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xx届全国最畅销精品书五年高考三年模拟高考物理分册原书修订稿10章磁场 第十章磁场【三年高考】 一、选择题1原书P81第1题2原书P81第2题3原书P83第3题二非选择题4原书P82第9题5原书P82第8题6原书P83第10题7原书P83第11题8原书P84第12题9原书P84第13题10原书P84第14题11原书P85第15题【规律点睛】考点突破历年高考对本专题的知识覆盖面大，涉及到的内容包括五个概念磁感应强度、磁感线、磁通量、安培力、洛伦兹力；两个定则安培定则和左手定则其中，磁感应强度、磁通量是电磁学的基本概念，应认真理解；载流导体在磁场中平衡，带电粒子在洛伦兹力作用下的圆周运动等内容应熟练掌握纵观五年高考试题，本章每年至少一题，且以考查洛伦兹力为多见，安培力的考查本章涉及，下一章也涉及但一般不侧重于对基本概念(如磁场、磁感应强度、磁感线、磁通量等)的考查，而是侧重于知识应用方面的考查如考查磁场对通电导体的安培力，有的推广到分析计算安培力的力矩，或分析通电线圈在磁场中所受磁场力的合力而考查带电粒子在磁场或复合场运动的问题是高考的热点，且难度较大本章内容主要的难度来是由于安培力、洛伦兹力的方向与磁场、电流方向及电荷运动方向之间存在着较复杂的空间方位关系，要求考生具有较强的空间想象能力及对物理过程和物理规律的综合分析能力，能够看懂有关立体示意图，并借助于几何图形进行物理、数学方面的分析推理最近几年来，本章的内容在高考中都涉及到特别是带电粒子在磁场力作用下的圆周运动，几乎成为必考内容方法攻略1重视理解基本概念本专题的内容除了具有力学问题的共同点外，最大的特点就是非常抽象，是高中物理中最难理解的，例如磁感应强度，磁通量等等，这些内容是学生学习中的难点，也是高考中的重点，为了能处理好综合性强的电磁学问题，在学习和复习中，要抓住基础，特别是在第二轮复习中，要能把前后的知识点串起来，织成一张知识网，把所有的知识点纵横交织在一起，达到融会贯通。 2重视规律的应用本专题的规律较多安培力，左手定则，洛仑兹力，内容难，在第一轮复习知道了基本规律的情况下，第二复习时，要能从深层次去进一步理解，要能与力学中相联系的处理问题的方法和技巧相类比，应用时就能发挥出规律的灵活性。 3重视几个定则本专题有右手螺旋定则，左手定则、而且几个手势很容易混淆的，在一个题目中可能会应用到两个或者两个以上的手势，所以理解和掌握几个定则是分别用来分析和处理哪方面的问题是最为关键的，伸出一个错误的手势，可能会造成一招不备，满盘皆输，4重视与实际相结合的问题速度加带器，磁谱仪，磁电式仪表，带电粒子在磁场中偏转，以及电磁学内容的一些知识在实际生产、生活中都有广泛的应用在不超出考试说明要求的前提下，可以设计一些生产、生活中对这些知识应用的原型，让学生应用所学知识进行分析，考核学生应用知识解决实际问题的能力5重视电场与其他物理知识的联系本章易出综合性强、难度大的题目，就在于它能与力学、电场等知识紧密联系起来如带电粒子在电场、磁场中的运动，粒子速度选择器也是高能物理中的实际应用解决这类较复杂的粒子的运动问题，要明确粒子运动全过程的受力情况，粒子可能受重力、摩擦力、弹力、电场力、磁场力；要明确全过程中的运动规律，然后用牛顿运动定律与相关的电磁学知识列方程求解特别提示近几年来，本专题的内容在高考中涉及到频率最高的是带电粒子在磁场力作用下的圆周运动，几乎成为每年必考的内容，高考命题越来越新颖如霍耳效应、电磁流量计、显象管等等，所以在学习时要注重与应用类问题的相互联系。 【两年模拟】 一、选择题1（xx年黄冈一模）关于回旋加速器加速带电粒子所获得的能量，下列提供的选项正确的是（）A与加速器的半径有关，半径越大，能量越大B与加速器的磁场有关，磁场越强，能量越大C与加速器的电场有关，电场越强，能量越大D与带电粒子的质量与电量均有相关，质量和电量越大能量越大2（xx年启东一模）图中粗线是地磁场的磁感线，则以下相关信息正确的是（）A地磁场对宇宙射线具有一定的阻挡作用B有些高能带电粒子能射向地球的两极C图中P端表示地球的北极D图中粒子带正电3（xx年杭州一模）如图所示，在平行带电金属板间有垂直纸面向里的匀强磁场,质子、氘核、氚核沿平行金属板方向以相同动能射入两板间，其中氘核沿直线运动未发生偏转，质子和氚核发生偏转后射出，则（）A偏向正极板的是质子B偏向正极板的是氚核C射出时动能最大的是质子D射出时动能最小的是氚核4（xx年南京一模）如图所示，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里，一带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上运动，下列说法正确的是（）A微粒一定带负电B微粒动能一定减小C微粒的电势能一定增加D微粒的机械能一定增加5（xx年长沙一模）匀强电场的方向平行纸面由下至上，电场强度为E，匀强磁场方向垂直纸面由里向外，磁感应强度为B，速度为的带负电的粒子以垂直于电场和磁场的方向射入场区，恰好不会发生偏转.则以下说法正确的是（）A若入射粒子的速度，而其他条件保持不变，则粒子将向上偏转、且速度减小B若使磁感应强度增大而其他条件不变，则粒子将向下偏转、且运动轨迹为抛物线C若使电场强度增大而其他条件保持不变，则粒子将向下偏转，且速度增大D若使粒子的带电量增大而其他条件保持不变，则粒子将向下偏转6（xx年天津一模）质量为m的金属导体棒置于倾角为的导轨上，棒与导轨间的动摩擦因数为，当导体棒通以垂直纸面向里的电流时，恰能在导轨上静止。 如图所示的四个图中，标出了四种可能的匀强磁场方向，其中棒与导轨间的摩擦力可能为零的是（）7（xx年重庆一模）如图所示，连接平行金属板P1和P2，（板面垂直于纸面）的导线的一部分CD和另一连接电池的回路的一部分GH平行，CD和GH均在纸面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段将受到力的作用，则()A等离子体从右方射入时，CD受力方向背离GH B当从右方射入时，CD受力方向指向GH；C当从左方射入时，CD受力方向背离GH；D当从左方射入时，CD受力方向指向GH。 8（xx年苏州一模）在同一光滑斜面上放同一导体棒，右图所示是两种情况的剖面图。 它们所处空间有磁感强度大小相等的匀强磁场，但方向不同，一次垂直斜面向上，另一次竖直向上；两次导体A分别通有电流I1和I2，都处于静止平衡。 已知斜面的倾角为，则()AI1I2=cos1BI1I2=11C导体A所受安培力大小之比F1F2=sincosBBBB A B CDP1P2CD HGDO x y V0a b斜面对导体A的弹力大小之比N1N2=cos219（xx年上海一模）如图所示，两根平行的通电直导线通过等腰直角三角形两个顶点，两根导线通入大小相等、方向垂直纸面向里的电流，每根导线在直角顶点产生的磁感应强度的大小均为B，则直角顶点处实际的磁感应强度的大小和方向为（）A2B,沿y轴正方向B2B,沿y轴负方向C2B,与x轴正方向同向D2B,与x轴正方向反向10（xx年南京一模）带电粒子以初速度V0从a点进入匀强磁场，如图。 运动中经过b点，oa=ob，若撤去磁场加一个与y轴平行的匀强电场，仍以V0从a点进入电场，粒子仍能通过b点，那么电场强度E与磁感强度B之比E/B为()AV0B1/V0C2V0DV0/2二非选择题11（xx年上海一模）如图(甲)所示，两平行金属板间接有图(乙)所示的随时间变化的电压U，板长L=0.4m，板间距离d=0.2m，在金属板右侧有一边界为MN的匀强磁场，磁感应强度B=10-3T，方向垂直纸面向里.现有带电粒子以速度v0=105m/s，沿两板中线OO方向平行金属板射入电场中，磁场边界MN与中线OO垂直，已知带电粒子的荷质比=108C/kg.粒子的重力不计，在每个粒子通过磁场区域的极短时间内，电场可视作恒定不变，求 （1）t=0时刻射入的粒子在磁场中的入射点和出射点间的距离； （2）带电粒子进入磁场时的最大速度的大小和方向。 x y12（xx年福建一模）如图所示，两个共轴的圆筒形金属电极，外电极接地，其上均匀分布着平行于轴线的四条狭缝a、b、c和d，外筒的外半径为r，在圆筒之外的足够大区域中有平行于轴线方向的均匀磁场，磁感强度的大小为B。 在两极间加上电压，使两圆筒之间的区域内有沿半径向外的电场。 一质量为、带电量为q的粒子，从紧靠内筒且正对狭缝a的S点出发，初速为零。 如果该粒子经过一段时间的运动之后恰好又回到出发点S，则两电极之间的电压U应是多少？（不计重力，整个装置在真空中）13（xx年山东一模）如图所示，空间分布着有理想边界的匀强电场和匀强磁场。 左侧匀强电场的场强大小为E、方向水平向右，电场宽度为L；中间区域匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。 一个质量为m、电量为q、不计重力的带正电的粒子从电场的左边缘的O点由静止开始运动，穿过中间磁场区域进入右侧磁场区域后，又回到O点，然后重复上述运动过程。 求中间磁场区域的宽度d；带电粒子从O点开始运动到第一次回到O点所用时间t。 a bc dS oB BE Ld O14（xx年广东一模）核聚变反应需要几百万度以上的高温，为把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内（否则不可能发生核反应），通常采用磁约束的方法（托卡马克装置）。 如图所示，环状匀强磁场围成中空区域，中空区域中的带电粒子只要速度不是很大，都不会穿出磁场的外边缘而被约束在该区域内。 设环状磁场的内半径为R1=0.5m，外半径R2=1.0m，磁场的磁感强度B=1.0T，若被束缚带电粒子的荷质比为q/m=4710C/，中空区域内带电粒子具有各个方向的速度。 试计算 （1）粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁场的最大速度； （2）所有粒子不能穿越磁场的最大速度。 15（xx年上海二模）初速度为零的带正电荷的粒子经AB间电场加速后，从B板的小孔射出，当带电粒子到达P点时，长方形abcd区域内立即出现磁感应强度B=4.0T，方向与纸面垂直并交替变化的磁场（时而垂直纸面向外，时而垂直纸面向内，每1.5710-2s变化一次，粒子到达P点时磁场方向垂直纸面向外。 在O处有一静止中性粒子，PO垂直平分ab、cd,ab=cd=1.6m,PO=3.0m,带电粒子比荷q/m=50C/kg,重力不计。 试求（极板A、B平行于ad，?3.14） （1）加速电压U=100V时，带电粒子能否与中性粒子相碰，画出它的轨迹； （2）欲使带电粒子能与中性粒子相碰，加速电压U的最大值为多少？16（xx年武汉一模）如图11所示，PR是一长为L=0.64m的绝缘平板固定在水平地面上，挡板R固定在平板的右端。 整个空间有一个平行于PR的匀强电场E，在板的右半部分有一个垂于纸面向里的匀强磁场B，磁场的宽度0.32m。 一个质量m=0.50103kg、带电荷量为q=5.0102C的小物体，从板的P端由静止开始向右做匀加速运动，从D点进入磁场后恰能做匀速直线运动。 当物体碰到挡板R后被弹回，若在碰撞瞬间撤去电场（不计撤掉电场对原磁场的影响），物体返回时在磁场中仍作匀速运动，离开磁场后做减速运动，停在C点，PC=L/4。 若物体与平板间的动摩擦因数g,20.0?取10m/s2。 （1）判断电场的方向及物体带正电还是带负电； （2）求磁感应强度B的大小； （3）求物体与挡板碰撞过程中损失的机械能。 17（xx年天津二模）如图所示，坐标系xoy在竖直平面内，空间有沿水平方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在x0的空间里有沿x轴正方向的匀强电场，场强的大小为E，一个带正电的小球经过图中x轴上的A点，沿着与水平方向成=30角的斜向下直线做匀速运动，经过y轴上的B点进入x0的区域，要使小球进入x0区域后能在竖直面内做匀速圆周运动，需在x0区域内另加一匀强电场。 若带电小球做圆周运动通过x轴上的C点，且OA=OC，设重力加速度为g，求 （1）小球运动速率的大小。 （2）在x0的区域所加电场大小和方向。 （3）小球从B点运动C点所用时间及OA的长度。 A Bxy O18（创新题）在某一真空空间内建立xoy坐标系，从原点O处向第象限发射一比荷mq=1104Ckg的带正电的粒子(重力不计)，速度大小0=l03ms、方向与z轴正方向成300角 （1）若在坐标系y轴右侧加有匀强磁场区域，在第象限，磁场方向垂直xoy平面向外；在第象限，磁场方向垂直xoy平面向里；磁感应强度均为B=1T，如图(a)所示求粒子从O点射出后，第2次经过x轴时的坐标x1； （2）若将上述磁场改为如图所示的匀强磁场在t=o到t=32?104s时，磁场方向垂直于xoy平面向外；在t=32?104s到t=34?104s时，磁场方向垂直于xoy平面向里，此后该空间不存在磁场在t=0时刻，粒子仍从O点以与原来相同的速度0射入，求粒子从O点射出后第2次经过x轴时的坐标x2。 【32看吧】中国古代对磁的认识我国古代典籍中也记载了一些磁石吸铁和同性相斥的应用事例。 例如史记封禅书说汉武帝命方士栾大用磁石做成的棋子“自相触击”；而椎南万毕术（西汉刘安）还有“取鸡血与针磨捣之，以和磁石，用涂棋头，曝干之，置局上则相拒不休”的详细记载。 南北朝（512518年）的水经注（郦道元）和另一本三辅黄图都有秦始皇用磁石建造阿房宫北阙门，“有隐甲怀刃人门”者就会被查出的记载。 晋书马隆传的故事可供参考相传3世纪时智勇双全的马隆在一次战役中，命士兵将大批磁石堆垒在一条狭窄的小路上。 身穿铁甲的敌军个个都被磁石吸住，而马隆的兵将身穿犀甲，行动如常。 敌军以为马隆的兵是神兵，故而大败（“夹道累磁石，贼负铁镗，行不得前，隆卒悉被犀甲，无所溜碍”）。 【答案与解析】1答案AB解析带电粒子在回旋加速器中最终获得的动能为E k由BqmVr?推得BqmErk2?mB qrE k2)(2?，所以该能量也半径有关，半径越大，能量越大，所以选项A正确；同理与磁场也有关，选项B正确；虽然与质量和电量有关，但是质量和电量越大，能量却不一定越大，所以选项D错误；因为该能量与电场无关，所以选项C错误；综上所述，本题的正确选项应该为AB。 2答案ABC解析分析题意得宇宙射线是有一些带电粒子组成的，所以面射线射向地球时，会受到地磁场的作用力，所以说地磁场对宇宙射线有一定的阻挡作用，选项A正确；根据洛仑兹力的判断，总会有一些高能的带电粒子能够射到地球的两极，所以选项B正确；根据左手定则判断该种粒子带负电，射向的是地球的北极，所以选项C正确；选项D错误，综上所述，本题的正确选项应该为ABC。 3答案A解析分析题意得能沿直线射出极板的粒子是洛仑兹力和电场力平衡,BqvB qEvE?，所以速度一定的粒子，能否偏转是与其电量和质量无关，只与其速度有关，而题中几种粒子具有相同的动能，质量最小的质子速度最大，则是洛仑兹力大于其电场力，所以会偏向正极板，所以选项A正确；而质量最大的氚核速度最小，会偏向负极板，所以选项B错误；若质子能射出极板，则动能会减小，所以选项C错误；同理则得到能射出极板的氚核，电场力做正功，具有的动能最大，所以选项D错误；综上所述，本题的正确选项应该为A。 4答案AD解析对该种粒子进行受力分析得受到竖直向下的重力，水平方向的电场力，垂直速度方向的洛仑兹力，其中重力和电场力是恒力，沿直线运动，则可以判断出其受到的洛仑兹力也是恒定的，即该粒子是作匀速直线运动，所以选项B错误；如果该粒子带正电，则受到向右的电场力和向左下方的洛仑兹力，所以不会沿直线运动，所以该种粒子一定是带负电，所以选项A正确；该种粒子带负电，向左上方运动，所以电场力做正功，电势能一定是减小的，所以选项C错误；因为重力势能增加，动能不变，所以该粒子的机械能增加，所以选项D正确；综上所述，本题的正确选项应该为AD。 5答案AC解析分析题意得该粒子在复合场中共受到三个力的作用，竖直向下的重力、竖直向下的电场力、洛仑兹力，其中重力和电场力是恒力，如果不发生偏转，则一定是沿直线作匀速运动，洛仑兹力一定是竖直向上的，所以粒子是水平向左运动的，如果把粒子的速度变大，则洛仑兹力变大，所以粒子一定向上偏转，且重力和电场力做负功，则速度减小，所以选项A正确；若只增大磁感感应强度，结果与A答案一样，所以选项B错误；如果电场强度增大，则粒子会向下偏转，电场力和重力做正功，则速度增大，所以选项C正确；因为qvB mgqE?，如果只增加带电量，则粒子会向下偏转，所以选项D错误，综上所述，本题的正确选项应该为AC。 6答案ACD解析分析A图，根据左手定则，金属棒会受到竖直向下的重力和竖直向上的安培力，如果两力平衡，则不会有弹力，也就不会有摩擦力，所以选项A正确；B图中，金属棒受到的安培力垂直斜面向下，所以有向下的运动或者向上的运动趋势，所以一定有摩擦力的作用，选项B错误；C选项，金属棒受到水平向右的安培力，如果安培力和重力的合力正好与支持力平衡，则摩擦力为零，所以选项C也是可能的，所以正确；D图中，金属棒受到沿斜面向上的安培力，如果安培力和重力的下滑分力平衡，则没有摩擦力，所以D项也正确；综上所述，本题的正确选项为ACD。 7答案AD解析如果等离子从右边射入，则正离子受到向下的洛仑兹力，偏到下极板，同理上极板有负离子，所以CD中有从下向上的电流，与GH中的电流方向相反，所以会相斥，所以选项A正确；则选项B错误；如果等离子从左方射入，情况正好相反，所以CD会与GH相吸，所以选项C错误，D选项正确，、综上所述，本题的正确选项应该为AD。 8答案AD解析分析左图中导体棒处于静止状态，所以是安培力和重力的分力平衡，即1sin BI L mg?，而右图中的平衡方程是2tan mgBIL?，所以得到I1I2=cos1，则选项A正确；选项B错误；导体A所受安培力大小之比F1F2=cos1，所以选项C错误；左图中的弹力1cos Nmg?，右图中的弹力2cosmgN?，所以N1N2=cos21，所以选项D正确，综上所述，本题的正确选项应该为AD。 9答案D解析分析题意得因为磁场的磁感应强度是一个矢量，根据右手螺旋定则得到两通电导线在直角顶点处的磁感应强度大小相等，所以合场强的大小为2B，夹角刚好是一个直角，所以磁感应强度的合场强正好沿水平方向向左，即沿x的负方向，所以选项D正确。 10答案C解析设oa=ob=d，因为带电粒子在磁场中作匀速圆周运动，所以圆周运动的半径正好等于d，即mvr dqB?，得到mvBqd?如果换成匀强电场，水平v0方向是作匀速直线运动，竖直y轴负方向是作匀加速运动即21()2qE ddmv?，所得到22mvEqd?，所以E/B=2V0，所以选项C正确。 11答案 （1）0.4m； （2）2510m/s，cos=mvv0=55252?。 解析 （1）由图(乙)可知，在t=0时，电场区域中的场强为零，故带电粒子匀速穿过电场而以v0的速度垂直磁场边界进入到磁场中，在磁场中的轨迹为半圆，由mrv20=Bqv0，知r=qBmv0，所以d=2r=mqBv02=38510510102?m=0.4m。 （2）由图(甲)可知，带电粒子射出电场后立刻进入匀强磁场，故进入磁场的速度也就是射出电场的速度，而最大速度应为从电场边缘飞出的速度，此时，偏转距离为y=21d，设对应的偏转电压为U m，由mdqU d22m?(0vL)2，知U m=2202qLv md=25V，如图所示由动能定理知m202m212121U qmv mv?，所以v m=mqUvm?20=8251025)10(?m/s=2510m/s，cos=mvv0=55252?。 12答案mqr BU222?解析如图所示，带电粒子从S点出发，在两筒之间的电场作用下加速，沿径向穿过狭缝a而进入磁场区，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。 粒子再回到S点的条件是能沿径向穿过狭缝d.只要穿过了d，粒子就会在电场力作用下先减速，再反向加速，经d重新进入磁场区，然后粒子以同样方式经过c、b，再回到S点。 设粒子进入磁场区的速度大小为V，根据动能定理，有221mV qU?，设粒子做匀速圆周运动的半径为R，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律，有RVm BqV2?，由前面分a bc dS o析可知，要回到S点，粒子从a到d必经过43圆周，所以半径R必定等于筒的外半径r，即R=r.由以上各式解得mqr BU222?.13答案 （1）qmELBR d62160sin0?； （2）qBmqEmLt t t t3722321?。 解析 （1）带电粒子在电场中加速，由动能定理，可得221mV qEL?带电粒子在磁场中偏转，由牛顿第二定律，可得RVm BqV2?，由以上两式，可得qmELBR21?。 可见在两磁场区粒子运动半径相同，如图所示，三段圆弧的圆心组成的三角形O1O2O3是等边三角形，其边长为2R。 所以中间磁场区域的宽度为qmELBR d62160sin0?。 （2）在电场中qEmLqEmVaVt22221?，在中间磁场中运动时间qBm Tt3232?，在右侧磁场中运动时间qBmT t35653?，则粒子第一次回到O点的所用时间为qBmqEmLt ttt3722321?。 14答案 （1）s mV/105.171?； （2）s mV/100.172?。 解析 （1）要粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁场，则粒子的临界轨迹必须要与外圆相切，轨迹如图甲所示。 由图中知2122121)(r RR r?，解得m r375.01?，由1211rVm BqV?得图甲r1O O3O1O2600V s mmBqr/105.1711?，所以粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁场的最大速度为s mV/105.171?。 （2）当粒子以V2的速度沿与内圆相切方向射入磁场且轨道与外圆相切时，则以V2速度沿各方向射入磁场区的粒子都不能穿出磁场边界，如图乙所示。 由图中知mR Rr25.02122?，由2222rVm Bq V?得s mmBqrV/100.1722?，所以所有粒子不能穿越磁场的最大速度s mV/100.172?。 15答案 （1）轨迹如图； （2）225V。 （1）经电场加速后，设带电粒子到达P点时速度v，则qU mv?221，s mm qUv/100/2?，此时，磁场出现，粒子仅受洛仑兹力作用，做匀速圆周运动，其运动半径r和周期T分别为mqBmvr5.0?，sqBmT21014.32?，2/1057.12T s即?,磁场反向，而粒子此时刚好到达PO直线上。 可见粒子的运动具有周期性。 因为PO=3.0m=320.5m，所以粒子可与中性粒相碰，轨迹如图。 （2）欲使粒子能与中性粒子相碰，带电粒子做圆周运动的半径R应满足)(2为自然数K POR K?且8.02/?ab R，故75.0?qBmvR，smv/150?，所以VqmvU22522?，即最大加速电压为225V。 16答案 （1）见下面解析； （2）0.13T； （3）4.8104J。 解析 （1）物体由静止开始向右做匀加速运动，证明电场力向右且大于摩擦力。 进入磁场后做匀速直线运动，说明它受的摩擦力增大，证明它受的洛仑兹力方向向下。 由左手定则判断，物