（10分）如圖兩根正對(duì)的平行金屬直軌道MN、M´N´位于同一水平面上,兩軌道間距L=0.50m.軌道的MM′端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻,NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為 R₀ =0.50m.直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度B =0.64T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)區(qū)域的寬度d=0.80m,且其右邊界與NN′重合.現(xiàn)有一質(zhì)量 m =0.20kg、電阻 r =0.10Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場(chǎng)的左邊界s=2.0m處.在與桿垂直的水平恒力 F =2.0N的作用下ab桿開(kāi)始運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)至磁場(chǎng)的左邊界時(shí)撤去F,結(jié)果導(dǎo)體ab恰好能以最小速度通過(guò)半圓形軌道的最高點(diǎn)PP′.已知導(dǎo)體桿ab在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與軌道接觸良好,且始終與軌道垂直,導(dǎo)體桿ab與直軌道間的動(dòng)摩擦因數(shù) μ=0.10,軌道的電阻可忽略不計(jì),取g=10m/s²，求：

①導(dǎo)體桿穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中通過(guò)電阻R上的電荷量
②導(dǎo)體桿穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中整個(gè)電路產(chǎn)生的焦耳熱

（22分）如圖甲所示，水平放置的A、B兩平行金屬板的中央各有一小孔O₁、O₂，板間距離為d，開(kāi)關(guān)S接1。當(dāng)t=0時(shí)，在a、b兩端加上如圖乙中的①圖線所示的電壓，同時(shí)在c、d兩端加上如圖丙所示的電壓。此時(shí)，一質(zhì)量為m的帶負(fù)電微粒恰好靜止于兩孔連線的中點(diǎn)P處 (P、O₁、O₂在同一豎直線上)。重力加速度為g，空氣阻力和金屬板的厚度不計(jì)。

⑴若某時(shí)刻突然在a、b兩端改加如圖乙中的②圖線所示的電壓，則微�？蛇_(dá)到的最高點(diǎn)距A板的高度為多少？
⑵試在答題卷所給的坐標(biāo)中，定性畫(huà)出在a、b兩端改加如圖乙中的②圖線所示的電壓之后微粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相對(duì)于P點(diǎn)的重力勢(shì)能E_p隨時(shí)間t變化的圖象（只要求畫(huà)出圖線，不必寫(xiě)出定量關(guān)系式，但必須標(biāo)明各轉(zhuǎn)折點(diǎn)的橫縱坐標(biāo)）；
⑶若要使微粒在兩板間運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，從A板中的O₁小孔射出，且射出時(shí)的動(dòng)能盡可能大，問(wèn)應(yīng)在t=0到t=T之間的哪個(gè)時(shí) 刻把開(kāi)關(guān)s從l扳到2位置？u_cd的變化周期T至少為多少?

（12分）足夠長(zhǎng)的平行金屬導(dǎo)軌MN和PK表面粗糙，與水平面之間的夾角為α，間距為L(zhǎng)。垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，MP間接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，其他電阻不計(jì)。如圖所示，用恒力F沿導(dǎo)軌平面向下拉金屬桿ab，使金屬桿由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，桿運(yùn)動(dòng)的最大速度為v_m，t s末金屬桿的速度為v₁，，前t s內(nèi)金屬桿的位移為x，（重力加速度為g）求：

（1）金屬桿速度為v₁時(shí)加速度的大��；
（2）整個(gè)系統(tǒng)在前t s內(nèi)產(chǎn)生的熱量。

(16分)如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系xoy中的第一象限內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于坐標(biāo)平面向里的有界圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域(圖中未畫(huà)出)；在第二象限內(nèi)存在沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)．一粒子源固定在x軸上坐標(biāo)為(－L，0)的A點(diǎn)．粒子源沿y軸正方向釋放出速度大小為v的電子，電子恰好能通過(guò)y軸上坐標(biāo)為(0，2L)的C點(diǎn)，電子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后恰好垂直通過(guò)第一象限內(nèi)與x軸正方向成15°角的射線ON(已知電子的質(zhì)量為m，電荷量為e，不考慮粒子的重力和粒子之間的相互作用)．求：

⑴勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大��；
⑵電子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)的速度方向與y軸正方向的夾角θ；
⑶圓形磁場(chǎng)的最小半徑R_min．

如圖，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，在內(nèi)筒上均勻分布著平行于軸線的標(biāo)號(hào)1-8的八個(gè)狹縫，內(nèi)筒內(nèi)半徑為R，在內(nèi)筒之內(nèi)有平行于軸線向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在兩極間加恒定電壓，使筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿半徑向里的電場(chǎng)。不計(jì)粒子重力，整個(gè)裝置在真空中，粒子碰到電極時(shí)會(huì)被電極吸收。

(1)一質(zhì)量為m₁，帶電量為+q₁的粒子從緊靠外筒且正對(duì)1號(hào)縫的S點(diǎn)由靜止出發(fā)，進(jìn)入磁場(chǎng)后到達(dá)的第一個(gè)狹縫是3號(hào)縫，求兩電極間加的電壓U是多少?
(2)另一個(gè)粒子質(zhì)量為m₂，帶電量為+q₂，也從S點(diǎn)由靜止出發(fā)，該粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后恰好又回到S點(diǎn)，求該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)多少時(shí)間第一次回到S點(diǎn)。

如圖，在平面第一象限整個(gè)區(qū)域分布勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向平行軸向下，在第四象限內(nèi)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，左邊界為軸，右邊界為的直線，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外。質(zhì)量為、帶電量為的粒子從軸上點(diǎn)以初速度垂直軸射入勻強(qiáng)電場(chǎng)，在電場(chǎng)力作用下從軸上點(diǎn)以與軸正方向成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知，不計(jì)粒子重力。求：

（1）點(diǎn)坐標(biāo)；
（2）要使粒子能再進(jìn)入電場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的取值范圍；
（3）要使粒子能第二次進(jìn)入磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的取值范圍。

如圖15，質(zhì)量為M的足夠長(zhǎng)金屬導(dǎo)軌abcd放在光滑的絕緣水平面上。一電阻不計(jì)，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒PQ放置在導(dǎo)軌上，始終與導(dǎo)軌接觸良好，PQbc構(gòu)成矩形。棒與導(dǎo)軌間動(dòng)摩擦因數(shù)為m，棒左側(cè)有兩個(gè)固定于水平面的立柱。導(dǎo)軌bc段長(zhǎng)為L(zhǎng)，開(kāi)始時(shí)PQ左側(cè)導(dǎo)軌的總電阻為R，右側(cè)導(dǎo)軌單位長(zhǎng)度的電阻為R₀。PQ左側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向豎直向上，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。在t＝0時(shí)，一水平向左的拉力F垂直作用于導(dǎo)軌的bc邊上，使導(dǎo)軌由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，加速度為a。

（1）求回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的表達(dá)式；
（2）經(jīng)過(guò)多少時(shí)間拉力F達(dá)到最大值，拉力F的最大值為多少？
（3）某一過(guò)程中力F做的功為W₁，導(dǎo)軌克服摩擦力做功為W₂，求回路產(chǎn)生的焦耳熱Q。

（18分）中心均開(kāi)有小孔的金屬板C、D與半徑為d的圓形單匝金屬線圈連接，圓形框內(nèi)有垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，大小隨時(shí)間變化的關(guān)系為B=kt(k未知且k>0)，E、F為磁場(chǎng)邊界，且與C、D板平行。D板右方分布磁場(chǎng)大小均為B₀，方向如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。區(qū)域Ⅰ的磁場(chǎng)寬度為d，區(qū)域Ⅱ的磁場(chǎng)寬度足夠。在C板小孔附近有質(zhì)量為m、電量為q的負(fù)離子由靜止開(kāi)始加速后，經(jīng)D板小孔垂直進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ，不計(jì)離子重力。

（1）判斷圓形線框內(nèi)的磁場(chǎng)方向；
（2）若離子從C板出發(fā)，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后又恰能回到C板出發(fā)點(diǎn)，求離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間；
（3）若改變圓形框內(nèi)的磁感強(qiáng)度變化率k，離子可從距D板小孔為2d的點(diǎn)穿過(guò)E邊界離開(kāi)磁場(chǎng)，求圓形框內(nèi)磁感強(qiáng)度的變化率k是多少？

（20分）如圖甲所示，兩平行金屬板長(zhǎng)度l不超過(guò)0.2 m，兩板間電壓U隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示。在金屬板右側(cè)有一左邊界為MN、右邊無(wú)界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B =0.01 T，方向垂直紙面向里�，F(xiàn)有帶正電的粒子連續(xù)不斷地以速度v₀=10⁵m/s射入電場(chǎng)中，初速度方向沿兩板間的中線OO’方向。磁場(chǎng)邊界MN與中線OO’垂直。已知帶電粒子的比荷q/m=10⁸C/kg，粒子的重力和粒子之間的相互作用力均可忽略不計(jì)。
 
(1)在每個(gè)粒子通過(guò)電場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間內(nèi)，可以把板間的電場(chǎng)強(qiáng)度看作是恒定的。請(qǐng)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明這種處理能夠成立的理由；
(2)設(shè)t=0.1 s時(shí)刻射人電場(chǎng)的帶電粒子恰能從金屬板邊緣穿越電場(chǎng)射入磁場(chǎng)，求該帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度的大��；
(3)對(duì)于所有經(jīng)過(guò)電場(chǎng)射入磁場(chǎng)的帶電粒子，設(shè)其射人磁場(chǎng)的入射點(diǎn)和從磁場(chǎng)射出的出射點(diǎn)間的距離為d,試判斷d的大小是否隨時(shí)間變化？若不變，證明你的結(jié)論；若變化，求出d的變化范圍。

（18分）如圖所示，在xOy平面中第一象限內(nèi)有一點(diǎn)P(4，3)，OP所在直線下方有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，OP上方有平行于OP向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度E＝100V/m。一質(zhì)量m＝1×10^－6kg，電荷量q＝2×10^－3C帶正電的粒子，從坐標(biāo)原點(diǎn)O以初速度v＝1×10³m/s垂直于磁場(chǎng)方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)P點(diǎn)時(shí)速度方向與OP垂直并進(jìn)入電場(chǎng)，在經(jīng)過(guò)電場(chǎng)中的M點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)時(shí)的動(dòng)能為P點(diǎn)時(shí)動(dòng)能的2倍，不計(jì)粒子重力。求：
 
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大�。�
(2)O、M兩點(diǎn)間的電勢(shì)差；
(3)M點(diǎn)的坐標(biāo)及粒子從O運(yùn)動(dòng)到M點(diǎn)的時(shí)間。