【3年高考2年模拟1年预测】高考物理 专题8 磁场（含复合场）（含解析）.doc

专题8磁场（含复合场）【2015年高考命题预测】磁场部分近年的考察分为两个方向，一个是对基本概念原理和物理学史的考察，主要集中于对于磁感应强度的定义，安培力大小方向的判断，磁感线的性质，右手安培定则等这些电磁学部分基本的概念原理的认识和理解，重在理解。命题形式会侧重于设置新的情景，提出模棱两可的判断选项，考察理解是否透彻全面。另外一个就是带电粒子在匀强磁场中的运动，由于带电粒子仅在洛伦兹力作用下，若速度方向和磁场垂直，将做匀速圆周运动，而不同的磁场区域对圆周运动轨迹也会有不同的影响，水平边界的，圆形边界的匀强磁场，这个命题是经常考察的形式，而且还可以和其他复合场里面的运动结合，把功能关系和类平抛运动结合，把安培力做功和机械能变化结合，把电磁力和经典动力结合起来，这是选择题部分的一个热门考点和命题方向。安培力的考察不但考察安培力的大小方向判断，而且考察安培力做功的情况，涉及到安培力做功是个难点也是个热点，2015年高考仍然会就这些热门考点命题。我们的备考工作首先做到概念清晰，理解到位。对安培力做功，既要明确安培力做功和闭合回路电功的关系，又要清楚安培力做功和动能变化的功能关系，安培力做功和机械能守恒的关系，这种综合性的偏难的题目要多训练多熟悉，选择题容易涉及。带电粒子在匀强磁场中的圆周运动，做到熟悉相关物理量的表达式，包括向心力，半径，周期，线速度，知道这些物理量与什么有关，选项出现时能够快速做出判断。【2015年高考考点定位】作为一个热门的考点，一个每年必考的考点，近年来命题形式频出新意，主要侧重于两个方面，一个是描述磁场的相关物理量和定义的考察，如磁场、磁感应强度、磁感线、安培力、左手定则、右手定则等，考察这些基本的概念，不过情景可能会新。另外一个方面就是带点粒子在匀强磁场中的运动和安培力做功，涉及到运动过程的描述和功能关系。【考点pk】名师考点透析考点一、磁场和磁感应强度【名师点睛】1、 磁场：性质是对放入其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。磁场的强弱用磁感应强度b表示，方向为小磁针静止时n极所指的方向。大小定义为，此定义为电流垂直磁场时所受到的磁场力与电流大小和长度的比值，当然只针对一小段长度，我们称之为电流元（微元法）。2、 磁感线：与电场线的相同点都是假设的不存在的，都以切线方向表示磁场方向（或电场方向），不同点电场线是不闭合的，而磁感线是闭合的。常见磁场的磁感线如下 3、 磁通量：穿过平面的磁感线的多少。对匀强磁场，若磁感应强度大小为b，平面面积为s，夹角为，则有磁通量考点二、安培右手定则【名师点睛】1、 直线电流的磁场：右手握着通电直导线，大拇指指向电流的方向，四指环绕的方向即磁场的方向。磁场特点为以直导线为中心轴以一组同轴圆环，离轴越远，磁感应强度越弱。2、 环形电流的磁场：右手握着环形电流，四指环绕的方向为电流方向，大拇指所指的方向就是中心轴线处磁场的方向，也就是磁场的n极。磁场特点环形电流内部和外部的磁感应强度方向相反，大拇指指的是内部的磁场方向。3、 通电螺线管的磁场：右手握着通电螺线管，四指环绕的方向为电流方向，大拇指所指的方向就是中心轴线处磁场的方向，也就是磁场的n极。磁场特点类似于条形磁铁的磁场，螺线管内部为匀强磁场。考点三、带点粒子在匀强磁场中的运动【名师点睛】1、 洛伦磁力（左手定则）：伸开左手，让磁感线穿过手心，四指直向正电荷运动的方向或者负电荷运动的反方向，大拇指所指的就是洛伦兹力的方向。大小表达式为，为速度与磁场的夹角。注意的是，洛伦兹力的方向总是垂直于磁场和速度所决定的平面。所以洛伦兹力不会做功。2、 速度方向垂直磁场方向进入磁场的带点粒子，由于洛伦兹力总是和速度方向垂直，只改变速度大小不改变速度方向，粒子将做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：，粒子在磁场中匀速圆周运动半径为。圆周运动周期，提醒大家注意周期和速度无关。3、 水平边界的匀强磁场中，带电粒子进磁场时速度与边界的夹角和出磁场时速度与边界夹角相同，即具有对称性。圆形边界的匀强磁场，若粒子沿磁场半径方向进入磁场，必定还沿半径方向离开磁场。由于粒子在磁场中的运动涉及较多的几何关系，所以借助某些结论可以缩短计算时间。考点四、带点粒子在复合场中的运动【名师点睛】1、 质谱仪：通过一个加速电场：，垂直磁场进入匀强磁场做匀速圆周运动，圆周运动半径，打在水平边界上的间距为，对于电荷数相同质量数不同的同位素，可以通过打在不同位置而区分开，而且可以通过间距分析粒子的比荷大小。结构简图如下2、 回旋加速器：两个半圆的d行金属盒构成，金属盒内存在匀强磁场，两个金属盒的间隙处加油高频交流电，带点粒子在其中一个d行盒中做半个周期的匀速圆周运动，经过高频交流电，被电场加速，让后进入对面的d行盒再做半个周期的匀速圆周运动，再回到缝隙处的高频交流电时，电场方向刚好反向，粒子继续加速，这样如此循环，粒子的速度越来越大，圆周运动半径越来越大，最终达到d行盒的半径而离开d行盒，获得高速粒子。注意交流电的周期等于粒子在匀强磁场中圆周运动的周期粒子最终的速度由d行盒的半径和磁感应强度决定，与加速电压无关。3、 速度选择器（磁流体发电机）：带电粒子进入匀强磁场后，由于受到洛伦兹力的作用而使得正负粒子偏向不同的方向，如下图所示，从而使得a板带负电，b板带正电，从而在ab之间形成电场和电压。当粒子不再偏转时，设ab之间电压为，间距为，磁感应强度为，则能够通过而不偏转的粒子满足条件为，可得，即只有速度等于的粒子才能沿直线通过，此为速度选择器。此时上下两板之间的电压维持在，可以持续稳定对外供电，即磁流体发电机的电动势。【试题演练】1.【云南省昆明一中2014届高三上学期开学考试】如图所示，带有正电荷的a粒子和b粒子同时以同样大小的速度从宽度为d的有界匀强磁场的边界上的o点分别以30和60(与边界的夹角)射入磁场，又恰好都不从另一边界飞出，则下列说法中正确的是()a.a、b两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为b.a、b两粒子在磁场中做圆周运动的半径之比为 c.a、b两粒子的之比是d.a、b两粒子的之比是r 2.【江西省新余一中、宜春中学2014届高三9月联考物理试题】如图，两个初速度大小相同的同种离子a和b，从o点沿垂直磁场方向进人匀强磁场，最后打到屏p上。不计重力。下列说法正确的有（ ）aa、b均带正电ba在磁场中飞行的时间比b的短ca在磁场中飞行的路程比b的短da在p上的落点与o点的距离比b的近【答案】ad【解析】试题分析：根据左手定则，a、b均带正电，a正确；两粒子在磁场中运动周期相同，所以a在磁场中飞行的时间比b的长，b错，两粒子在磁场中运动半径相同，所以a在磁场中飞行的路程比b的长，a在p上的落点与o点的距离比b的近，c错d对。两粒子在磁场中的运动情况如下图所示：考点：洛伦兹力 匀速圆周运动 【三年高考】 12、13、14 高考试题及其解析1.【2014新课标全国卷】关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是（ ）a.安培力的方向可以不垂直于直导线b.安培力的方向总是垂直于磁场的方向c.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关d.将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半【考点定位】安培左手定则2【2014海南卷】下列说法中，符合物理学史实的是a亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就静止b牛顿认为，力是物体运动状态改变的原因，而不是物体运动的原因c麦克斯韦发现了电流的磁效应，即电流可以在其周围产生磁场d奥斯特发现导线通电时，导线附近的小磁针发生偏转3.【2014北京卷】带电离子a、b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的动量大小相等，a运动的半径大于b运动的半径。若a、b的电荷量分别为qa、qb，质量分别为ma、mb，周期分别为ta、tb。则一定有a.qaqb b.mamb c. tatb d. 4.【2014新课标全国卷】如图为某磁谱仪部分构件的示意图。图中，永磁铁提供匀强磁场，硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹。宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子。当这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是a.电子与正电子的偏转方向一定不同b.电子和正电子在磁场中的运动轨迹一定相同c.仅依据粒子的运动轨迹无法判断此粒子是质子还是正电子d.粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小5.【2014新课标全国卷】如图，mn为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场（未画出）。一带电粒子从紧贴铝板上表面的p点垂直于铝板向上射出，从q点穿过铝板后到达pq的中点o，已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变，不计重力。铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为（ ）a. 2 b. c. 1 d. 6.【2014海南卷】如图，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流：a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为、l和3l。关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是aa处的磁感应强度大小比c处的大bb、c两处的磁感应强度大小相等ca、c两处的磁感应强度方向相同db处的磁感应强度为零导线距离相等，故两磁场叠加为零，d对。考点：磁场叠加、右手定则7【2014江苏卷】如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为i，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小b与i成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为ih，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压uh满足：uh，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻r远大于rl，霍尔元件的电阻可以忽略，则（ ）a霍尔元件前表面的电势低于后表面 b若电源的正负极对调，电压表将反偏cih与i成正比 d电压表的示数与rl消耗的电功率成正比8.【2014浙江卷】如图1所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为l，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为b。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起，棒上有如图2所示的持续交流电流i，周期为t，最大值为im，图1中i所示方向为电流正方向。则金属棒（ ）a.一直向右移动b.速度随时间周期性变化c.受到的安培力随时间周期性变化d.受到的安培力在一个周期内做正功9.【2014安徽卷】“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体，使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部，而不与装置器壁碰撞，已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度t成正比，为约束更高温度的等离子体，则需要更强的磁场，以使带电粒子在磁场中的运动半径不变，由此可判断所需的磁感应强度b正比于a. b. c. d.【答案】a【解析】10. 【2014上海卷】如图，在磁感应强度为b的匀强磁场中，面积为s的矩形刚性导线框abcd可绕过ad边的固定轴oo转动，磁场方向与线框平面垂直。在线框中通以电流强度为i的稳恒电流，并使线框与竖直平面成角，此时bc边受到相对oo轴的安培力力矩大小为（a）isb （b）isb （c） （d）1.【2013新课标全国卷】 如图，在光滑绝缘水平面上，三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上；a、b带正电，电荷量均为q，c带负电整个系统置于方向水平的匀强电场中已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态，则匀强电场场强的大小为()a. b.c. d.2.【2013广东卷】 如图所示，两个初速度大小相同的同种离子a和b，从o点沿垂直磁场方向进入匀强磁场，最后打到屏p上不计重力下列说法正确的有()aa、b均带正电ba在磁场中飞行的时间比b的短ca在磁场中飞行的路程比b的短da在p上的落点与o点的距离比b的近【考点】带点粒子在匀强磁场中的运动3.【2013新课标全国卷】 如图，半径为r的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为b，方向垂直于纸面向外一电荷量为q(q0)、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域，射入点与ab的距离为.已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60，则粒子的速率为(不计重力)()a. b.c. d.4.【2013重庆卷】如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为b.当通以从左到右的稳恒电流i时，测得导电材料上、下表面之间的电压为u，且上表面的电势比下表面的低由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为()a.，负b.，正c.，负 d.，正【答案】c5.【2013安徽卷】 图中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示一带正电的粒子从正方形中心o点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是()a向上b向下c向左 d向右1.【2012 广东】质量和电量都相等的带电粒子m和n，以不同的速度率经小孔s垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图2种虚线所示，下列表述正确的是am带负电，n带正电b.m的速度率小于n的速率c.洛伦磁力对m、n做正功d.m的运行时间大于n的运行时间2.【2012 北京】.处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圈周运动。将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值 （）a 与粒子电荷量成正比 b 与粒子速率成正比 c与粒子质量成正比 d与磁感应强度成正比【考点】带电粒子的运动3.【2012海南】如图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里，一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板，若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变？（ ）a.粒子速度的大小 b.粒子所带的电荷量 c.电场强度 d.磁感应强度4.【2012 天津】如图所示，金属棒mn两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由m向n的电流平衡时两悬线与竖直方向夹角均为。如里仅改变下列某一个条件，的相应变化情况是a棒中的电流变大，角变大b两悬线等长变短，角变小c金属棒质量变大，角变大d磁感应强度变大，角变小5.【2012 江苏】如图所示，mn是磁感应强度b匀强磁场的边界，一质量为m、电荷量为q粒子在纸面内从o点射入磁场，若粒子速度为v0，最远可落在边界上的a点，下列说法正确的有a若粒子落在a点的左侧，其速度一定小于v0b若粒子落在a点的右侧，其速度一定大于v0c若粒子落在a点左右两侧d的范围内，其速度不可能小于d若粒子落在a点左右两侧d的范围内，其速度不可能大于【两年模拟】 1.【2014北京市东城区示范校高三第一学期12月联考试卷】为了科学研究的需要，常常将质子（h）和粒子（he）等带电粒子贮存在圆环状空腔中，圆环状空腔置于一个与圆环平面垂直的匀强磁场（偏转磁场）中，磁感应强度为b。如果质子和粒子在空腔中做圆周运动的轨迹相同（如图中虚线所示），偏转磁场也相同。比较质子和粒子在圆环状空腔中运动的动能和、运动的周期和的大小，有a. b. c. d. 2.【2014贵州省遵义市第四中学高三上学期第三次月考】如图，两个初速度大小相同的同种离子a和b，从o点沿垂直于磁场方向进人匀强磁场，最后打到屏p上不计重力下列说法正确的有（）poaa、b均带负电ba在磁场中飞行的时间比b的短ca在磁场中飞行的路程比b的大 da在p上的落点与o点的距离比b的远3.【2014贵州省六校联盟高三第一次联考】如图所示，一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入横截面为一正方形的匀强磁场区，在从ab边离开磁场的电子中，下列判断正确的是 （ ）a.从b点离开的电子速度最大 b.从b点离开的电子在磁场中运动时间最长c.从b点离开的电子速度偏转角最大 d.在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线一定重合【答案】ad4.【2014郑州高三第一次质量预测】如图所示，在半径为r的圆柱形区域内有匀强磁场。一个电子以速度为v0从m点沿半径方向射入该磁场，从n点射出，速度方向 偏转了。则电子从m到n运行的时间是 （）a b. c d考点：带电粒子在匀强磁场中的运动5.【2014唐山高三12份月考】如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的m、n两小孔中， o为m、n连线中点，连线上a、b两点关于o点对称。导线均通有大小相等、方向向上的电流。已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度，式中k是常数、i是导线中电流、r为点到导线的距离。一带正电的小球以初速度v0从a点出发沿连线运动到b点。关于上述过程，下列说法正确的是（ ）a小球先做加速运动后做减速运动 b小球一直做匀速直线运动c小球对桌面的压力先减小后增大 d小球对桌面的压力一直在增大6.【2014湖北武汉高三2月调研】如图所示，将长度为l的直导线放置在y轴上，当通以大小为i、沿y轴负方向的电流后，测得其受到的安培力大小为f、方向沿x轴正方向。则匀强磁场的磁感应强度可能：a沿z轴正方向，大小为b在xoy平面内，大小为c在zoy平面内，大小为d在zoy平面内，大小为7.【2014陕西长安一中等五校高三二模】如图所示，以直角三角形aoc为边界的有界匀强磁场区域，磁感应强度为b，a60，aol，在o点放置一个粒子源，可以向各个方向发射某种带负电粒子(不计重力作用)，粒子的比荷为q/m，发射速度大小都为v0，且满足v0qbl/m。粒子发射方向与oc边的夹角为，对于粒子进入磁场后的运动，下列说法正确的是( )a粒子有可能打到a点b以60飞入的粒子在磁场中运动时间最短c以30飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等d在ac边界上只有一半区域有粒子射出8. 【2014江西九所重点中学高三3月联考】如图所示，某一真空室内充满竖直向下的匀强电场e，在竖直平面内建立坐标系xoy，在y0的空间内，将一质量为m的带电液滴（可视为质点）自由释放，此液滴则沿y轴的负方向，以加速度a=2g（g为重力加速度）做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，被安置在原点的一个装置瞬间改变了带电性质（液滴所带电荷量和质量均不变），随后液滴进入y0的空间运动液滴在y0的空间内的运动过程中a重力势能一定不断减小 b电势能一定先减小后增大c动能不断增大 d动能保持不变9. 【2014湖南益阳高三下期模考】如图所示，在互相垂直的匀强电场和匀强磁场中，电荷量为q的液滴在竖直面内做半径为r的匀速圆周运动已知电场强度为e，磁感应强度为b，则液滴的质量和环绕速度分别为a，b，cb ， d， 【答案】 d10.【2014湖北孝感高三第二次统考】中国科学家发现了量子反常霍尔效应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级的成果如图所示， 厚度为h，宽度为d的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体上下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应下列说法正确的是上表面的电势高于下表面电势仅增大h时，上下表面的电势差增大仅增大d时，上下表面的电势差减小 仅增大电流i时，上下表面的电势差减小1.【2013四川省绵阳市高三第二次诊断测试】如图所示，金属棒mn两端由等长的轻质绝缘细线水平悬挂，处于垂直纸面水平向里的匀强磁场中，棒中通有由m到n的恒定电流，细线中拉力不为零，两细线竖直。保持匀强磁场磁感应强度大小不变，方向缓慢地转过90变为竖直向下，在这个过程中 gf安f拉a. 细线向纸面内偏转，其中的拉力一直增大b. 细线向纸面外偏转，其中的拉力一直增大c. 细线向纸面内偏转，其中的拉力先增大后减小d. 细线向纸面外偏转，其中的拉力先增大后减小2.【2013安徽省皖南八校高三第二次联考】如图所示，m、n为简化的磁流体发电机的两个水平极板，相距d= 0. 2 m，板间有垂直于纸面向外的匀强磁场，b= 1.0 t，外电路中可变负载电阻r的最大阻值为10 ，电离气体（含有大量的正、负带电粒子，且不计重力）以速率v=1100 m/s平行极板由左向右射入，极板间电离气体的等效内阻r=1 ，断开开关s，稳定之后，下列说法正确的是a m板电势高于n板电势 b该发电机的电动势为220 vc.该发电机的电动势是由静电力做功产生的d.若闭合开关s，负载电阻r=10 时发电机输出功率最大【答案】b 【解析】试题分析：根据左手定则，正粒子在洛伦兹力的作用下向n板偏转，负粒子向m板偏转，所以m板电势低3.【2013广东省汕头市高三期末考试】如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（b）和匀强电场（e）组成的速度选择器，然后粒子通过平板s上的狭缝p，进入另一匀强磁场（b），最终打在ala2上。下列表述正确的是ba.粒子带负电b.所有打在ala2上的粒子，在磁场b中运动时间都相同c.能通过狭缝p的带电粒子的速率等于d.粒子打在ala2上的位置越靠近p，粒子的比荷越大4.【2013江西省景德镇高三二检】如图所示，以直角三角形aoc为边界的有界匀强磁场区域，磁感应强度为b，a=60，ao= a。在o 点放置一个粒子源，可以向各个方向发射某种带负电粒子，粒子的比荷为q/m，发射速度大小都为v0，且满足v0=，发射方向由图中的角度表示。对于粒子进入磁场后的运动（不计重力作用），下列说法正确的是（ ）a粒子有可能打到a点b以 = 60飞入的粒子在磁场中运动时间最短c以30飞入的粒子在磁场中运动的时间都相等d在ac 边界上只有一半区域有粒子射出5.【2013浙江省金华十校高三期末考试】如图所示，i、是竖直平面内两个相同的半圆形光滑绝缘轨道，k为轨道最低点。轨道i处于垂直纸面向外的匀强磁场中，轨道ii处于水平向右的匀强电场中。两个完全相同的带正电小球a、b从静止开始下滑至第一次到达最低点k的过程，则此过程带电小球a、b相比 a球