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題目:
【高考物理模擬題】
【電場】
在真空中,一個點電荷Q產生的電場中,有一個A點,距離Q為a。現在有一個帶正電的粒子B,質量為m,電量為q,從A點開始以一定的初動能Ekt運動。
1. 如果B粒子在A點靜止釋放,求A點和Q之間的電勢差。
2. 如果B粒子從A點開始以一定的初速度v0運動,求B粒子能否到達Q點?如果能到達,求出B粒子在Q點時的動能;如果不能到達,說明理由。
【磁場】
在垂直于勻強磁場的平面上,有一個邊長為L的正方形導線框abcd。線框的總電阻為R。當線框以恒定的角速度繞過中心且垂直于磁場的軸線轉動時,求:
1. 線框中產生的感應電動勢的大小和方向。
2. 線框中產生的感應電流的大小和方向。
3. 線框受到的安培力的大小和方向。
【答案】
1. A點和Q之間的電勢差為kQ/a^2。
2. 如果B粒子以初速度v0運動,它不能到達Q點。因為粒子在電場力和磁場力作用下做圓周運動,當電場力和磁場力的合力不足以提供向心力時,粒子將做離心運動。在這種情況下,粒子將離開原來的軌道并繼續前進,直到它再次受到電場力或磁場力的作用為止。由于粒子帶正電,所以它將繼續受到電場力的作用并返回原來的軌道。因此,粒子不能到達Q點。
【解析】
1. 感應電動勢的大小為E = BLv = BωL^2 = 2πnL^2Δt = 2πnΔtΔt時間內線框轉過的角度為Δθ = Δtω線框中產生的感應電動勢的大小為E = nΔΦΔt = nSωΔt = nBL^2ωΔt = BωL^2Δθ = kQ/a^2其中k為靜電力常量。
2. 線框中產生的感應電流的大小為I = E/R = kQ/(a^2R)方向為由a到b。
3. 線框受到的安培力的大小為F = BIL = kQ^2/a^4方向為由a指向b。
【總結】本題考查了電場和磁場的基本知識,難度適中。需要掌握電場力和洛倫茲力的區別和聯系,以及如何根據受力情況判斷運動情況。同時需要注意電荷在磁場中做圓周運動時,當合外力不足以提供向心力時,將做離心運動。