2020年高考物理《电磁学综合计算题》专题训练及答案解析

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1、20202020 年高考物理年高考物理电磁学综合计算题电磁学综合计算题专题训练专题训练 1.如图所示，一对加有恒定电压的平行金属极板竖直放置，板长、板间距均为d.在右 极板的中央有个小孔P， 小孔右边半径为R的圆形区域内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场， 区域边界刚好与右极板在小孔P处相切一排宽度也为d的带负电粒子以速度v0竖直向上 同时进入两极板间后，只有一个粒子通过小孔P进入磁场，其余全部打在右极板上，且最后 一个到达极板的粒子刚好打在右极板的上边缘已知这排粒子中每个粒子的质量均为m、带 电荷量大小均为q，磁场的磁感应强度大小为 2mv0 qR ，不计粒子的重力及粒子间的相互作用 力求： (

2、1)板间的电压大小U； (2)通过小孔P的粒子离开磁场时到右极板的距离L； (3)通过小孔P的粒子在电场和磁场中运动的总时间t总 【解析】 (1)依题意，从左极板下边缘射入的粒子恰好打在右极板的上边缘 在竖直方向上有td v0 在水平方向上有aqE m qU md，d 1 2at 2 联立解得U2mv 2 0 q . (2)从小孔P射入磁场的粒子，在电场中的运动时间 t1 d 2v0 经过小孔P时，水平分速度v1at1v0 进入磁场时的速度大小vv 2 0v 2 1 2v0，速度方向与右极板的夹角 4 设粒子在磁场中做匀速圆周运动后从Q点离开磁场，其轨迹如图所示， 轨迹圆心在O点，则qvBmv

3、 2 r，得 rmv qB 2mv0 qB R 由几何关系可知粒子射出磁场时的速度方向竖直向下，由图知Lrrcos (1 2 2 )R. (3)从小孔P飞出的粒子在磁场中偏转的角度3 4 ，粒子在磁场中运动的时间t2 3 4 2 2r v 3 2R 8v0 通过小孔P的粒子在电场和磁场中运动的总时间 t总t1t2 d 2v0 3 2R 8v0 . 【答案】 (1)U2mv 2 0 q (2)(1 2 2 )R (3) d 2v0 3 2R 8v0 2如下图甲所示，一边长L0.5 m，质量m0.5 kg 的正方形金属线框，放在光滑绝 缘的水平面上，整个装置处在方向竖直向下、磁感应强度B0.8 T

4、 的匀强磁场中金属线 框的一个边与磁场的边界MN重合，在水平拉力作用下由静止开始向右运动，经过t0.5 s 线框被拉出磁场 测得金属线框中的电流I随时间变化的图象如图乙所示， 在金属线框被拉 出磁场的过程中 (1)求通过线框导线截面的电量及该金属框的电阻； (2)写出水平力F随时间t变化的表达式； (3)若已知在拉出金属框的过程中水平拉力做功 1.10 J， 求此过程中线框产生的焦耳热 【解析】(1)根据题图乙知，在t0.5 s 时间内通过金属框的平均电流I0.50 A， 于是通过金属框的电量qI t0.25 C.由平均感应电动势EBL 2 t ，平均电流I E R ， 通过金属框的电量qI

5、t，得qBL 2 R ，于是金属框的电阻RBL 2 q 0.80 . (2)由题图乙知金属框中感应电流线性增大，说明金属框运动速度线性增加，即金属框 被匀加速拉出磁场又知金属框在t0.5 s 时间内运动距离L0.5 m，由L1 2at 2得加速 度a2L t 24 m/s 2. 由图乙知金属框中感应电流随时间变化规律为Ikt，其中比例系数k2.0 A/s.于是 安培力FA随时间t变化规律为FABILkBLt 由牛顿运动定律得FFAma，所以水平拉力 FFAmamakBLt 代入数据得水平拉力随时间变化规律为 F20.8t(单位为“N”) (3)根据运动情况知金属框离开磁场时的速度 v 2aL2

6、 m/s. 由能量守恒知，此过程中金属框产生的焦耳热 QWF1 2mv 20.1 J. 【答案】(1)0.25 C 0.80 (2)F20.8t(单位为“N”) (3)0.1 J 3.如图所示，A、B间存在与竖直方向成 45角斜向上的匀强电场E1，B、C间存在竖直 向上的匀强电场E2，A、B的间距为 1.25 m，B、C的间距为 3 m，C为荧光屏 一质量m1.010 3 kg，电荷量 q1.010 2 C 的带电粒子由 a点静止释放，恰好沿水平方向经过b点到 达荧光屏上的O点若在B、C间再加方向垂直于纸面向外且大小B0.1 T 的匀强磁场，粒 子经b点偏转到达荧光屏的O点(图中未画出)g取

7、10 m/s 2.求： (1)E1的大小； (2)加上磁场后，粒子由b点到O点电势能的变化量及偏转角度 【解析】(1)粒子在A、B间做匀加速直线运动，竖直方向受力平衡，则有qE1cos 45 mg0 解得E1 2 N/C1.4 N/C (2)粒子从a到b的过程中，由动能定理得： qE1dABsin 451 2mv 2 b 解得vb5 m/s 加磁场前粒子在B、C间做匀速直线运动，则有： qE2mg 加磁场后粒子在B、C间做匀速圆周运动，如图所示： 由牛顿第二定律得：qvbBmv 2 b R 解得：R5 m 由几何关系得：R 2d2 BC(Ry) 2 解得：y1.0 m 粒子在B、C间运动时电场

8、力做的功为： WqE2ymgy1.010 2 J 由功能关系知，粒子的电势能增加了 1.010 2 J 设偏转角度为，则 sin d BC R 0.6 解得：37 【答案】 (1)1.4 N/C (2)1.010 2 J 37 4 控制带电粒子的运动在现代科学实验、 生产生活、 仪器电器等方面有广泛的应用 现 有这样一个简化模型：如图所示，y轴左、右两边均存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，右 边磁场的磁感应强度始终为左边的 2 倍在坐标原点O处，一个电荷量为q、质量为m的 粒子a，在t0 时以大小为v0的初速度沿x轴正方向射出，另一与a相同的粒子b某时刻 也从原点O以大小为v0的初速度沿x轴负方

9、向射出不计粒子重力及粒子间的相互作用， 粒子相遇时互不影响 (1)若a粒子能经过坐标为( 3 2 l，1 2l)的 P点，求y轴右边磁场的磁感应强度B1； (2)为使粒子a、b能在y轴上Q(0，l0)点相遇，求y轴右边磁场的磁感应强度的最小 值B2； (3)若y轴右边磁场的磁感应强度为B0，求粒子a、b在运动过程中可能相遇的坐标值 【解析】(1)设a粒子在y轴右侧运动的半径为R1，由几何关系有(R11 2l) 2( 3 2 l) 2 R 2 1 甲 由于B1qv0mv 2 0 R1 解得B1mv 0 ql (2)B2最小，说明Q点是a、b粒子在y轴上第一次相遇的点，由图乙可知，a、b粒子 同时

10、从O点出发，且粒子在y轴右侧运动的圆周运动半径 乙 R2l 0 2 又B2qv0mv 2 0 R2 解得B22mv 0 ql0 (3)由图丙可见，只有在两轨迹相交或相切的那些点， 才有相遇的可能性，所以有y 轴上的相切点和 y轴左侧的相交点经分析可知，只要a、b粒子从O点出发的时间差满足 一定的条件，这些相交或相切的点均能相遇 丙 粒子在y轴右侧的运动半径r1mv 0 B0q 粒子在y轴左侧的运动半径r22mv 0 B0q y轴上的相切点坐标为 0，2kmv 0 B0q (k1,2,3，) y轴左侧的相交点相遇 由丙图可知，OAACOCr2 可得xAr2sin 60 3mv0 B0q yAr2

11、cos 60mv 0 B0q y轴左侧的相遇点的坐标 3mv0 B0q ，(2n1)mv 0 B0q (n1,2,3，) 【答案】(1)mv 0 ql (2) 2mv0 ql0 (3)0，2kmv 0 B0q (k1,2,3)和 3mv0 B0q ，(2n1)mv 0 B0q (n1,2,3，) 5.某课外探究小组的同学们利用学校实验室内的绝缘材料自制了一条细导轨OABCDP(如 图所示)，其中 OAB 段和 DP 段为粗糙的水平导轨，B 点和 D 点在同一水平面上但不重合，P 端离沙地的高度 h0.8 m；BCD 段为圆环形导轨，半径 R0.5 m，其中 BC 段光滑、CD 段很 粗糙 将一

12、个中心有孔的钢球(孔径略大于细导轨直径)套在导轨端点 O 处， 钢球的带电荷量 q3.710 4 C，质量 m0.2 kg.某次实验中，在导轨 OA 段加上水平向右的、场强 E 110 4 V/m 的匀强电场时，钢球即开始沿导轨运动，经过 C 点时速度为 3 m/s，最终恰好停 在 P 点已知 AB 段长 L11.0 m，DP 段长 L21.0 m，钢球与水平导轨间的动摩擦因数均为 0.2. (1)求钢球经过 C 点时对导轨的弹力； (2)求 OA 段导轨的长度 d； (3)为了让钢球从导轨右端抛出，并且落在沙地上的位置最远，需在 P 端截去多长的一 段水平导轨？钢球落在沙地上的最远位置与 D

13、 点的水平距离多大？ 【解析】(1)在 C 点，设导轨对钢球的弹力方向为竖直向下， 则 FNmgmv 2 C R 代入数据解得 FN1.6 N 由牛顿第三定律知，钢球对导轨的弹力也为 1.6 N，方向竖直向上 (2)OC 过程，qEdmg(dL1)mg2R1 2mv 2 C 代入数据可解得 d1 m (3)设导轨右端截去长度为 x，滑块离开导轨平抛时的初速度为 v0，落在沙地上的位置 与 D 点的水平距离为 s，则 v 2 02gx，h1 2gt 2，s(L 2x)v0t 由以上各式代入数据可得 s1x0.8 x 当 x0.4，即 x0.16 m时，s 有最大值 sm1.16 m. 【答案】(

14、1)1.6 N，方向竖直向上 (2)1 m (3)0.16 m 1.16 m 6.如图所示，两根足够长且平行的光滑金属导轨所在平面与水平面成53角，导 轨间接一阻值为 3 的电阻 R，导轨电阻忽略不计在两平行虚线间有一与导轨所在平面 垂直的匀强磁场，磁场区域的宽度为d0.5 m导体棒a的质量为m10.1 kg、电阻为R1 6 ；导体棒b的质量为m20.2 kg、电阻为R23 ，它们分别垂直导轨放置并始 终与导轨接触良好现从图中的M、N处同时将a、b由静止释放，运动过程中它们都能匀速 穿过磁场区域，且当a刚出磁场时b正好进入磁场(sin 530.8，cos 530.6，g 取 10 m/s 2，

15、a、b 电流间的相互作用不计)，求： (1)在b穿越磁场的过程中a、b两导体棒上产生的热量之比； (2)在a、b两导体棒穿过磁场区域的整个过程中，装置上产生的热量； (3)M、N两点之间的距离 【解析】(1)由焦耳定律得，QI 2Rt， 得Q 1 Q2 I 2 1R1t I 2 2R2t， 又根据串并联关系得，I11 3I 2， 解得：Q 1 Q2 2 9 (2)设整个过程中装置上产生的热量为Q 由Qm1gsin dm2gsin d， 可解得Q1.2 J (3)设a进入磁场的速度大小为v1，此时电路中的总电阻R总 1(633 33) 7.5 由m1gsin B 2L2v 1 R总1 和m2gs

16、in B 2L2v 2 R总2 ，可得 v 1 v2 m1R总1 m2R总2 3 4 又由v2v1ad v1，得 v2v180.5 v1 由上述两式可得v 2 112(m/s) 2，v2 216 9 v 2 1 M、N两点之间的距离 sv 2 2 2a v 2 1 2a 7 12 m 【答案】(1)2 9 (2)1.2 J (3) 7 12 m 7.如图所示，两间距为 l 的足够长的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，整个空间 存在竖直向下的磁场，虚线将磁场分成两部分，虚线左、右两侧的磁感应强度大小分别为 B1、B2，且 B12B2.两质量均为 m 的导体棒甲、乙垂直导轨静止地放在虚线的左侧，

17、导体棒 甲、乙的阻值分别为 R1、R2.现给导体棒甲一水平向右的冲量 I，两导体棒开始运动，整个过 程中两导体棒始终与导轨垂直且接触良好，两导轨的电阻可忽略不计 (1)求导体棒甲开始运动时电路中的电流 (2)如果导体棒乙运动到虚线前达到稳定状态，求导体棒乙稳定时的速度大小 (3)导体棒乙越过虚线后，经过一段时间再次达到稳定状态，假设此时导体棒甲刚好运 动到虚线求导体棒乙从越过虚线到再次稳定的过程中，整个电路产生的焦耳热 【解析】(1)设导体棒甲得到冲量 I 时的速度为 v0，导体棒甲产生的感应电动势为 E， 回路中的电流为 i，则由动量定理得 Imv0 由法拉第电磁感应定律得 EB1lv0 由

18、闭合电路欧姆定律得 i E R1R2， 联立得 i B1lI R1R2m. (2)导体棒甲和导体棒乙在虚线左侧磁场中运动过程中所受安培力大小相等、 方向相反， 二者组成的系统所受的合力为零， 故两导体棒组成的系统动量守恒 导体棒甲和导体棒乙在 虚线左侧达到稳定时两导体棒速度相等，导体棒乙速度达到最大，假设最大速度为 vm，此时 根据动量守恒定律有 mv02mvm，解得 vm I 2m. (3)导体棒乙刚进入虚线右侧的磁场中时，设导体棒甲产生的感应电动势为 E1，导体棒 乙产生的感应电动势为 E2，则由法拉第电磁感应定律得 E1B1lvm、E2B2lvm 又 B12B2，所以 E12E2 导体棒

19、乙越过虚线后， 回路中立即产生感应电流， 在安培力作用下导体棒甲做减速运动， 导体棒乙做加速运动，直至两棒产生的感应电动势大小相等时，二者做匀速运动此时设导 体棒甲的速度为 va，导体棒乙的速度为 vb，这一过程所用的时间为 t.此时有 B1lvaB2lvb 解得 vb2va 设在 t 时间内通过导体棒甲、乙的电流的平均值为 I ，以水平向右为正方向 对导体棒甲，根据动量定理有，B1I ltmv amvm 对导体棒乙，根据动量定理有，B2I ltmv bmvm 联立解得 va3 5v m，vb6 5v m 设导体棒乙越过虚线后，整个电路中产生的焦耳热为 Q，根据能量守恒定律有 Q21 2mv

20、2 m1 2mv 2 a1 2mv 2 b 联立得 Q I 2 40m. 【答案】(1) B1lI R1R2m (2) I 2m (3) I 2 40m 8.如图所示，以O为圆心、半径为R的圆形区域内存在垂直圆面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场， 一粒子源位于圆周上的M点， 可向磁场区域内垂直磁场沿各个方向发射质量为 m、电荷量为q的粒子，不计粒子重力，N为圆周上另一点，半径OM和ON间的夹角为， 且满足 tan 2 0.5. (1)若某一粒子以速率v1qBR m ，沿与MO成 60角斜向上方射入磁场，求此粒子在磁场 中运动的时间； (2)若某一粒子以速率v2，沿MO方向射入磁场，恰能从N点离

21、开磁场，求此粒子的速率 v2； (3)若由M点射入磁场各个方向的所有粒子速率均为v2，求磁场中有粒子通过的区域面 积 【解析】(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，设轨迹半径为 r1，由牛顿第二定律可得qv1Bmv 2 1 r1 解得：r1mv 1 qBR 粒子沿与MO成 60角方向射入磁场，设粒子从区域边界P射出，其运动轨迹如图甲所 示由图中几何关系可知粒子轨迹所对应的圆心角为150 甲 方法 1：故粒子在磁场中的运动时间 tr 1 v1 m qB 5m 6qB 方法 2：粒子运动周期T2m Bq 粒子在磁场中的运动时间t150 360T 得t5m 6qB (2)粒子以速

22、率v2沿MO方向射入磁场，在磁场中做匀速圆周运动，恰好从N点离开磁 场，其运动轨迹如图乙，设粒子轨迹半径为r2 ，由图中几何关系可得： r2Rtan 2 1 2R 乙 由牛顿第二定律可得 qv2Bmv 2 2 r2 解得粒子的速度 v2qBr 2 m qBR 2m (3)粒子沿各个方向以v2进入磁场做匀速圆周运动时的轨迹半径都为r2，且不变由图 丙可知，粒子在磁场中通过的面积S等于以O3为圆心的扇形MO3O的面积S1、以M为圆心的 扇形MOQ的面积S2和以O点为圆心的圆弧MQ与直线MQ围成的面积S3之和 丙 S11 2( R 2) 2R 2 8 S21 6R 2 S31 6R 21 2R R

23、2tan 60 1 6R 2 3 4 R 2 则S11 24R 2 3 4 R 2. 【答案】见解析 9.如图所示， 间距为L的平行且足够长的光滑导轨由两部分组成： 倾斜部分与水平部分 平滑相连，倾角为，在倾斜导轨顶端连接一阻值为r的定值电阻质量为m、电阻也为r 的金属杆MN垂直导轨跨放在导轨上，在倾斜导轨区域加一垂直导轨平面向下、磁感应强度 大小为B的匀强磁场；在水平导轨区域加另一垂直导轨平面向下、磁感应强度大小也为B 的匀强磁场闭合开关 S，让金属杆MN从图示位置由静止释放，已知金属杆运动到水平导 轨前，已达到最大速度，不计导轨电阻且金属杆始终与导轨接触良好，重力加速度为g.求： (1)金

24、属杆MN在倾斜导轨上滑行的最大速率vm； (2)金属杆MN在倾斜导轨上运动，速度未达到最大速度vm前，当流经定值电阻的电流 从零增大到I0的过程中，通过定值电阻的电荷量为q，求这段时间内在定值电阻上产生的焦 耳热Q； (3)金属杆MN在水平导轨上滑行的最大距离xm. 【解析】(1)金属杆MN在倾斜导轨上滑行的速度最大时，其受到的合力为零， 对其受力分析，可得： mgsin BIL0 根据欧姆定律可得：IBLv m 2r 解得：vm2mgrsin B 2L2 (2)设在这段时间内，金属杆运动的位移为x， 由电流的定义可得：qIt 根据法拉第电磁感应定律、欧姆定律得： I BS 2rt BLx 2

25、rt 解得：x2qr BL 设电流为I0时金属杆的速度为v0， 根据法拉第电磁感应定律、 欧姆定律， 可得：I0BLv 0 2r 此过程中，电路产生的总焦耳热为Q总，由功能关系可得：mgxsin Q总1 2mv 2 0 定值电阻产生的焦耳热Q1 2Q 总 解得：Qmgqrsin BL mI 2 0r 2 B 2L2 (3)由牛顿第二定律得：BILma 由法拉第电磁感应定律、欧姆定律可得： IBLv 2r 可得：B 2L2 2r vmv t B 2L2 2r vtmv， 即B 2L2 2r xmmvm 得：xm4m 2gr2sin B 4L4 【答案】(1)2mgrsin B 2L2 (2)mg

26、qrsin BL mI 2 0r 2 B 2L2 (3)4m 2gr2sin B 4L4 10.如图所示，半径为L12 m 的金属圆环内上、下半圆各有垂直圆环平面的有界匀强 磁场，磁感应强度大小均为B110 T长度也为 L1、电阻为R的金属杆ab，一端处于圆环 中心， 另一端恰好搭接在金属环上， 绕着a端沿逆时针方向匀速转动， 角速度为 10 rad/s. 通过导线将金属杆的a端和金属环连接到图示的电路中(连接a端的导线与圆环不接触，图 中的定值电阻R1R，滑片P位于R2的正中央，R2的总阻值为 4R)，图中的平行板长度为L2 2 m，宽度为d2 m图示位置为计时起点，在平行板左边缘中央处刚好

27、有一带电粒子以 初速度v00.5 m/s 向右运动，并恰好能从平行板的右边缘飞出，之后进入到有界匀强磁场 中，其磁感应强度大小为B2，左边界为图中的虚线位置，右侧及上下范围均足够大(忽略 金属杆与圆环的接触电阻、圆环电阻及导线电阻，忽略电容器的充放电时间，忽略带电粒子 在磁场中运动时的电磁辐射的影响， 不计平行金属板两端的边缘效应及带电粒子的重力和空 气阻力)求： (1)在 04 s 内，平行板间的电势差UMN ； (2)带电粒子飞出电场时的速度； (3)在上述前提下若粒子离开磁场后不会第二次进入电场，则磁感应强度B2应满足的条 件 【解析】(1)金属杆产生的感应电动势恒为 E1 2B 1L

28、2 12 V 由串并联电路的连接特点知： EI4R, U0I2RE 21 V, T12 20 s 由右手定则知：在 04 s 时间内，金属杆ab中的电流方向为ba，则ab， 则在 04 s 时间内，MN，UMN1 V (2)粒子在平行板电容器内做类平抛运动， 在 0T 1 2时间内，水平方向 L2v0t1，得t1L 2 v04 s T1 2 竖直方向d 2 1 2v yt1 解得：vy0.5 m/s 则粒子飞出电场时的速度大小vv 2 0v 2 y 2 2 m/s tan v y v01，所以该速度与水平方向的夹角 45 (3)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由B2qvmv 2 r， 得rmv

29、 B2q 由几何关系及粒子在磁场中运动的对称性可知： 2rd时离开磁场后不会第二次进入电场 粒子在平行板中加速得： vyat1 , 又aEq m ，EU NM d 解得：q m0.25 C/kg, 综合得 B2 2mv dq 24 2 2 2 T 2 T 【答案】(1)1 V (2) 2 2 m/s 与水平方向的夹角 45 (3)B2 2 T 11.华裔科学家丁肇中负责的 AMS 项目，是通过“太空粒子探测器”探测高能宇宙射线 粒子，寻找反物质。某学习小组设想了一个探测装置，截面图如图所示。其中辐射状加速电 场的内、外边界为两个同心圆，圆心为O，外圆电势为零，内圆电势45 V，内圆半径 R1.

30、0 m。在内圆内有磁感应强度大小B910 5 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁场 内有一圆形接收器，圆心也在O点。假设射线粒子中有正电子，先被吸附在外圆上(初速度 为零)，经电场加速后进入磁场，并被接收器接收。已知正电子质量m910 31 kg，电荷 量q1.610 19 C，不考虑粒子间的相互作用。 (1)求正电子在磁场中运动的速率v和半径r； (2)若正电子恰好能被接收器接收，求接收器的半径R。 【答案】 (1)410 6 m/s 0.25 m (2) 171 4 m 【解析】 (1)电场内，内外边界的电势差大小为 U045 V， 在加速正电子的过程中，根据动能定理可得 qU1 2mv

31、20， 代入数据解得v410 6 m/s， 正电子进入磁场做匀速圆周运动，由向心力公式可得： qvBmv 2 r，解得 r0.25 m。 (2)正电子在磁场中运动的轨迹如图所示，当正电子运动的轨迹与接收器相切时，正电 子恰好能被接收器接收，由几何关系可得： (Rr) 2r2R2， 解得R 171 4 m。 12.如图为一除尘装置的截面图，塑料平板M、N的长度及它们间的距离均为d。大量均 匀分布的带电尘埃以相同的速度v0进入两板间， 速度方向与板平行， 每颗尘埃的质量均为m， 带电量均为q。当两板间同时存在垂直纸面向外的匀强磁场和垂直板向上的匀强电场时， 尘埃恰好匀速穿过两板间；若撤去板间电场，

32、并保持板间磁场不变，尘埃恰好全部被平板吸 附，即除尘效率为 100%；若撤去两板间电场和磁场，建立如图所示的平面直角坐标系xOy， y轴垂直于板并紧靠板右端，x轴与两板中轴线共线， 要把尘埃全部收集到位于P(2d， 1.5d) 处的条状容器中，需在y轴右侧加一垂直于纸面向里的圆形匀强磁场区域。尘埃颗粒重力、 颗粒间作用及对板间电场和磁场的影响均不计，求： (1)两板间磁场磁感应强度B1的大小； (2)若撤去板间磁场，保持板间匀强电场不变，除尘效率为多少； (3)y轴右侧所加圆形匀强磁场区域磁感应强度B2大小的取值范围。 【答案】 (1)mv 0 qd (2)50% (3) mv0 2qdB 2

33、mv 0 qd 【解析】 (1)沿N极板射入的尘埃恰好不从极板射出时尘埃的运动轨迹如图所示， 由几何知识可知，尘埃在磁场中的轨迹半径：rd， 尘埃在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 由牛顿第二定律得：qv0B1mv 2 0 r ， 解得：B1mv 0 qd。 (2)电场、磁场同时存在时，尘埃做匀速直线运动，满足：qEqv0B1， 撤去磁场以后粒子在电场力作用下做类平抛运动， 假设与N极板相距为y的粒子恰好离 开电场： 水平方向：dv0t， 竖直方向：y1 2at 2， 加速度：aqE m 解得：y0.5d 当y0.5d时， 水平位移xd， 即与y极板相距为 0.5d到d这段距离的粒子

34、会射出电场， 则除尘效率为：0.5d d 100%50%。 (3)设圆形磁场区域的半径为R0，尘埃颗粒在圆形磁场中做圆周运动的半径为R2，要把 尘埃全部收集到位于P处的条状容器中，就必须满足R2R0， 另qv0B2mv 2 0 R2 如图 1， 当圆形磁场区域过P点且与M板的延长线相切时， 圆形磁场区域的半径R0最小， 磁感应强度B2最大，有R0 小d 解得：B2 大mv 0 qd 如图 2，当圆形磁场区域过P点且与y轴在M板的右端相切时，圆形磁场区域的半径R0 最大，磁感应强度B2最小，有R0 大2d 解得：B2 小mv 0 2qd 所以圆形磁场区域磁感应强度B2的大小须满足的条件为mv 0 2qdB 2mv 0 qd。