《5年高考3年模拟》A版专题九 磁场Word文件下载.docx

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通电直导线和通电线圈周围磁场的方向

★★☆

安培力

Ⅱ

2015,4,3分

2018,13,15分

等效法

磁场对运动电荷的作用

洛仑兹力

带电粒子在匀强磁场中的运动

2014,9,4分

2014,14,16分

对称法

带电粒子在复合场中的运动

质谱仪和回旋加速器的工作原理

2015,15,16分

2016,15,16分

2017,15,16分

2018,15,16分

过程法

分析解读　安培力的计算常存在于直导线跟匀强磁场平行或垂直两种情况中,带电粒子在匀强磁场中的运动计算常出现于带电粒子的速度与磁感应强度平行或垂直两种情况中。

高考对本专题内容考查命题频率极高,常以选择题和计算题两种形式出题,选择题一般考查磁场的基础知识和基本规律,一般难度不大;

计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量知识的综合应用,难度较大,大多在高考压轴题中出现。

命题趋势:

1.磁场的基础知识及规律的考查;

2.安培力、洛仑兹力的考查;

3.带电粒子在有界磁场中的临界问题,在组合场、复合场中的运动问题;

4.磁场与现代科学知识的综合应用如速度选择器、回旋加速器、质谱仪、霍尔元件等。

需要较强的空间想象能力和运用数学知识解决物理问题的能力。

【真题典例】

破考点

【考点集训】

考点一　磁场、安培力

1.（2018江苏淮安摸底）（多选）如图所示,水平长直导线MN中通有由M到N方向的恒定电流,用两根轻质绝缘细线将矩形线圈abcd悬挂在其正下方。

开始时线圈内不通电流,两根细线上的张力均为FT,当线圈中通过的电流为I时,两根细线上的张力均减小为FT'

。

下列说法正确的是（　　）

A.线圈中通过的电流方向为a→d→c→b→a

B.线圈中通过的电流方向为a→b→c→d→a

C.当线圈中的电流变为I时,两细线内的张力均为零

D.当线圈中的电流变为I时,两细线内的张力均为零

答案　BC　

2.（2018江苏南通一模,3）在匀强磁场中有粗细均匀的同种导线制成的等边三角形线框abc,磁场方向垂直于线框平面,a、c两点间接一直流电源,电流方向如图所示,则（　　）

A.导线ab受到的安培力大于导线ac所受的安培力

B.导线abc受到的安培力大于导线ac受到的安培力

C.线框受到的安培力的合力为零

D.线框受到的安培力的合力方向垂直于ac向下

答案　D　

3.（2017安徽淮北重点学校联考,2,4分）如图所示,M、N、P是以MN为直径的半圆弧上的三点,O为半圆弧的圆心,∠MOP=60°

在M、N处各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等的恒定电流,方向如图所示,这时O点的磁感应强度大小为B1。

若将M处长直导线移至P处,则O点的磁感应强度大小为B2,那么B2与B1之比为（　　）

A.∶1B.∶2C.1∶1D.1∶2

答案　B　

考点二　磁场对运动电荷的作用

1.（2017江苏海安月考,5）如图所示是电视机显像管及其偏转线圈的示意图。

如果电视画面发生异常,满屏时看不到完整的图像,可能的原因是（　　）

A.加速电场的电压过高,电子速率偏大

B.偏转线圈电流过大,偏转磁场偏强

C.偏转线圈局部短路,导致线圈有效匝数减少

D.电子枪发射能力减弱,电子数减少

2.（2019届江苏溧水调研,4,3分）如图所示为洛仑兹力演示仪的结构图。

励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外,电子束由电子枪产生,其速度方向与磁场方向垂直。

电子速度的大小和磁场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节。

A.仅增大励磁线圈中电流,电子束径迹的半径变大

B.仅提高电子枪加速电压,电子束径迹的半径变大

C.仅增大励磁线圈中电流,电子做圆周运动的周期将变大

D.仅提高电子枪加速电压,电子做圆周运动的周期将变大

3.（2018江苏南通一模,15）如图所示,两边界MN、PQ相互平行,相距为L,MN左侧存在平行边界沿纸面向下的匀强电场,PQ右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场,电场和磁场的区域足够大,质量为m、电荷量为+q的粒子从与边界MN距离为2L的O点,以方向垂直于边界MN、大小为v0的初速度向右运动,粒子飞出电场时速度方向与MN的夹角为45°

粒子还能回到O点,忽略粒子的重力,求:

（1）匀强电场的场强大小E;

（2）粒子回到O点时的动能Ek;

（3）磁场的磁感应强度B和粒子从O点出发回到O点的时间t。

答案　

（1）粒子向右通过电场的时间

t1=

离开电场时沿电场方向的分速度vy=v0tan45°

在电场中运动的加速度a=

由牛顿第二定律有qE=ma

解得E=

（2）粒子向右通过电场和向左进入电场回到O点的过程可统一看成类平抛运动,则粒子两次经过边界MN的位置间的距离

h=a（2t1）2

由动能定理有qEh=Ek-m,

解得Ek=m。

（3）粒子进入磁场的速度v=v0,

设在磁场中运动半径为r,由几何关系可知

2rcos45°

=h+2Ltan45°

在磁场中的运动半径r=3L,

由向心力公式有qvB=

解得B=

粒子在磁场中运动的时间t2=·

则t=2t1+t2+

解得t=

考点三　带电粒子在复合场中的运动

1.（2018江苏泰州月考,9）（多选）如图所示,虚线EF下方存在着正交的匀强电场和匀强磁场,一个带电微粒从距离EF为h的某处由静止开始做自由落体运动,从A点进入场区后,恰好做匀速圆周运动,然后从B点射出,C为圆弧的最低点,下面说法正确的有（　　）

A.从B点射出后,微粒能够再次回到A点

B.如果仅使h变大,微粒从A点进入场区后将仍做匀速圆周运动

C.如果仅使微粒的电荷量和质量加倍,微粒将仍沿原来的轨迹运动

D.若仅撤去电场E,微粒到达轨迹最低点时受到的洛仑兹力一定大于它的重力

答案　BCD　

2.（2018江苏泰州月考,6）（多选）回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用,其原理如图所示,D1和D2是两个中空的半圆形金属盒,置于与盒面垂直的匀强磁场中,它们接在电压为U、周期为T的交流电源上,位于D2圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略）,它们在两盒之间被电场加速,当质子被加速到最大动能Ek后,再将它们引出,忽略质子在电场中的运动时间,则下列说法中正确的是（　　）

A.若只增大交变电压U,则质子的最大动能Ek会变大

B.若只增大交变电压U,则质子在回旋加速器中运行时间会变短

C.若只将交变电压的周期变为2T,仍可用此装置加速质子

D.质子第n次被加速前后的轨道半径之比为∶

答案　BD　

3.（2017江苏南京、盐城一模,15）如图甲所示,粒子源靠近水平极板M、N的M板,N板下方有一对长为L、间距为d=1.5L的竖直极板P、Q,在下方区域存在着垂直于纸面的匀强磁场,磁场上边界的部分放有感光胶片,水平极板M、N中间有小孔,两小孔的连线为竖直极板P、Q的中线,与磁场上边界的交点为O,水平极板M、N之间的电压为U0;

竖直极板P、Q之间的电压UPQ随时间t变化的图像如图乙所示;

磁场的磁感应强度B=,粒子源连续释放初速度不计、质量为m、带电荷量为+q的粒子,这些粒子经加速电场获得速度进入竖直极板P、Q之间的电场后再进入磁场区域,都会打到感光胶片上。

已知粒子在偏转电场中运动的时间远小于电场变化的周期,粒子重力不计。

求:

（1）带电粒子进入偏转电场时的动能Ek;

（2）磁场上、下边界区域的最小宽度x;

（3）带电粒子打到磁场上边界感光胶片的落点范围的长度。

答案　

（1）qU0　

（2）L　（3）

炼技法

【方法集训】

方法1　安培力作用下导体的运动及平衡问题分析方法

1.（2019届江苏海安月考,3,3分）如图所示为一台非铁性物质制成的天平,天平左盘中的A是螺线管,B是铁块,螺线管未通电时天平平衡,现使螺线管通电,调节螺线管中电流的大小,使铁块B向上加速运动,在B向上运动的过程中,下列判断正确的是（　　）

A.天平仍保持平衡

B.天平右盘下降

C.天平左盘下降

D.不知道通电螺线管的磁极,所以无法确定天平的升降

答案　C　

2.（2018江苏苏锡常镇一模联考,5）如图所示,在磁感应强度为B,范围足够大的水平匀强磁场内,固定着倾角为θ的绝缘斜面,一个质量为m、电荷量为-q的带电小物块以初速度v0沿斜面向上运动,小物块与斜面间的动摩擦因数为μ,设滑动时电荷量不变,在小物块上滑过程中,其加速度大小a与时间t的关系图像,可能正确的是（　　）

3.（2018江苏镇江摸底,13）水平放置的光滑金属导轨宽L=0.2m,所接电源电动势E=3V,电源内阻及导轨电阻不计。

匀

强磁场竖直向下穿过导轨,磁感应强度B=1T。

导体棒ab的电阻R=6Ω,质量m=10g,垂直放在导轨上并接触良好,求合上开关的瞬间时,

（1）导体棒受到安培力的大小和方向;

（2）导体棒的加速度。

答案　

（1）0.1N　水平向右　

（2）10m/s2,方向水平向右

方法2　带电粒子在有界匀强磁场中做匀速圆周运动问题的分析

1.如图所示,在以O为圆心的圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B=0.2T。

AO、CO为圆的两条半径,夹角为120°

一个质量为m=3.2×

10-26kg、电荷量q=1.6×

10-19C的带负电粒子经电场加速后,从图中A点沿AO进入磁场,最后以v=1.0×

105m/s的速度从C点离开磁场,不计粒子的重力。

（1）加速电场的电压;

（2）粒子在磁场中运动的时间;

（3）圆形有界磁场区域的半径。

答案　

（1）1000V　

（2）1.0×

10-6s　（3）0.058m

2.（2018江苏泰州月考,15）如图所示,在坐标系的第一、四象限存在一宽度为a、垂直纸面向外的有界匀强磁场,磁感应强度的大小为B;

在第三象限存在与y轴正方向成θ=60°

角的匀强电场。

一个粒子源能释放质量为m、电荷量为+q的粒子,粒子的初速度可以忽略。

粒子源在点P（-a,-a）时发出的粒子恰好垂直磁场边界EF射出;

将粒子源沿直线PO移动到Q点时,所发出的粒子恰好不能从EF射出。

不计粒子的重力及粒子间相互作用力。

（1）匀强电场的电场强度;

（2）PQ的长度;

（3）若仅将电场方向顺时针转动60°

粒子源仍在P、Q间移动并释放粒子,试判断这些粒子第一次从哪个边界射出磁场,并确定射出点的纵坐标范围。

答案　

（1）　

（2）

（3）若将电场方向变为与y轴负方向成θ=60°

角,由几何关系可知,粒子源在P、Q两点处经电场加速后进入磁场时的速率与原来相等,仍为v1、v2。

从P、Q点发出的粒子轨迹半径仍为R1=2a、R2=

从P点发出的粒子第一次从y轴上N点射出,由几何关系知轨迹正好与EF相切,N点的纵坐标yN=-（a+2R1sin60°

）=-（1+2）a

同理可求,从Q点发出的粒子第一次从y轴上M点射出,M点的纵坐标yM=-（a+2R2sin60°

）=-

即射出点的纵坐标范围[-,-（1+2）a]

方法3　带电粒子在磁场中运动的多解问题的分析

　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