2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 高考真題備選題庫 第八章 磁場.DOC
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2019-2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 高考真題備選題庫 第八章 磁場 1.(xx·海南高考)下列說法中,符合物理學(xué)史實的是( ) A.亞里士多德認(rèn)為,必須有力作用在物體上,物體才能運動;沒有力的作用,物體就靜止 B.牛頓認(rèn)為,力是物體運動狀態(tài)改變的原因,而不是物體運動的原因 C.麥克斯韋發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),即電流可以在其周圍產(chǎn)生磁場 D.奧斯特發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線通電時,導(dǎo)線附近的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 解析:選ABD 奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),即電流可以在其周圍產(chǎn)生磁場,選項C錯誤。 2. (xx·海南高考)如圖,兩根平行長直導(dǎo)線相距2l,通有大小相等、方向相同的恒定電流,a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點,左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為、l和3l。關(guān)于這三點處的磁感應(yīng)強度,下列判斷正確的是( ) A.a(chǎn)處的磁感應(yīng)強度大小比c處的大 B.b、c兩處的磁感應(yīng)強度大小相等 C.a(chǎn)、c兩處的磁感應(yīng)強度方向相同 D.b處的磁感應(yīng)強度為零 解析:選AD 根據(jù)通電直導(dǎo)線的磁場,利用右手螺旋定則,可知b處場強為零,兩導(dǎo)線分別在a處產(chǎn)生的場強大于在c處產(chǎn)生的場強,a、c兩處的場強疊加都是同向疊加,選項A、D正確。 3. (xx·上海高考)如圖,在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,面積為S的矩形剛性導(dǎo)線框abcd可繞過ad邊的固定軸OO′轉(zhuǎn)動,磁場方向與線框平面垂直。在線框中通以電流強度為I的穩(wěn)恒電流,并使線框與豎直平面成θ角,此時bc邊受到相對OO′軸的安培力力矩大小為( ) A.ISBsin θ B.ISBcos θ C. D. 解析:選A 根據(jù)左手定則,可知通電導(dǎo)線受到的安培力沿豎直方向向上,大小為F=BILbc,此力到轉(zhuǎn)軸的力臂為Labsin θ;力矩為:M=FLabsin θ=SBIsin θ,A項正確。 4.(xx·全國卷Ⅰ)關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強磁場中所受的安培力,下列說法正確的是( ) A.安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線 B.安培力的方向總是垂直于磁場的方向 C.安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角無關(guān) D.將直導(dǎo)線從中點折成直角,安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话? 解析:選B 根據(jù)左手定則可知:安培力的方向垂直于電流I和磁場B確定的平面,即安培力的方向既垂直于B又垂直于I,A錯誤,B正確;當(dāng)電流I的方向平行于磁場B的方向時,直導(dǎo)線受到的安培力為零,當(dāng)電流I的方向垂直于磁場B的方向時,直導(dǎo)線受到的安培力最大,可見,安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場方向的夾角有關(guān),C錯誤;如圖所示,電流I和磁場B垂直,直導(dǎo)線受到的安培力F=BIL,將直導(dǎo)線從中點折成直角,分段研究導(dǎo)線受到的安培力,電流I和磁場B垂直,根據(jù)平行四邊形定則可得,導(dǎo)線受到的安培力的合力為F′=BIL,D錯誤。 5.(xx·安徽理綜)圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導(dǎo)線,其橫截面位于正方形的四個頂點上,導(dǎo)線中通有大小相同的電流,方向如圖所示。一帶正電的粒子從正方形中心O點沿垂直于紙面的方向向外運動,它所受洛倫茲力的方向是( ) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 解析:選B 本題考查通電導(dǎo)線周圍的磁場分布情況和帶電粒子在磁場中的運動情況,意在考查考生的理解能力和分析推理能力。根據(jù)安培定則及磁感應(yīng)強度的矢量疊加,可得O點處的磁場向左,再根據(jù)左手定則判斷帶電粒子受到的洛倫茲力向下。 6.(xx·天津理綜)如圖所示,金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛,處于豎直向上的勻強磁場中,棒中通以由M向N的電流,平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ,如果僅改變下列某一個條件,θ角的相應(yīng)變化情況是( ) A.棒中的電流變大,θ角變大 B.兩懸線等長變短,θ角變小 C.金屬棒質(zhì)量變大,θ角變大 D.磁感應(yīng)強度變大,θ角變小 解析:棒中電流變大,金屬棒所受安培力變大,θ角變大,選項A正確;兩懸線等長變短,θ角不變,選項B錯誤;金屬棒質(zhì)量變大,θ角變小,選項C錯誤;磁感應(yīng)強度變大,金屬棒所受安培力變大,θ角變大,選項D錯誤。 答案:A 7.(xx·浙江理綜)如圖所示,一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過O點垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動,其在紙面上的長度為L1,垂直紙面的寬度為L2,在膜的下端(圖中A處)掛有一平行于轉(zhuǎn)軸,質(zhì)量為m,長為L2的導(dǎo)體棒使膜展成平面.在膜下方水平放置一足夠大的太陽能光電池板,能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的所有光能,并將光能轉(zhuǎn)化成電能.光電池板可等效為一個電池,輸出電壓恒定為U;輸出電流正比于光電池板接收到的光能(設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定).導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強磁場B中,并與光電池構(gòu)成回路.流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外(注:光電池與導(dǎo)體棒直接相連,連接導(dǎo)線未畫出). (1)現(xiàn)有一束平行光水平入射,當(dāng)反射膜與豎直方向成θ=60°時,導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài),求此時電流強度的大小和光電池的輸出功率. (2)當(dāng)θ變?yōu)?5°時,通過調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡,光電池除維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡外,還能輸出多少額外電功率? 解析:(1)導(dǎo)體棒所受安培力FA=IBL2① 導(dǎo)體棒有靜力平衡關(guān)系mgtanθ=FA② 解得I=mg③ 所以當(dāng)θ=60°時,I60== 光電池輸出功率為P60=UI60= (2)當(dāng)θ=45°時,根據(jù)③式可知維持靜力平衡需要的電流為 I45== 根據(jù)幾何關(guān)系可知== 可得P45=P60= 而光電池產(chǎn)生的電流為I光電== 所以能提供的額外電流為 I額外=I光電-I45=(-1) 可提供額外功率為P額外=I額外U=(-1) 答案:見解析 第2節(jié) 磁場對運動電荷的作用 1.(xx·全國卷Ⅰ)如圖,MN為鋁質(zhì)薄平板,鋁板上方和下方分別有垂直于圖平面的勻強磁場(未畫出)。一帶電粒子從緊貼鋁板上表面的P點垂直于鋁板向上射出,從Q點穿越鋁板后到達PQ的中點O。已知粒子穿越鋁板時,其動能損失一半,速度方向和電荷量不變。不計重力。鋁板上方和下方的磁感應(yīng)強度大小之比為( ) A.2 B. C.1 D. 解析:選D 根據(jù)題圖中的幾何關(guān)系及帶電粒子在勻強磁場中的運動性質(zhì)可知:帶電粒子在鋁板上方做勻速圓周運動的軌道半徑r1是其在鋁板下方做勻速圓周運動的軌道半徑r2的2倍。設(shè)粒子在P點的速度為v1,根據(jù)牛頓第二定律可得qv1B1=,則B1==;同理,B2==,則=,D正確,A、B、C錯誤。 2.(xx·全國卷Ⅱ)如圖為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖。圖中,永磁鐵提供勻強磁場,硅微條徑跡探測器可以探測粒子在其中運動的軌跡。宇宙射線中有大量的電子、正電子和質(zhì)子。當(dāng)這些粒子從上部垂直進入磁場時,下列說法正確的是( ) A.電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同 B.電子與正電子在磁場中運動軌跡的半徑一定相同 C.僅依據(jù)粒子運動軌跡無法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子 D.粒子的動能越大,它在磁場中運動軌跡的半徑越小 解析:選AC 根據(jù)洛倫茲力提供向心力,利用左手定則解題。根據(jù)左手定則,電子、正電子進入磁場后所受洛倫茲力的方向相反,故兩者的偏轉(zhuǎn)方向不同,選項A正確;根據(jù)qvB=,得r=,若電子與正電子在磁場中的運動速度不相等,則軌跡半徑不相同,選項B錯誤;對于質(zhì)子、正電子,它們在磁場中運動時不能確定mv的大小,故選項C正確;粒子的mv越大,軌道半徑越大,而mv=,粒子的動能大,其mv不一定大,選項D錯誤。 3.(xx·安徽高考)“人造小太陽”托卡馬克裝置使用強磁場約束高溫等離子體,使其中的帶電粒子被盡可能限制在裝置內(nèi)部,而不與裝置器壁碰撞。已知等離子體中帶電粒子的平均動能與等離子體的溫度T成正比,為約束更高溫度的等離子體,則需要更強的磁場,以使帶電粒子在磁場中的運動半徑不變。由此可判斷所需的磁感應(yīng)強度B正比于( ) A. B.T C. D.T2 解析:選A 由題意可知,等離子體的動能Ek=cT(c是比例系數(shù)),在磁場中做半徑一定的圓周運動,由qvB=m可知,B===,因此A項正確,B、C、D項錯誤。 4.(xx·新課標(biāo)全國Ⅰ)如圖,半徑為R的圓是一圓柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面(紙面),磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直于紙面向外。一電荷量為q(q>0)、質(zhì)量為m的粒子沿平行于直徑ab的方向射入磁場區(qū)域,射入點與ab的距離為。已知粒子射出磁場與射入磁場時運動方向間的夾角為60°,則粒子的速率為(不計重力)( ) A. B. C. D. 解析:選B 本題考查帶電粒子在有界磁場中的運動,意在考查考生對勻速圓周運動、牛頓第二定律的理解和應(yīng)用能力。設(shè)粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑為r,由牛頓第二定律可得:qvB=m,根據(jù)幾何關(guān)系可知r=R,聯(lián)立兩式解得v=,選項B正確。 5.(xx·新課標(biāo)全國Ⅱ)空間有一圓柱形勻強磁場區(qū)域,該區(qū)域的橫截面的半徑為R,磁場方向垂直于橫截面。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以速率v0沿橫截面的某直徑射入磁場,離開磁場時速度方向偏離入射方向60°。不計重力,該磁場的磁感應(yīng)強度大小為( ) A. B. C. D. 解析:選A 本題考查帶電粒子在勻強磁場中的運動及其相關(guān)知識點,意在考查考生應(yīng)用力學(xué)、幾何知識分析解決問題的能力。畫出帶電粒子運動軌跡示意圖,如圖所示。設(shè)帶電粒子在勻強磁場中運動軌跡的半徑為r,根據(jù)洛倫茲力公式和牛頓第二定律,qv0B=m,解得r=。由圖中幾何關(guān)系可得:tan 30°=。聯(lián)立解得:該磁場的磁感應(yīng)強度B=,選項A正確。 6.(xx·江蘇)如圖所示,MN是磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場的邊界。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在紙面內(nèi)從O點射入磁場。若粒子速度為v0,最遠(yuǎn)能落在邊界上的A點。下列說法正確的有( ) A.若粒子落在A點的左側(cè),其速度一定小于v0 B.若粒子落在A點的右側(cè),其速度一定大于v0 C.若粒子落在A點左右兩側(cè)d的范圍內(nèi),其速度不可能小于v0-qBd/2m D.若粒子落在A點左右兩側(cè)d的范圍內(nèi),其速度不可能大于v0+qBd/2m 解析:因粒子由O點以速度v0入射時,最遠(yuǎn)落在A點,又粒子在O點垂直射入磁場時,在邊界上的落點最遠(yuǎn),即=,所以粒子若落在A的右側(cè),速度應(yīng)大于v0,B正確;當(dāng)粒子落在A的左側(cè)時,由于不一定是垂直入射,所以速度可能等于、大于或小于v0,A錯誤;當(dāng)粒子射到A點左側(cè)相距d的點時,最小速度為vmin,則=,又因=,所以vmin=v0-,所以粒子落在A點左右兩側(cè)d的范圍內(nèi),其速度不可能小于vmin=v0-,C正確;當(dāng)粒子射到A點右側(cè)相距d的點時,最小速度為v1,則=,又因=,即v1=v0+,D錯誤。 答案:BC 7.(xx·安徽理綜)如圖所示,圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強磁場,一個帶電粒子以速度v從A點沿直徑AOB方向射入磁場,經(jīng)過Δt時間從C點射出磁場,OC與OB成60°角?,F(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)?,仍從A點沿原方向射入磁場,不計重力,則粒子在磁場中的運動時間變?yōu)? ) A.Δt B.2Δt C.Δt D.3Δt 解析:設(shè)電子粒子以速度v進入磁場做圓周運動,圓心為O1,半徑為r1,則根據(jù)qvB=,得r1=,根據(jù)幾何關(guān)系得=tan ,且φ1=60°當(dāng)帶電粒子以v的速度進入時,軌道半徑r2===r1,圓心在O2,則=tan 。即tan ===3tan=。故=60°,φ2=120°;帶電粒子在磁場中運動的時間t=T,所以==,即Δt2=2Δt1=2Δt,故選項B正確,選項A、C、D錯誤。 答案:B 8.(xx·重慶理綜)如圖所示,矩形MNPQ區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的勻強磁場,有5個帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直于磁場邊界進入磁場,在紙面內(nèi)做勻速圓周運動,運動軌跡為相應(yīng)的圓?。@些粒子的質(zhì)量、電荷量以及速度大小如下表所示. 粒子編號 質(zhì)量 電荷量(q>0) 速度大小 1 m 2q v 2 2m 2q 2v 3 3m -3q 3v 4 2m 2q 3v 5 2m -q v 由以上信息可知,從圖中a、b、c處進入的粒子對應(yīng)表中的編號分別為( ) A.3、5、4 B.4、2、5 C.5、3、2 D.2、4、5 解析:本題意在考查考生對洛倫茲力方向的理解,并能應(yīng)用R=解決帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡問題.由帶電粒子在勻強磁場中的運動軌跡并結(jié)合左手定則可知,a、b、c三個帶電粒子分別帶正、正、負(fù)電荷,而a、b、c三個帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑之比為 r1∶r2∶r3=2∶3∶2,由R=可知五個帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑之比為∶2∶3∶3∶2,所以a、b、c三個帶電粒子分別是編號2、4、5三個,D正確. 答案:D 9.(xx·新課標(biāo)全國)如圖,一半徑為R的圓表示一柱形區(qū)域的橫截面(紙面)。在柱形區(qū)域內(nèi)加一方向垂直于紙面的勻強磁場,一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子沿圖中直線在圓上的a點射入柱形區(qū)域,在圓上的b點離開該區(qū)域,離開時速度方向與直線垂直。圓心O到直線的距離為R?,F(xiàn)將磁場換為平行于紙面且垂直于直線的勻強電場,同一粒子以同樣速度沿直線在a點射入柱形區(qū)域,也在b點離開該區(qū)域。若磁感應(yīng)強度大小為B,不計重力,求電場強度的大小。 解析:粒子在磁場中做圓周運動。設(shè)圓周的半徑為r,由牛頓第二定律和洛倫茲力公式得 qvB=m① 式中v為粒子在a點的速度。 過b點和O點作直線的垂線,分別與直線交于c和d點。由幾何關(guān)系知,線段、和過a、b兩點的軌跡圓弧的兩條半徑(未畫出)圍成一正方形。因此 ==r② 設(shè)=x,由幾何關(guān)系得 =R+x③ =R+④ 聯(lián)立②③④式得r=R⑤ 再考慮粒子在電場中的運動。設(shè)電場強度的大小為E,粒子在電場中做類平拋運動。設(shè)其加速度大小為a,由牛頓第二定律和帶電粒子在電場中的受力公式得 qE=ma⑥ 粒子在電場方向和直線方向所走的距離均為r,由運動學(xué)公式得 r=at2⑦ r=vt⑧ 式中t是粒子在電場中運動的時間。聯(lián)立①⑤⑥⑦⑧式得 E=⑨ 答案: 第3節(jié) 帶電粒子在組合場中的運動 1. (xx·海南高考)如圖,在x軸上方存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直于紙面向外;在x軸下方存在勻強電場,電場方向與xOy平面平行,且與x軸成45°夾角。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子以初速度v0從y軸上的P點沿y軸正方向射出,一段時間后進入電場,進入電場時的速度方向與電場方向相反;又經(jīng)過一段時間T0,磁場的方向變?yōu)榇怪庇诩埫嫦蚶铮笮〔蛔?。不計重力? (1)求粒子從P點出發(fā)至第一次到達x軸時所需的時間; (2)若要使粒子能夠回到P點,求電場強度的最大值。 解析:(1)帶電粒子在磁場中做圓周運動,設(shè)運動半徑為R,運動周期為T,根據(jù)洛倫茲力公式及圓周運動規(guī)律,有 qv0B=m T= 依題意,粒子第一次到達x軸時,運動轉(zhuǎn)過的角度為π, 所需時間t1為t1=T,求得t1= (2)粒子進入電場后,先做勻減速運動,直到速度減小為0,然后沿原路返回做勻加速運動,到達x軸時速度大小仍為v0,設(shè)粒子在電場中運動的總時間為t2,加速度大小為a,電場強度大小為E, 有qE=ma v0=at2 得t2= 根據(jù)題意,要使粒子能夠回到P點,必須滿足t2≥T0 得電場強度最大值 E= 答案:(1) (2) 2.(xx·大綱卷)如圖,在第一象限存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度方向垂直于紙面(xOy平面)向外;在第四象限存在勻強電場,方向沿x軸負(fù)向。在y軸正半軸上某點以與x軸正向平行、大小為v0的速度發(fā)射出一帶正電荷的粒子,該粒子在(d,0)點沿垂直于x軸的方向進入電場。不計重力。若該粒子離開電場時速度方向與y軸負(fù)方向的夾角為θ,求 (1)電場強度大小與磁感應(yīng)強度大小的比值; (2)該粒子在電場中運動的時間。 解析:(1)如圖,粒子進入磁場后做勻速圓周運動。設(shè)磁感應(yīng)強度的大小為B,粒子質(zhì)量與所帶電荷量分別為m和q,圓周運動的半徑為R0。由洛倫茲力公式及牛頓第二定律得 qv0B=m ① 由題給條件和幾何關(guān)系可知R0=d ② 設(shè)電場強度大小為E,粒子進入電場后沿x軸負(fù)方向的加速度大小為ax,在電場中運動的時間為t,離開電場時沿x軸負(fù)方向的速度大小為vx。由牛頓第二定律及運動學(xué)公式得 Eq=max ③ vx=axt ④ t=d ⑤ 由于粒子在電場中做類平拋運動(如圖), 有tan θ= ⑥ 聯(lián)立①②③④⑤⑥式得 =v0tan2θ ⑦ (2)聯(lián)立⑤⑥式得 t= ⑧ 答案:見解析 3.(xx·山東高考)如圖甲所示,間距為d、垂直于紙面的兩平行板P、Q間存在勻強磁場。取垂直于紙面向里為磁場的正方向,磁感應(yīng)強度隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示。t=0時刻,一質(zhì)量為m、帶電量為+q的粒子(不計重力),以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置,沿垂直于磁場且平行于板面的方向射入磁場區(qū)。當(dāng)B0和TB取某些特定值時,可使t=0時刻入射的粒子經(jīng)Δt時間恰能垂直打在P板上(不考慮粒子反彈)。上述m、q、d、v0為已知量。 (1)若Δt=TB,求B0; (2)若Δt=TB,求粒子在磁場中運動時加速度的大小; (3)若B0=,為使粒子仍能垂直打在P板上,求TB。 解析:(1)設(shè)粒子做圓周運動的半徑為R1,由牛頓第二定律得 qv0B0= ① 據(jù)題意由幾何關(guān)系得 R1=d ② 聯(lián)立①②式得 B0= ③ (2)設(shè)粒子做圓周運動的半徑為R2,加速度大小為a,由圓周運動公式得 a= ④ 據(jù)題意由幾何關(guān)系得 3R2=d ⑤ 聯(lián)立④⑤式得 a= ⑥ (3)設(shè)粒子做圓周運動的半徑為R,周期為T,由圓周運動公式得 T= ⑦ 由牛頓第二定律得 qv0B0= ⑧ 由題意知B0=,代入⑧式得 d=4R ⑨ 粒子運動軌跡如圖所示,O1、O2為圓心,O1O2連線與水平方向的夾角為θ,在每個TB內(nèi),只有A、B兩個位置粒子才有可能垂直擊中P板,且均要求0<θ<,由題意可知 T= ⑩ 設(shè)經(jīng)歷完整TB的個數(shù)為n(n=0,1,2,3…)若在A點擊中P板,據(jù)題意由幾何關(guān)系得 R+2(R+Rsin θ)n=d ? 當(dāng)n=0時,無解 ? 當(dāng)n=1時,聯(lián)立⑨?式得 θ=(或sin θ=) ? 聯(lián)立⑦⑨⑩?式得 TB= ? 當(dāng)n≥2時,不滿足0<θ<的要求 ? 若在B點擊中P板,椐題意由幾何關(guān)系得 R+2Rsin θ+2(R+Rsin θ)n=d ? 當(dāng)n=0時,無解 ? 當(dāng)n=1時,聯(lián)立⑨?式得 θ=arcsin (或sin θ=) ? 聯(lián)立⑦⑨⑩?式得 TB= ? 當(dāng)n≥2時,不滿足0<θ<的要求 ? 答案:見解析 4.(xx·廣東高考)如圖所示,足夠大的平行擋板A1、A2豎直放置,間距6 L,兩板間存在兩個方向相反的勻強磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,以水平面MN為理想分界面。Ⅰ區(qū)的磁感應(yīng)強度為B0,方向垂直紙面向外。A1、A2上各有位置正對的小孔S1、S2,兩孔與分界面MN的距離均為L。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子經(jīng)寬度為d的勻強電場由靜止加速后,沿水平方向從S1進入Ⅰ區(qū),并直接偏轉(zhuǎn)到MN上的P點,再進入Ⅱ區(qū),P點與A1板的距離是L的k倍,不計重力,碰到擋板的粒子不予考慮。 (1)若k=1,求勻強電場的電場強度E; (2)若2- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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