2011届高三物理一轮复习 第3章磁场单元复习学案 新人教版选修3-1VIP

用心 爱心 专心 1 20112011 届高三物理一轮复习全案 第届高三物理一轮复习全案 第 3 3 章磁场单元复习 选修章磁场单元复习 选修 3 13 1 单元知识网络单元知识网络 单元归纳整合单元归纳整合 1 带电粒子在匀强磁场中作部分圆周运动基本方法 带电粒子在匀强磁场中作部分圆周运动时 往往联系临界和多解问题 分析解决这类问 题的基本方法是 1 运用动态思维 确定临界状态 从速度的角度看 一般有两种情况 粒子速度方向不变 速度大小变化 此时所有速度大小不同的粒子 其运动轨迹的圆 心都在垂直于初速度的直线上 速度增加时 轨道半径随着增加 寻找运动轨迹的临界点 如 与磁场边界的切点 与磁场边界特殊点的交点等 粒子速度大小不变 速度方向变化 此时由于速度大小不变 则所有粒子运动的轨道 用心 爱心 专心 2 半径相同 但不同粒子的圆心位置不同 其共同规律是 所有粒子的圆心都在以入射点为圆 心 以轨道半径为半径的圆上 从而找出动圆的圆心轨迹 再确定运动轨迹的临界点 2 确定临界状态的圆心 半径和轨迹 寻找临界状态时圆弧所对应的回旋角求粒子的 运动时间 见前一课时 2 带电粒子在匀强磁场运动的多解问题 带电粒子在匀强磁场中运动时 可能磁场方向不定 电荷的电性正负不定 磁场边界的 约束 临界状态的多种可能 运动轨迹的周期性以及粒子的速度大小和方向变化等使问题形 成多解 1 带电粒子的电性不确定形成多解 当其它条件相同的情况下 正负粒子在磁场中 运动的轨迹不同 形成双解 2 磁场方向不确定形成多解 当磁场的磁感应强度的大小不变 磁场方向发生变化 时 可以形成双解或多解 3 临界状态不唯一形成多解 带电粒子在有界磁场中运动时 可能出现多种不同的 临界状态 形成与临界状态相对应的多解问题 4 带电粒子运动的周期性形成多解 粒子在磁场中运动时 如果改变其运动条件 如 加档板 加电场 变磁场等 可使粒子在某一空间出现重复性运动而形成多解 3 磁场最小范围问题 近年来高考题中多次出现求圆形磁场的最小范围问题 这类问题的求解方法是 先依据 题意和几何知识 确定圆弧轨迹的圆心 半径和粒子运动的轨迹 再用最小圆覆盖粒子运动 的轨迹 一般情况下是圆形磁场的直径等于粒子运动轨迹的弦 所求最小圆就是圆形磁场 的最小范围 单元强化训练单元强化训练 1 2010 北京东城区二模 如图所示 两平行金属板中间有相互正交的匀强电场和 匀强磁场 电场强度为 E 磁感应强度为 B 一质子沿极板方向以速度 v0从左端射入 并恰 好从两板间沿直线穿过 不计质子重力 下列说法正确的是 用心 爱心 专心 3 A 若质子以小于 v0的速度沿极板方向从左端射入 它将向上偏转 B 若质子以速度 2v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过 C 若电子以速度 v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过 D 若电子以速度 v0沿极板方向从左端射入 它将沿直线穿过 2 2010 北京市丰台区二模 如图所示 空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向 里的匀强磁场 电场和磁场相互垂直 在电磁场区域中 有一个竖直放置的光滑绝缘圆环 环上套有一个带正电的小球 O 点为圆环的圆心 a b c 为圆环上的三个点 O 点为最高点 c 点为最低点 Ob 沿水平方向 已知小球所受电场力与重力大小相等 现将小球从环的顶端 点由静止释放 下列判断正确的是 A 当小球运动的弧长为圆周长的 l 4 时 洛仑兹力最大 B 当小球运动的弧长为圆周长的 1 2 时 洛仑兹力最大 C 小球从 O 点到 b 点 重力势能减小 电势能增大 D 小球从 b 点运动到 c 点 电势能增大 动能先增大后减小 3 2010 北京市朝阳区二模 如图所示 在竖直虚线MN和M N 之间区域内存在着 相互垂直的匀强电场和匀强磁场 一带电粒子 不计重力 以初速度v0由A点垂直MN进入 这个区域 带电粒子沿直线运动 并从C点离开场区 如果撤去磁场 该粒子将从B点离开 场区 如果撤去电场 该粒子将从D点离开场区 则下列判断正确的是 用心 爱心 专心 4 A 该粒子由B C D三点离开场区时的动能相同 B 该粒子由A点运动到B C D三点的时间均不相同 C 匀强电场的场强E与匀强磁场的磁感应强度B之比 0 v B E D 若该粒子带负电 则电场方向竖直向下 磁场方向垂直于纸面向外 4 2010 北京市海淀区二模 如图 7 所示 两平行 正对金属板水平放置 使上面金 属板带上一定量正电荷 下面金属板带上等量的负电荷 再在它们之间加上垂直纸面向里的 匀强磁场 一个带电粒子以初速度 0 v 沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后 向上转 若带电粒子所受承力可忽略不计 仍按上述方式将带电粒子射入两板间 为使其向 下偏转 下列措施中一定不可行的是 A 仅增大带电粒子射入时的速度 B 仅增大两金属板所带的电荷量 C 仅减小粒子所带电荷量 D 仅改变粒子的电性 5 2010 北京市西城区二模 欧洲强子对撞机在 2010 年初重新启动 并取得了将质 子加速到 1 18 万亿 ev 的阶段成果 为实现质子对撞打下了坚实的基础 质子经过直线加速 器加速后进入半径一定的环形加速器 在环形加速器中 质子每次经过位置A时都会被加速 图 1 当质子的速度达到要求后 再将它们分成两束引导到对撞轨道中 在对撞轨道中两 束质子沿相反方向做匀速圆周运动 并最终实现对撞 图 2 质子是在磁场的作用下才得 以做圆周运动的 下列说法中正确的是 用心 爱心 专心 5 A 质子在环形加速器中运动时 轨道所处位置的磁场会逐渐减小 B 质子在环形加速器中运动时 轨道所处位置的磁场始终保持不变 C 质子 在对撞轨道中运动时 轨道所处位置的磁场会逐渐减小 D 质子在对撞轨道中运动时 轨道所处位置的磁场始终保持不变 6 如图所示 空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场 在该 区域中 有一个竖直放置光滑绝缘圆环 环上套有一个带正电的小球 O 点为圆环的圆心 a b c d 为圆环上的四个点 a 点为最高点 c 点为最低点 bd 沿水平方向 已知小球所 受电场力与重力大小相等 现将小球从环的顶端 a 点由静止释放 下列判断正确的是 A 小球能越过与 O 等高的 d 点并继续沿环向上运动 B 当小球运动到 c 点时 洛仑兹力最大 C 小球从 a 点到 b 点 重力势能减小 电势能增大 D 小球从 b 点运动到 c 点 电势能增大 动能先增大后减小 7 质谱仪的工作原理示意图如右图所示 带电粒子被加速电场加速后 进人速度选择 器 速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E 平板 S 上有可让粒 子通过的狭缝 P 和记录粒子位置的胶片 A1A2 平板 S 下方有强度为 B0的匀强磁场 下列表述 不正确的是 用心 爱心 专心 6 A 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 B 质谱仪是分析同位素的重要仪器 C 能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E B D 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P 粒子的比荷越小 8 2010 北京东城区二模 如图所示 间距为 L 电阻为零的 U 形金属竖直轨 道 固定放置在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 磁场方向垂直纸面里 竖直轨道上部套有一 金属条 bc bc 的电阻为 R 质量为 2m 可以在轨道上无摩擦滑动 开始时被卡环卡在竖直 轨道上处于静止状态 在 bc 的正上方高 H 处 自由落下一质量为 m 的绝缘物体 物体落到 金属条上之前的瞬问 卡环立即释改 两者一起继续下落 设金属条与导轨的摩擦和接触电 阻均忽略不计 竖直轨道足够长 求 1 金属条开始下落时的加速度 2 金属条在加速过程中 速度达到 v1时 bc 对物体 m 的支持力 3 金属条下落 h 时 恰好开始做匀速运动 求在这一过程中感应电流产生的热量 解析 1 物块 m 自由下落与金属条碰撞的速度为 0 2vgH 用心 爱心 专心 7 设物体 m 落到金属条 2m 上 金属条立即与物体有相同的速度 v 开始下落 由 m 和 2m 组成的系统相碰过程动量守恒 0 2 mvmm v 则 1 2 3 vgH 金属条以速度 v 向下滑动 切割磁感线 产生感应电动势 在闭合电路中有感应电流 2 3 BLgHBLv I RR 则金属条所受安培力为 22 2 3 B LgL FBIL R 对于 金属条和物体组成的整体 由牛顿第二定律可得 2 2 mm gFmm a 则金属条开始运动时的加速度为 22 23 39 B LgHmgF ag mmR 8 分 2 当金属条和物体的速度达到 v1时 加速度设为 a 同理可得 22 1 3 B L v ag mR 对物体 m 来说 它受重力 mg 和支持力 N 则有 22 3 B L v mgNmam g mR 22 1 3 B L v N R 4 分 3 金属条和物体一起下滑过程中受安培力和重力 随速度变化 安培力也变化 做 变加速度运动 最终所受重力和安培力相等 加速度也为零 物体将以速度 m v做匀速运 动 则有30mg F 22 m B L v F R 金属条的最终速度为 22 3 m mgR v B L 下落 h 的过程中 设金属条克服安培力做功为 WA 由动能定理 用心 爱心 专心 8 22 11 333 22 Am mghWmvmv 感应电流产生的热量 Q WA 得 222 44 127 3 32 m g R QmgmgH B L 6 分 9 2010 北京市丰台区二模 如图所示 两块平行金属板 MN PQ 水平放置 两板间 距为 d 板长为 L 在紧靠平行板右侧的等边三角形区域内存在着匀强磁场 磁场方向垂直 纸面向里 三角形底边 BG 与 PQ 在同一水平线上 顶点 A 与 MN 在同一水平线上 一个质量为 m 电量为 q 的粒子沿两板中心线以初速度 v0水平射入 若在两金属板间加某一 恒定电压 粒子离开电场后垂直 AB 边从 D 点进入磁场 BD 1 4AB 并垂直 AC 边射出 不计 粒子的重力 求 1 两金属板问的电压 2 三角形区域内磁感应强度大小 3 若两金属板问不加电压 三角形区域内的磁场方向垂直纸面向外 要使粒子进入场 区域后能从 BC 边射出 试求所加磁场的磁感应强度的取值范围 解 6 分 1 粒子在两块平行金属板间的电场中 沿水平方向做匀速运动 竖直方向做初速度为 零的匀加速运动 粒子垂直 AB 边进入磁场 由几何知识得 粒子离开电场时偏角 30 根据类平抛运 动的规律有 tvL 0 1 分 用心 爱心 专心 9 md qU a 1 分 atvy 1 分 0 tan v vy 1 分 联立 解得 qL mdv U 3 3 2 0 2 分 8 分 2 由几何关系得 30cos d IAB 粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径为 dllr ABAD 2 3 4 3 1 2 分 粒子进入磁场时的速率为 30cos 0 v v 2 分 根据向心力公式有 1 2 1 r v mvqB 2 分 联立 解得 qd mv B 3 4 0 1 2 分 6 分 3 若两板间不加电压 粒子将沿水平以速率 v0从 AB 边的中点进入磁场 当粒子刚好从 C 点射出磁场 磁感应强度最小 设磁感应强度的最小值为 B2 由几何关系知 对应粒子的最大轨道半径 r2为 r2 d 1 分 根据向心力公式有 2 2 0 02 r v mvqB 1 分 解得 qd mv B 0 2 1 分 用心 爱心 专心 10 当粒子刚好从 E 点射出磁场时 磁感应强度最大 设磁感应强度的最大值为 B3 由几何关系知 对应粒子的最小轨道半径 r3为 4 3 d r 1 分 同上解出 qd mv B 0 3 4 1 分 所以所加磁场的磁感应强度的取值范围为 qd mv B qd mv 00 4 1 分 10 2010 北京市宣武区二模 下图为汤姆生在 1897 年测量阴极射线 电子 的荷质 比时所用实验装置的示意图 K 为阴极 A1和 A2为连接在一起的中心空透的阳极 电子从阴 检发出后被电场加速 只有运动方向与 A1和 A2的狭缝方向相同的电子才能通过 电子被加 速后沿 OO 方向垂直进入方向互相垂直的电场 磁场的叠加区域 磁场方向垂直纸面向里 电场极板水平放置 电子在电场力和磁场力的共同作用下发生偏转 已知圆形磁场的半径为 R 圆心为 C 某校物理实验小组的同学们利用该装置 进行了以下探究测量 首先他们调节两种场强的大小 当电场强度的大小为 E 磁感应强度的大小为 B 时 使得电子恰好能够在复合场区域内沿直线运动 然后撤去电场 保持磁场和电子的速度不变 使电子只在磁场力的作用下发生偏转 打要荧屏上出现一个亮点 P 通过推算得到电子的偏 转