生物理竞赛复赛理论考试试题 2015年9月19日 一、（15分）在太阳内部存在两个主要的核聚变反应过程：碳循环和质子-质子循环；其中碳循环是贝蒂在1938年提出的，碳循环反应过程如图所示。图中p、+e和eν分别表示质子、正电子和电子型中微子；粗箭头表示循环反应进行的先后次序。当从循环图顶端开始，质子p与12C核发生反应生成13N核，反应按粗箭头所示的次序进行，直到完成一个循环后，重新开始下一个循环。已知+e、p和He核的质量分别为0.511 ν的质量可以忽MeV/c2、1.0078 u和4.0026 u（1u≈931.494 MeV/c2），电子型中微子 e 略。 （1）写出图中X和Y代表的核素； （2）写出一个碳循环所有的核反应方程式； （3）计算完成一个碳循环过程释放的核能。
二、（15分）如图，在光滑水平桌面上有一长为L的轻杆，轻杆两端各固定一质量均为M的小球A和B。开始时细杆静止；有一质量为m的小球C以垂直于杆的速度 v运 0动，与A球碰撞。将小球和细杆视为一个系统。 （1）求碰后系统的动能（用已知条件和球C碰后的速度表出）； （2）若碰后系统动能恰好达到极小值，求此时球C的速度和系统的动能。
三、（20分）如图，一质量分布均匀、半径为r 的刚性薄圆环落到粗糙的水平地面前的 瞬间，圆环质心速度v 0与竖直方向成θ（π3π 22 θ<<）角，并同时以角速度0ω（0ω的 正方向如图中箭头所示）绕通过其质心O 、且垂直环面的轴转动。已知圆环仅在其所 在的竖直平面内运动，在弹起前刚好与地面无相对滑动，圆环与地面碰撞的恢复系数为k ，重力加速度大小为g 。忽略空气阻力。 （1）求圆环与地面碰后圆环质心的速度和圆环转动的角速度； （2）求使圆环在与地面碰后能竖直弹起的条件和在此条件下圆环能上升的最大高度； （3）若让θ角可变，求圆环第二次落地点到首次落地点之间的水平距离s 随θ变化的函数关系式、s 的最大值以及s 取最大值时r 、0v 和0ω应满足的条件。
专题练习 电磁场 第1讲 电场及带电体在电场中的运动 高频考点一 电场的特点和性质
例1直角坐标系POP 中，M 、N 两点位于P 轴上，G 、H 两点坐标如图．M 、N 两点各固定一负点电荷，一电量为Q 的正点电荷置于O 点时，G 点处的电场强度恰好为零．静电力常量用k 表示．若将该正点电荷移到G 点，则H 点处场强的大小和方向分别为( ) A.3kQ 4a 2，沿P 轴正向 B.3kQ 4a 2，沿P 轴负向 C.5kQ 4a 2，沿P 轴正向D.5kQ 4a 2，沿P 轴负向 [例2] (2016·全国大联考押题卷)(多选) 如图所示，虚线为某电场中的三条电场线1、2、3，实线表示某带电粒子仅在电场力作用下的运动轨迹，a 、b 是轨迹上的两点，则下列说法中正确的是( ) A ．粒子在a 点的加速度大小小于在b 点的加速度大小 B ．粒子在a 点的电势能大于在b 点的电势能 C ．粒子在a 点的速度大小大于在b 点的速度大小 D ．a 点的电势高于b 点的电势 电场性质的判断方法 1．电场强度的判断方法： (1)根据电场线的疏密程度进行判断． (2)根据等差等势面的疏密程度进行判断． (3)根据E ＝F q 进行判断． 2．电势高低的判断方法： (1)由沿电场线方向电势逐渐降低进行判断． (2)若q 和W AB 已知，由U AB ＝W AB q 进行判断． 3．电势能大小的判断
根据电场力做功的正负判断电势能的变化或动能的变化． 1．(多选)两个固定的等量异种点电荷所形成电场的等势线如图中虚线所示，一带电粒子以某一速度从图中f点进入电场，其运动轨迹如图中实线所示，若粒子只受静电力作用，则下列说法中正确的是() A．f、b、c、d、e五点中，c点电场强度最大 B．带电粒子的加速度逐渐变大 C．带电粒子的速度先增大后减小 D．粒子经过b点和d点时的速度大小相同 2．(多选)两个相同的负电荷和一个正电荷附近的电场线分布如图所示，c是两负电荷连线的中点，d点在正电荷的正上方，c、d到正电荷的距离相等，则() A．a点的电场强度比b点的大 B．a点的电势比b点的高 C．c点的电场强度比d点的大 D．c点的电势比d点的低 3．(2016·湖北武汉调研)在真空中某区域有一电场，电场中有一点O，经过O点的一条直线上有P、M、N三点，到O点的距离分别为r0、r1、r2，直线上各点的电势φ分布如图所示，r 表示该直线上某点到O点的距离，下列说法中正确的是() A．O、P两点间电势不变，O、P间场强一定为零 B．M点的电势低于N点的电势 C．M点的电场强度大小小于N点的电场强度大小 D．在将正电荷沿该直线从M移到N的过程中，电场力做负功
物理竞赛复赛模拟训练卷19 题1： 如图1所示，轻滑轮两边分别悬挂相同的托盘和砝码。系统处于静止状态时右边砝码挂在盘底上方L 处，然后右边砝码由于细线断裂而自由落下，已知每个托的 质量和砝码的质量都是M ，绳子与滑轮无摩擦且重量不计。求： （1）当右边砝码撞击盘底前一瞬间系统的总动能； （2）碰撞前后系统的总动量。 分析与解答： 首先应明确，系统挂在定滑轮上，所以碰撞过程中，系统的总动 量不守恒。右盘的上方砝码开始下落过程，右盘也同时上升。 （1）依题意，系统指轻滑轮、细绳、托盘和砝码所组成的系统。以地面上一点O 为原点，建立直角坐标系xOy 进行观察研究（图1(1)。右边砝码线断后自由下落 ，与右盘相撞，且有 （1） 当悬线断后右盘以加速度 上升一段距离s 2，与下落的砝码相撞，且： （2） 由题意可知： （3） 将 (1)、(2)、(3)式联立求解，得 ， 碰撞前右砝码的速度 （竖直向下） 碰撞前右盘的速度 （竖直向上） 碰撞前左盘及其中的砝码的速度亦为 ，方向为竖直向下，因此，碰撞前系统的 总动能 为 图1 图1(1)
（2）在计算动量时，若以竖直向上为正值，则在碰撞前后砝码的动量为，右盘的动量为，左盘及左砝码一起的动量为，所以碰撞前系统的总动量为 碰撞后，左盘和右盘一起运动。由于左盘、右盘以长度不变的绳子相连接，所以它们运动的速度大小应该一样，而方向相反，再加上质量相等（2M），结果左盘及砝码的合动量与右盘及砝码的合动量总是大小相等、方向相反，因而系统的总动量必为零。 讨论：碰撞后的速度可推导如下：设在碰撞过程中绳子张力的冲量为，碰撞后左盘以速度竖直上升，则右盘以竖直下降。左、右绳中的张力永远相等，所以在碰撞过程中左、右盘所受的冲量都是竖直向上的，重力的冲量则由于碰撞时间很短（）而可以忽略不计。根据冲量定理，有 左盘 右盘 两式相减，得
高中物理试题库：磁场 (一)填空题 0111 电流元Id l在坐标原点沿x正方向，则在以原点为圆心半径为R的圆周上与x和y轴相交点处的磁感强度的方向和大小为_________。 0211 正交的铅直和水平的两个等大共心圆线圈中通以相等的电流I，则在圆心处的磁感应强度B的大小为_________。 0312 载流螺线管外面环绕一周的环路积分∮B·d l＝_________。 0411试探电流元Id l在磁场某处沿直角坐标系的x轴方向放置时受到的力为零，若把此电流元转到+y方向时受到的力沿-z方向，说明该处磁感应强度的方向为_________。 0511 个通有同向电流的等大圆形环路平行放置着，则二者将会_________。 0612 两个互相正交的竖直放置着的通电圆环，在电磁力的作用下将_________。0711 一束质子发生了侧向偏转，表明该空间内存在着_________场，若轨迹是圆周曲线，表明是_________场，若轨迹是抛物线，表明是_________场。 0811电子枪射出速度是vy和2vy的两个电子进入垂直于xy平面的磁场中，则两电子回到出发点的时间_________。 0922 一载流直导线长为l，电流强度为I，则在以l为底边的等边三角形顶点处的磁感应强度为_________。 1022 边长为a的正方形导线回路载有电流I，则其中心处的磁感应强度为_________。 1121如图9.所示载流导线，则圆心O1点处的磁场为_________，O2处的 磁场为_________，O3处的磁场为_________。 1224 圆电流在其圆平面内的磁场是不均匀的，中心的磁场要比边缘的磁场_________。 1311 把构成回路的导线扭在一起，其周围的磁场为_________。 1411 圆形载流无限长螺线管内的磁场为_________。正方形无限长载流螺
高中物理竞赛习题 1、圆环放在光滑水平面上，有一甲虫，质量与环相等，沿环爬行，相对环的角速度为ω0，求甲虫在环上爬行一周，环的角位移。 2、一小水滴在均匀的静止雾气中凝结成核，当它下落时，扫光位于路径上的雾气，假如它留住了收集到的全部雾气，仍能保持球形，且没有粘滞阻力，渐渐地它会趋于匀速下落：v ( t ) = a t ( 对应较大的t )。试求系数a 。 3、处于固定的、绝热长方体密封器中央的绝热活塞，质量为m，截面积为S，两边的气体压强均为P0，气柱长度均为L ，若不计摩擦，求活塞微振动的周期。
4、0.1 mol 的单原子气体作如图1所示的循环，已知P 1 = 32P a ，V 1 = 8.00m 3 ，P 2 = 1.0P a V 2 = 64.0m 3，试求： （1）循环中的最高温度； （2）循环中气体对外界做的功。 5、如图2所示，等边三角形ABC 以及内含的无 限网络均由相同的、均质的细铜线连成。现在BC 边上又接上同种导线组成的等边三角形。已知铜线单位 长度的电阻为R 0 ，试求AB 两端的等效电阻R AB 。 6、如图3所示，在空间有相互垂直的场强为E 的匀强电场和磁感强度为B 的匀强磁场。一电子从原点静止释放，试求其在y 轴方向前进的最大距离。 V 图 1图 3A B C a a a a -2图 2
7、为了测量玻璃楞镜的折射率n ，采用如图4所示的装置。棱镜放在会聚透镜的前面，AB 面垂直于透镜的主光轴，在透镜的焦平面上放一个屏，当散射光照在AC 面上时，在屏上可以观察到两个区域：照亮区和非照亮区。连接两区分界处（D 点）与透镜光心O 的直线与透镜的主光轴O O '成30°角。已知棱镜的顶角α= 30°，试求棱镜的折射率n 。 高中物理竞赛习题答案 1、 θ= －32π 2、 a = 7 1g 3、 T = S P 28mL 20π 4、 (1) m T = 721K ; (2) W = 636 J 5、 0AB aR 127 75R -= 6、 2m eB E 2Y π= 7、 n = 1)ctgj j sin i sin ( 20 +- ( 其中0i = 30°，j = 30°) A B C O O′30°图 4
1．【辽宁省丹东市四校协作体2011 届高三第二次联合考试】 如图所示，质量为 ，带电荷量 m 为＋ q 的 P 环套在固定的水平长直绝缘杆上，整个装置处在垂直于杆的水平匀强磁场中， mg ，则 （ ） 磁感应强度大小 B ．现给环一向右的初速度 v 0 v 0> qB A ．环将向右减速，最后匀速 B ．环将向右减速，最后停止运动 C ．从环开始运动到最后达到稳定状态，损失的机械能是 1 2 2mv D ．从环开始运动到最后达到稳定状态，损失的机械能是 1 2 － 1 mg 2 2mv 2 m qB 1．[ 答案 ] AD [ 解析] 环在向右运动过程中受重力 mg ，洛伦兹力 F ，杆对环的支持力、摩擦力作用， mg 由于 v 0>qB ，∴ qv 0B >mg ，在竖直方向有 qvB ＝mg ＋ F N ，在水平方向存在向左的摩擦力作用， 所以环的速度越来越小，当 N ＝0 时， f ＝ 0，环将作速度 v mg 1 ＝的匀速直线运动， A 对 B F F qB 错，从环开始运动到最后达到稳定状态，损失的机械能为动能的减少，即 1 2 1 mg 2 ， 2mv － 2m qB 故 D 对 C 错，正确答案为 A D ． 2. 【重庆市万州区 2011 届高三第一次诊断】 如图所示，半径为 R 的光滑圆弧轨道处在匀强 磁场中，磁场方向垂直纸面（纸面为竖直平面）向里。两个质量为 m 、带电量均为 q 的正电荷 小球，分别从距圆弧最低点 A 高度为 h 处，同时静止释放后沿轨道运动。下列说法正确的是 A ：两球可能在轨道最低点 A 点左侧相遇 B ：两球可能在轨道最低点 A 点相遇 C ：两球可能在轨道最低点 A 点右侧相遇 D ：两球一定在轨道最低点 A 点左侧相遇 2. [答案]B [解析] 先对左球进行受力分析 , 如图所示 , 取小球运动的任一位置，小球在沿着轨道运动 的过程中始终受到竖直向下的重力 mg 和指向圆心的洛伦磁力 F 作用 , 而 mg 又可分解为指向圆 心方向和切线方向的 F1，F2。可知， F 和 F1 始终垂直小球的运动方向，在小球运动过程中不 改变小球的速度大小，而小球的速度的大小只与 F2 有关，对右球同样进行受力分析，它沿着 切线方向的力的变化与 F2 是相同的，所以两个小球运动到 A 所需的时间相同。在左球运动到 A 的过程中， F 不断增大，如果 F 始终小于 F1，那么两球便会在最低点 A 相遇，如果 F 在某点 大于 F1，那么小球便会被拉离轨道不能与右球在 A 点相遇，故答案是 B 。 3．【武昌区 2010 届高三年级元月调研测试】 如图所示，有一垂直于纸面向外的磁感应强度为 B 的有界匀强磁场（边界上有磁场） ，其边界为一边长为 L 的三角形， A 、 B 、 C 为三角形 的 顶点。 今有一质量为 、电荷量为＋ q 的粒子（不计重 C 力 ）， m
高中物理竞赛习题专题九：电磁感应 磁场能量 1.有两根相距为d 的无限长平行直导线，它们通以大小相等流向相反的电流，且电流均以 t I d d 的变化率增长．若有一边长为d 的正方形线圈与两导线处于同一平面内，如图所示．求线圈中的感应电动势． 解1 穿过面元ｄS 的磁通量为 ()x d x I μx d d x I μΦd π2d π2d d d d 0021-+= ?+?=?=S B S B S B 因此穿过线圈的磁通量为 ()4 3ln π2d π2d π2d 020 20Id μx x Id μx d x Id μΦΦd d d d =-+==?? ? 再由法拉第电磁感应定律，有 t I d μt ΦE d d 43ln π2d d 0??? ??=- = 2.长为L 的铜棒，以距端点r 处为支点，以角速率ω绕通过支点且垂直于铜棒的轴转动.设磁感强度为B 的均匀磁场与轴平行，求棒两端的电势差．
解 如图（ａ）所示，在棒上距点O 为l 处取导体元ｄl ，则 ()()r L lB ωl lB ωE L-r r AB AB 22 1 d d --=-=??=?? -l B v 因此棒两端的电势差为 ()r L lB ωE U AB AB 22 1 --== 3.如图所示，长为L 的导体棒OP ，处于均匀磁场中，并绕OO ′轴以角速度ω旋转，棒与转轴间夹角恒为θ，磁感强度B 与转轴平行．求OP 棒在图示位置处的电动势． 解 由上分析，得 ()l B d ??=? OP OP E v
l αB l o d cos 90sin ?=v ()() l θB θωl o d 90cos sin ?-=l ()?= =L θL B ωl l θB ω0 22sin 2 1d sin 由矢量B ?v 的方向可知端点P 的电势较高． 4.如图（ａ）所示，金属杆AB 以匀速12.0m s -=?v 平行于一长直导线移动，此导线通有电流I ＝40A ．求杆中的感应电动势，杆的哪一端电势较高？ 解1 根据分析，杆中的感应电动势为 ()V 1084.311ln 2π d 2πd d 50m 1.1m 1.00-?-=-=-==??=?? v v v I μx x μxl E AB AB l B 式中负号表示电动势方向由B 指向A ，故点A 电势较高． 5.有一长为l ，宽为b 的矩形导线框架，其质量为m ，电阻为R ．在t ＝0时，框架从距水平面y ＝0 的上方h 处由静止自由下落，如图所示．磁场的分布为：在y ＝0 的水平面上方没有磁场；在y ＝0 的水平面下方有磁感强度为B 的均匀磁场，B 的方向垂直纸面向里．已知框架在时刻t1 和t2 的位置如图中所示．求在下述时间内，框架的速度与时间的关系： （1） t1 ≥t ＞0，即框架进入磁场前；（2） t2 ≥t ≥t1 ，即框架进入磁场， 但尚未全部进入磁场；（3）t ＞t2 ，即框架全部进入磁场后．