2012高考物理 月刊专版 专题5 磁场专家预测1VIP

用心 爱心 专心1 磁场磁场 一 选择题 本题共 10 小题 每小题 5 分 共 50 分 1 如图 1 所示 通电导线均置于匀强磁场中 其中导线受安培力作用的是 图 1 解析 只有当通电导线和磁场平行时 才不受安培力的作用 而A D 中导线均与磁 场垂直 B 中导线与磁场方向夹角为 60 因此都受安培力的作用 故正确选项为 A B D 答案 ABD 2 物理学家法拉第在研究电磁学时 亲手做过许多 实验 如图 2 所示的实验就是著名的电磁旋转实 验 这种现象是 如果载流导线附近只有磁铁的 一个极 磁铁就会围绕导线旋转 反之 载流导 线也会围绕单独的某一磁极旋转 这一装置实际 上就是最早的电动机 图中A是可动磁铁 B是 图 2 固定导线 C是可动导线 D是固定磁铁 图中黑色部分表示汞 磁铁和导线的下半 部分都浸没在汞中 下部接在电源上 请你判断这时自上向下看 A和C转动方 向为 A 顺时针 顺时针 B 顺时针 逆时针 C 逆时针 顺时针 D 逆时针 逆时针 解析 根据电流的方向判定可以知道B中的电流方向是向上的 那么在B导线附 近的磁场方向为逆时针方向 即为A磁铁N极的受力方向 由于D磁铁产生的磁场 呈现出由N极向外发散 C中的电流方向是向下的 由左手定则可知C受到的安培 力方向为顺时针 故选项 C 正确 答案 C 用心 爱心 专心2 3 2008 广东高考 带电粒子进入云室会使云室中 的气体电离 从而显示其运动轨迹 图 3 所示 是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹 a和b是轨迹上的两点 匀强磁场B垂直于纸 面向里 该粒子在运动时 其质量和电荷量不 变 而动能逐渐减少 下列说法正确的是 图 3 A 粒子先经过a点 再经过b点 B 粒子先经过b点 再经过a点 C 粒子带负电 D 粒子带正电 解析 从粒子运动的轨迹可以判断 粒子在a点的曲率半径大于在b点的曲率半 径 由R 可知 半径越小速度越小 所以粒子在b点的速度小于在a点的速度 mv qB 故粒子先经过a点 再经过b点 即在运动中 使气体电离 损失动能 速度变小 A 正确 B 错误 根据左手定则可以判断粒子带负电 C 正确 D 错误 答案 AC 4 如图 4 所示的天平可用来测定磁感应强度 天平的右臂下面挂有一个矩形线圈 宽度 为l 共N匝 线圈下端悬在匀强磁场中 磁场方向垂直纸面 当线圈中通有电流I 时 方向如图 在天平左右两边加上质量 图 4 各为m1 m2的砝码 天平平衡 当电流反向 大小不变 时 右边再加上质量为m的 砝码后 天平重新平衡 由此可知 A 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为 m1 m2 g NIl B 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为 mg 2NIl C 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为 m1 m2 g NIl D 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为 mg 2NIl 解析 由题意可知 当电流方向改变反向时右边需要再加质量为m的砝码后 天平 才能平衡 由此可知 电流反向 安培力由向下改为向上 所以磁场方向是垂直纸 面向里的 设矩形线圈的重力为G0 第一次平衡时 左边盘中砝码的质量为m1 用心 爱心 专心3 右边砝码质量为m2 由力矩平衡 原理得m1g m2g NBIl G0 电流反向后 达到平 衡时m1g m2g mg NBIl G0 由上述两式可得B 故 B 正确 mg 2NIl 答案 B 5 如图 5 所示的虚线框为一长方形区域 该区域内有一垂直于纸面向里的匀强 磁场 一束电子以不同的速率从O点 垂直于磁场方向 沿图中方向射入磁 场后 分别从a b c d四点射出磁 图 5 场 比较它们在磁场中的运动时间ta tb tc td 其大小关系是 A ta tb tc td B ta tb tc td C ta tb tctc td 解析 带电粒子的运动轨迹如图所示 由图可知 从a b c d四点飞出的电子对应的圆心角 a b c d 而带电粒子的周期T 相同 其在 2 m qB 磁场中运动时间t T 故ta tb tc td D 项正确 2 答案 D 6 如图 6 所示 一束正离子从S点沿水平方向射出 在没有电 磁场时恰好击中荧光 屏上的坐标原点O 若同时加上电场和磁场后 正离子束最后打在荧光屏上坐标系 的第 象限中 则所加电场E和磁场B的方向可能是 不计离子重力及其间相互作 用力 图 6 A E向上 B向上 B E向下 B向下 用心 爱心 专心4 C E向上 B向下 D E向下 B向上 解析 带电粒子在电场中沿y轴方向偏转 在磁场中沿x轴方向偏转 现 带电粒子 最后打在第 象限中 故粒子偏向y轴负方向 则E向下 粒子还偏向x轴负方向 由 左手定则可知B向下 因此选项 B 正确 答案 B 7 地球大气层外部有一层复杂的电离层 既分布 有地磁场 也分布有电场 假设某时刻在该空 间中有一小区域存在如图 7 所示的电场和磁场 电场的方向在纸面内斜向左下方 磁场的方向 垂直于纸面向里 此时一带电宇宙粒子 恰以 速度v垂直于电场和磁场射入该区域 不计重 图 7 力作用 则在该区域中 有关该带电粒子的运 动情况可能的是 A 仍做直线运动 B 立即向左下方偏转 C 立即向右上方偏转 D 可能做匀速圆周运动 解析 假定粒子带正电 则粒子受力如图所示 若Eq qvB 则 A 项正确 若Eq qvB 则 B 项正确 若Eq0 时 磁场 的方向穿出纸面 一电荷量q 5 10 7 C 质量m 5 10 10 kg 的带电粒子 用心 爱心 专心6 位于某点O处 在t 0 时刻以初速度v0 m s 沿某方向开始运动 不计重力 的作用 不计磁场的变化可能产生的一切其他影响 则在磁场变化N个 N为整数 周 期的时间内带电粒子的平均速度的大小等于 图 10 A m s B m s 2 C 2 m s D m s 22 解析 带电粒子在磁场中的运动半径为r mv0 Bq 0 01 m 周期为T 0 02 s 作出粒子的轨迹 2 m Bq 示意图如图所示 所以在磁场变化N个 N为整数 周期的时间内 带电粒子的平均速度的大小等于 2 m s 即 C 选项正确 2 答案 C 二 计算题 本题共 4 小题 共 50 分 11 10 分 水平面上有电阻不计的 U 形导轨 NMPQ 它们之间的宽度为L M和P 之间接入电动势为E的电源 不计内阻 现垂直于导轨搁一根质量为m 电阻为 图 11 R的金属棒ab 并加一个范围较大的匀 强磁场 磁感应强度大小为B 方向与水平面夹角为 且指向右斜上方 如图 11 所示 问 1 当ab棒静止时 ab棒受到的支持力和摩擦力各为多少 2 若B的大小和方向均能改变 则要使ab棒所受支持力为零 B的大小至少为多 少 此时B的方向如何 解析 1 Fx合 F摩 Fsin 0 Fy合 FN Fcos mg 0 用心 爱心 专心7 F BIL B L E R 解 式得FN mg F摩 sin BLEcos R BLE R 2 要使ab棒受的支持力为零 其静摩擦力必然为零 满足上述条件的最小安培力 应与ab棒的重力大小相等 方向相反 所以有F mg 即BminL mg 解得最小磁 E R 感应强度Bmin 由左手定则判断出这种情况B的方向应水平向右 mgR EL 答案 1 mg sin BELcos R BLE R 2 方向水平向右 mgR EL 12 11 分 空间存在水平方向互相正交的匀强 电场和匀强磁场 电场强度为E 10 3 N C 磁感应强度为B 1 T 方向如图 12 所示 有一个质量m 2 0 10 6 kg 带电 荷量q 2 0 10 6 C 的粒子在空间做直 线运动 试求其速度的大小和方向 g 10 m s2 解析 经分析可知 该粒子在重力 电场力与 磁场力作用下做匀速直线运动 粒子的受力如图所示 qE mgtan qvBcos mg 解 得 v 20 m s 60 速度方向与电场方向成 60 角斜向上 答案 20 m s 方向为与电场方向成 60 角斜向上 13 14 分 如图 13 所示 在一个圆形区域内 两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场 分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区 用心 爱心 专心8 域 中 直径A2A4与A1A3的夹角为 60 一质量为m 带电荷量为 q的粒子以 图 13 某一速度从 区的边缘点A1处沿与A1A3成 30 角的方向射入磁场 随后该粒子以 垂直于A2A4的方向经过圆心O进入 区 最后再从A4处射出磁场 已知该粒子从 射入到射出磁场所用的时间为t 求 区和 区中磁感应强度的大小B1和B2 忽略 粒子重力 解析 设粒子的速度为v 在 区中运动半径为R1 周期为T1 运动时间为t1 在 区中运动半径为R2 周期为T2 运动时间为t2 磁场的半径为R 1 粒子在 区运动时 轨迹的圆心必在过A1点垂直速度的直线上 也必在过O点 垂直速度的直线上 故圆心在A2点 由几何知识和题意可知 轨道半径R1 R 又 R1 则 R mv qB1 mv qB1 轨迹所对应的圆心角 1 3 则运动时间t1 T1 6 2 m 6qB1 m 3qB1 2 粒子在 区运动时 由题意及几何关系可知R2 R 2 又R2 则R mv qB2 2mv qB2 轨迹对应的圆心角 2 则运动时间t2 T2 2 m qB2 又t1 t2 t 将 代入得 t m 3qB1 m qB2 由 式联立解得B2 2B1 代入 式解得 B1 B2 5 m 6qt 5 m 3qt 答案 5 m 6qt 5 m 3qt 14 15 分 2009 山东高考 如图 14 甲所示 建立xOy坐标系 两平行极板P Q垂 直于y轴且关于x轴对称 极板长度和板间距均为l 在第一 四象限有 磁感应强 度为B的匀强磁场 方向垂直于xOy平面向里 位于极板左侧的粒子源沿x轴向右 连续发射质量为m 电荷量为 q 速度相同 重力不计的带电粒子 在 0 3t0时 间内两板间加上如图乙所示的电压 不考虑极板边缘的影响 已知t 0 时刻进入 两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场 上述m q l t0 B为已 知量 不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况 用心 爱心 专心9 图 14 1 求电压U0的大小 2 求t0时刻进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径 1 2 3 何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短 求此最短时间 解析 1 t 0 时刻进入两板间的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动 t0时刻刚 好从极板边缘射出 在y轴负方向偏移的距离为l 则有 1 2 E U0 l qE ma l at 1 2 1 22 0 联立 式 解得两板间电压为 U0 ml2 qt2 0 2 t0时刻进入两板间的带电粒子 前t0时间在电场中偏转 后t0时间两板间 1 2 1 2 1 2 没有电场 带电粒子做匀速直线运动 带电粒子沿x轴方向的分速度大小为 v0 l t0 带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为 vy a t0 1 2 带电粒子离开电场时的速度大小为 v v2 0 v2y 设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为R 则有 qvB m v2 R 联立 式解得 用心 爱心 专心10 R 5ml 2