2012年江苏高考物理15题

如图所示，待测区域中存在匀强电场和匀强磁场，根据带电粒子射入时的受力情况可推测其
电场和磁场。

图中装置由加速器和平移器组成，平移器由两对水平放置、相距为l 的相同平行金属板构成，极板长度为l 、间距为d ，两对极板间偏转电压大小相等、电场方向相反．质量为m 、电荷量为 +q 的粒子经加速电压U 0加速后，水平射入偏转电压为U 1的平移器，最终从A 点水平射入待测区域。

不考虑粒子受到的重力。

⑴ 求粒子射出平移器时的速度大小v 1；
⑵ 当加速电压变为4U 0时，欲使粒子仍从A 点射入待测区域，求此时的偏转电压U ； ⑶ 已知粒子以不同速度水平向右射入待测区域，刚进入时的受力大小均为F 。

现取水平向右为x 轴正方向，建立如图所示的直角坐标系Oxyz 。

保持加速电压为U 0不变，移动装置使粒子沿不同的坐标轴方向射入待测区域，粒子刚射入时的受力大小如下表所示。

射入方向
y
– y z – z 受力大小 5F 5F 7F 3F
请推测该区域中电场强度和磁感应强度的大小及可能的方向。

〖解析〗⑴ 设粒子射出加速器的速度为v 0，动能定理qU 0 =2
1m v 02；由题意得v 1 = v 0，即v 1 =m
qU 02。

⑵ 粒子在偏转电场中做类平抛运动。

在第一个偏转电场中，设粒子的运动时间为t ，加速度的大小a = md qU 1；离开时，竖直分速度 v y = at 、 竖直位移y 1 = 2
1at 2、水平位移l = v 1t ；粒子在两偏转电场间做匀速直线运动，经历时间也为t ，竖直位移y 2 =
v y t ；由题意知，粒子竖直总位移 y = 2y 1 + y 2，解得y = d
U l U 02
1；粒子在加速电压变4U 0时仍从A 点进入检测区域，则要求y 不变，显然U = 4U 1。

⑶ ① 粒子以不同速度向右进入检测区域，刚进行时受到力大小均为F ，说明受力与
速度无关，由可以判断，磁场方向平行于x 轴，电场强度大小E = F /q 。

② 移动装置使粒子沿不同的坐标轴方向射入待测区域，粒子沿±y 时所受力大小相
同，则表明电场强度E 方向与oxy 平面平行，且满足F 2 + f 2 = (5F )2，则洛仑
兹力f = 2F ，而f = q v 1B ，解得磁感应强度B = 0
2qU m q F。

③设电场方向与x轴夹角为α
若磁场方向沿x正方向，由沿z轴方向射入时的受力情况有：
(f + F sinα)2 + (F cosα)2 = (7F)2，解得α = 30°或α =150°
即E与oxy平面平行且与x轴方向的夹角为30°或150°。

若场方向沿x正方向，由沿–z轴方向射入时的受力情况有
(f–F sinα)2 + (F cosα)2 = (3F)2，解得α = –30°或α = –150°
即E与oxy平面平行且与x轴方向的夹角为–30°或–150°。

〖评价〗本题是与现代科技检测相联系的问题，以带电粒子在电场中的加速、偏转作为铺垫，然后通过带电粒子进入电场与磁场复合区域，根据带电粒子以不同方向射入时的受力情况来分析检测区域的电场强弱、磁感应强度大小及其方向判断。

本题前2问比较基础，学生容易上手，并能够较方便解决所求的问题。

第3问要求学生具有较强的综合分析能力、空间想像能力与运用数学知识解决物理问题的能力。

对带电粒子在电场、磁场中受力分析是解决问题的基础，在受力分析情况的基础上，通过对受力的分解与合成来求出问题的终答案。

〖计算题总体评价〗3道计算题都创新之处，基本上都是与实际问题联系。

第13题借助“实际”发电机模型要求学生对电磁感应、闭合电路、安培力、交变电流有效值等物理概念与规律进行综合运用，创新的另一个角度是考查学生交变电流有效值不是机械的而是要求学生正确理解“有效值”的概念的本质。

第14题“缓冲装置”具有实际应用的意义，虽然是模型，但原理却与实际紧密联系。

要求学生从受力分析开始，然后可以从牛顿定律、运动学关系或从动能定理等角度对所面临的问题进行解答。

第15题综合性相对较强，它与现代科技实际相联系，引导物理教学利用所学知识解决实际问题，既有所提高又适用学生现有的学习基础与能力结构特点。

总之，3道计算题的设计从情境、考查物理知识与学生物理能力角度立意，能够区分不同能力的学生物理学习水平。

此外，在试题排布上也是由易到难，每道题的3个问题设计也是由易到难，符合人的心理活动规律。