2012版高考物理 3-2-1精品系列 专题10 磁场（教师版）

1 专题专题 1010 磁场 教师版 磁场 教师版 磁场一般会以选项题和计算题两种形式出现 若是选项题一般考查对磁感应强度 磁感线 安培力和洛仑兹力这些概念的理解 以及安培定则和左手定则的运用 若是计算题主要考 查安培力大小的计算 以及带电粒子在磁场中受到洛伦兹力和带电粒子在磁场中的圆周运 动的分析判断和计算 尤其是带电粒子在电场 磁场中的运动问题对学生的空间想象能力 分析综合能力 应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求 仍是本考点的重点内容 有可能成为试卷的压轴题 由于本考点知识与现代科技密切相关 在近代物理实验中有重 大意义 因此考题还可能以科学技术的具体问题为背景 考查学生运用知识解决实际问题 的能力和建模能力 预测 2013 年的高考基础试题仍是重点考查法拉第电磁感应定律及楞次 定律和电路等效问题 综合试题还是涉及到力和运动 动量守恒 能量守恒 电路分析 安培力等力学和电学知识 主要的类型有滑轨类问题 线圈穿越有界磁场的问题 电磁感 应图象的问题等 此除日光灯原理 磁悬浮原理 电磁阻尼 超导技术这些在实际中有广 泛的应用问题也要引起重视 2012 2012 高考试题解析高考试题解析 2012 重庆 如图所示 正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场 在外力作用下 一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动 t 0 时刻 其四个顶点 M N P Q 恰好在磁场边界中点 下列图象中能反映线框所受安培力f的大小随 时间t变化规律的是 2 A B C D 考点定位 磁场 2012 广东 15 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 A M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 答案 A 解析 由左手定则可知 M 带负电 N 带正电 故 A 选项正确 由得 由题知二个带电粒子的质量和电量都相等 又进入到同一个匀 R v mqvB 2 Bq mv R 强磁场中 由图及 A 选项的判断可知 故 所以 B 选项错误 由于洛仑兹 MN RR MN vv 力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直 故洛仑兹力永远不会对 M N 做功 则 C 选项错 误 由及题给条件可知 这二个带电粒子在磁场中运动的周期相等 又 Bq m v R T 22 由图可见二个粒子在磁场中的偏转角相等 均偏转了半个周期 故在磁场中运动的时间相 等 所以 D 选项错误 考点定位 磁场 2012 山东 20 如图所示 相距为 L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹 3 角为 上端接有定值电阻 匀强磁场垂直于导轨平面 磁感应强度为 B 将质量为 m 的 导体棒由静止释放 当速度达到时开始匀速运动 此时对导体棒施加一平行于导轨向下v 的拉力 并保持拉力的功率为 P 导体棒最终以的速度匀速运动 导体棒始终与导轨垂2v 直且接触良好 不计导轨和导体棒的电阻 重力加速度为 g 下列选项正确的是 A 2sinPmgv B 3sinPmgv C 当导体棒速度达到时加速度为 2 v sin 2 g D 在速度达到以后匀速运动的过程中 R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功2v 2012 安徽 19 如图所示 圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场 一个带电粒子 以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场 经过t 时间从C点射出磁场 OC与OB成 60 角 现将带电粒子的速度变为v 3 仍从A点沿原方向射入磁场 不计重力 则粒子 在磁场中的运动时间变为 A 2 1 t B 2 t C 3 1 t D 3 t 答案 B 解析 第一次偏转的偏向角为 600 所以圆心角也是 600 周期 与速度无关 2 m T qB OA 长为 R1 O2A 长为 R2 则 所 12 3RR 0 1 tan30 R R 0 2 3tan303 R R 0 2 AOO 60 以第二次在磁场中偏转的圆心角为 1200 所以 偏转时间是第一次的 2 倍 考点定位 磁场 4 2012 大纲版全国卷 18 如图 两根互相平行的长直导线过纸面上的 M N 两点 且与 直面垂直 导线中通有大小相等 方向相反的电流 a o b 在 M N 的连线上 o 为 MN 的 中点 c d 位于 MN 的中垂线上 且 a b c d 到 o 点 的距离均相等 关于以上几点处的磁场 下列说法正确 的是 A o 点处的磁感应强度为零 B a b 两点处的磁感应强度大小相等 方向相反 C c d 两点处的磁感应强度大小相等 方向相同 D a c 两点处磁感应强度的方向不同 2012 大纲版全国卷 17 质量分别为 m1和 m2 电荷量分别为 q1和 q2的两粒子在同一匀 强磁场中做匀速圆周运动 已知两粒子的动量大小相等 下列说法正确的是 A 若 q1 q2 则它们做圆周运动的半径一定相等 B 若 m1 m2 则它们做圆周运动的周期一定相等 C 若 q1 q2 则它们做圆周运动的半径一定不相等 D 若 m1 m2 则它们做圆周运动的周期一定不相等 答案 A 解析 带电粒子在匀强磁场中运动 洛伦兹力提供向心力 其轨道半径 r 周期 qB mv T 若 qB m 2 q1 q2 则它们做圆周运动的半径一定相等 选项 A 正确 若 q1 q2 则它们做圆周运动的 半径可能相等 选项 C 错误 若 m1 m2 则它们做圆周运动的周期不一定相等 选项 B 错误 若 m1 m2 则它们做圆周运动的周期可能相等 选项 D 错误 考点定位 此题考查带电粒子在匀强磁场中运动 2012 物理 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 5 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 粒子所带电荷量 C 电场强度 D 磁感应强度 2012 江苏 9 如图所示 MN 是磁感应强度为B 的匀强磁场的边界 一质量为m 电荷 量为q 的粒子在纸面内从O 点射入磁场 若粒子速度为v0 最远能落在边界上的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v0 B 若粒子落在A 点的右侧 其速度一定大于v0 C 若粒子落在A 点左右两侧d 的范围内 其速度不可能小于v0 qBd 2m 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v0 qBd 2m 2012 天津 2 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 如果仅改变下列某一个条件 角的相应变化情况是 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 6 2012 四川 20 半径为a右端开小口的导体圆环和长为 2a的导体直杆 单位长度电阻 均为R0 圆环水平固定放置 整个内部区域分布着向下的匀强磁场 磁感应强度为B 杆 在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动 杆始终有两点与圆环良好接触 从 圆环中心O开始 杆的位置由 确定 如图所示 则 A 0时 杆产生的电动势为 2Bav B 时 杆产生的电动势为Bav 3 3 C 0时 杆受的安培力大小为 2 2 2 0 D 时 杆受的安培力大小为 3 3 2 5 3 0 2012 2012 全国新课标卷 全国新课标卷 20 如图 一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内 线 框在长直导线右侧 且其长边与长直导线平行 已知在t 0 到t t1的时间间隔内 直导线 7 中电流i发生某种变化 而线框中感应电流总是沿顺时针方向 线框受到的安培力的合力 先水平向左 后水平向右 设电流i正方向与图中箭头方向相同 则i随时间t变化的图 线可能是 2012 江苏 13 15 分 某兴趣小组设计了一种发电装置 如图所示 在磁极和圆柱状 铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角琢均为49仔 磁场均沿半径方向 匝数为N 的矩形线圈 abcd 的边长ab cd l bc ad 2l 线圈以角速度棕绕中心轴匀速转动 bc和ad 边同时 进入磁场 在磁场中 两条边所经过处的磁感应强度大小均为B 方向始终与两边的运动方 向垂直 线圈的总电阻为r 外接电阻为R 求 1 线圈切割磁感线时 感应电动势的大小Em 2 线圈切割磁感线时 bc 边所受安培力的大小F 3 外接电阻上电流的有效值I 解析 13 1 bc ad 边的运动速度 2 l v 感应电动势 vm NBlE4 解得 2 2NBlEm 2 电流 Rr E I m m 安培力 lNBIF m 2 解得 Rr lBN F 322 4 8 16 2012 海南 图 a 所示的 xOy 平面处于匀强磁场中 磁场方向与 xOy 平面 纸面 垂直 磁感应强度 B 随时间 t 变化的周期为 T 变化图线如图 b 所示 当 B 为 B0时 磁感应强度方向指向纸外 在坐标原点 O 有一带正电的粒子 P 其电荷量与质量之比恰好 等于 不计重力 设 P 在某时刻t0以某一初速度沿 y 轴正方向自 O 点开始运动 将它 0 2 TB 经过时间 T 到达的点记为 A 1 若t0 0 则直线 OA 与 x 轴的夹角是多少 2 若t0 T 4 则直线 OA 与 x 轴的夹角是多少 3 为了使直线 OA 与 x 轴的夹角为 4 在 0 t00 速度大小 1m2qv 22m 2q2v 33m 3q3v 42m2q3v 52m qv 19 D 附加磁场方向与原磁场方向相同 6 福建卷 21 19 如图所示 两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上 导轨上端连接一个定 值电阻 导体棒 a 和 b 放在导轨上 与导轨垂直并良好接触 斜面上水平虚线 PQ 以下区域 内 存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场 现对 a 棒施以平行导轨斜向上的拉力 使它沿 导轨匀速向上运动 此时放在导轨下端的 b 棒恰好静止 当 a 棒运动到磁场的上边界 PQ 处 时 撤去拉力 a 棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向选滑动 此时 b 棒已滑离导 轨 当 a 棒再次滑回到磁场边界 PQ 处时 又恰能沿导轨匀速向下运动 已知 a 棒 b 棒和 定值电阻的阻值均为 R b 棒的质量为 m 重力加速度为 g 导轨电阻不计 求 a 棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中 a 棒中的电流强度 I 与定值电阻 R 中的电流强度 IR之比 a 棒质量 ma a 棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力 F 20 7 广东卷 如图 16 a 所示 左为某同学设想的粒子速度选择装置 由水平转轴及两 个薄盘 N1 N2构成 两盘面平行且与转轴垂直 相距为 L 盘上各开一狭缝 两狭缝夹角 可调 如图 16 b 右为水平放置的长为 d 的感光板 板的正上方有一匀强磁场 方向 垂直纸面向外 磁感应强度为 B 一小束速度不同 带正电的粒子沿水平方向射入 N1 能通 21 过 N2的粒子经 O 点垂直进入磁场 O 到感光板的距离为 2 d 粒子电荷量为 q 质量为 m 不计重力 若两狭缝平行且盘静止 如图 16 c 某一粒子进入磁场后 数值向下打在感光板中心 点 M 上 求该粒子在磁场中运动的时间 t 若两狭缝夹角为 盘匀速转动 转动方向如图 16 b 要使穿过 N1 N2的粒子均打到感 光板 P1 P2连线上 试分析盘转动角速度 的取值范围 设通过 N1的所有粒子在盘转一圈 的时间内都能到达 N2 解 22 8 山东卷 25 18 分 如图所示 以两虚线为边界 中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场 宽度为 两侧为相同的匀强磁场 方向垂直纸面向里 一质量为 带电量 重力dmq 不计的带电粒子 以初速度垂直边界射入磁场做匀速圆周运动 后进入电场做匀加速运 1 v 动 然后第二次进入磁场中运动 此后粒子在电场和磁场中交替运动 已知粒子第二次在 磁场中运动的半径是第一次的二倍 第三次是第一次的三倍 以此类推 求 1 粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功 1 W 2 粒子第次经过电场时电场强度的大小 n n E 3 粒子第次经过电场所用的时间 n n t 4 假设粒子在磁场中运动时 电场区域场强为零 请画出从粒子第一次射入磁场至第三 次离开电场的过程中 电场强度随时间变化的关系图线 不要求写出推导过程 不要求标 23 明坐标刻度值 1n 11 1 n vnv vnv 由动能定理得 22 1 11 22 nnn qE dmvmv 联立 式得 2 1 21 2 n nmv E qd 3 设粒子第 n 次在电场中运动的加速度为 由牛顿定律的 n a 1 12 1 222 2 3223332332 2 2 min 21 222023 2366 d nnnnnn n n d a qEma vva l tx YEefF mol nv ALOHHALOH ALBaPbO H OAL OHe HCO AL OHCu SiOCaCOCaSiOCO sp A A A AA A A AA 高温 nn qEma 24 9 北京卷 23 18 分 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器 广泛应用于测量和自动控制等领域 如图 1 将一金属或半导体薄片垂直置于磁场 B 中 在薄片的两个侧面a b间通以电 流I时 另外两侧c f间产生电势差 这一现象称为霍尔效应 其原因是薄片中的移动电 荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累 于是c f间建立起电场EH 同时产生霍尔电势 差UH 当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时 EH和UH达到稳定值 UH的大小与I 和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH RH 其中比例系数RH称为霍尔系数 仅 IB d 与材料性质有关 1 设半导体薄片的宽度 c f间距 为l 请写出UH和EH的关系式 若半导体材料 是电子导电的 请判断图 1 中c f哪端的电势高 2 已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n 电子的电荷量为e 请导出霍 25 尔系数RH的表达式 通过横截面积S的电流I nevS 其中v是导电电子定向移动的平均 速率 3 图 2 是霍尔测速仪的示意图 将非磁性圆盘固定在转轴上 圆盘的周边等距离地 嵌装着m个永磁体 相邻永磁体的极性相反 霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近 当圆盘 匀速转动时 霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图 3 所示 a 若在时间t内 霍尔元件输出的脉冲数目为P 请导出圆盘转速N的表达式 b 利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程 除此之外 请你展开 智慧的翅膀 提 出另一个实例或设想 10 天津卷 12 20 分 质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域 汤姆孙发现电子的质谱装置示 意如图 M N 为两块水平放置的平行金属极板 板长为L 板右端到屏的距离为D 且D 远大于L 为垂直于屏的中心轴线 不计离子重力和离子在板间偏离的距离 以O O O O 屏中心O为原点建立直角坐标系 其中x轴沿水平方向 y轴沿竖直方向 xOy 1 设一个质量为 电荷量为的正离子以速度沿的方向从点射入 板间 0 m 0 q 0 vO O O 不加电场和磁场时 离子打在屏上O点 若在两极板间加一沿方向场强为E的匀强电y 场 求离子射到屏上时偏离O点的距离 0 y 2 假设你利用该装置探究未知离子 试依照 以下实验结果计算未知离子的质量数 上述装置中 保留原电场 再在板间加沿方y 26 向的匀强磁场 现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流 仍从O 点沿方向射入 O O 屏上出现两条亮线 在两线上取y坐标相同的两个光点 对应的x坐标分别为 3 24mm 和 3 00mm 其中x坐标大的光点是碳 12 离子击中屏产生的 另一光点是未知离子产生的 尽 管入射离子速度不完全相等 但入射速度都很大 且在板间运动时方向的分速度总是O O 远大于x方向和y方向的分速度 12 20 分 27 离子飞出极板到达屏时 在x方向上偏离O点的距离 x qBLDqBLD xv t mvmv 当离子的初速度为任意值v时 离子到达屏上时的位置在y方向上偏离O点的距离为y 考虑到 式 得 上式表明 k是与离子进行板间初速度无关的定值 对两种离子均相同 由题设条件知 x 坐标 3 24mm 的光点对应的是碳 12 离子 其质量为m1 12u x坐标 3 00mm 的光点对应的是 未知离子 设其质量为m2 由 式代入数据可得 2 14um 故该未知离子的质量数为 14 28 11 浙江卷 23 20 分 如图所示 一矩形轻质柔软反射膜可绕过 O 点垂直纸面的水平轴转动 其在 纸面上的长度 OA 为 L1 垂直纸面的宽度为 L2 在膜的下端 图中 A 处 挂有一平行于转 轴 质量为 m 长为 L2的导体棒使膜绷成平面 在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电 池板 能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能 并 将光能转化成电能 光电池板可等效为一个电池 输出电压 恒定为 U 输出电流正比于光电池板接收到的光能 设垂直 于入射光单位面积上的光功率保持恒定 导体棒处在方向 竖直向上的匀强磁场 B 中 并与光电池构成回路 流经导体 棒的电流垂直纸面向外 注 光电池与导体棒直接相连 连 接导线未画出 1 若有一束平行光水平入射 当反射膜与竖直方向成 60 时 导体棒处于受力平衡状态 求此时电流强度的 大小和光电池的输出功率 2 当变成 45 时 通过调整电路使导体棒保持平衡 光电池除维持导体棒力学平衡外 不能输出多少额外电功率 所以能提供的额外电流为 45 2 III6 mg BL 额外充电 1 29 可提供额外功率 2 U P IU6 mg BL 额外额外 1 12 四川卷 20 如图所示 电阻不计的平行金属导轨固定在一绝缘斜面上 两 相同的金属导体棒 a b 垂直于导轨静止放置 且与导轨接触良好 匀强磁场垂直穿过导轨平面 现用一平行于导轨的恒力 F 作用在 a 的中点 使其向上运动 若 b 始终保持静止 则它所受摩擦力可 能 A 变为 0 B 先减小后不变 C 等于 F D 先增大再减小 13 四川卷 24 19 分 如图所示 电源电动势内阻 电阻 间距的两平行金属 板水平放置 板间分布有垂直于纸面向里 磁感应强 度的匀强磁场 闭合开关 板间电场视为匀强电场 将一带正电的小球以初速度 沿两板间中线水平射入板间 设滑动变阻器接入电路的阻值为 忽略空气 对小球的作用 取 1 当时 电阻消耗的电功率是多大 2 若小球进入板间做匀速度圆周运动并与板相碰 碰时速度与初速度的夹角为 则 RX是多少 30 消耗的电功率为 当时 联立 式 代入数据 解得 14 安徽卷 20 如图所示 水平地面上方矩形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场 两个边长相等的但匝闭合正方形线圈 和 分别用相同材料 不同粗 细的导线绕制 为细导线 两线圈在距磁场上界面高处由静止开始h 自由下落 再进入磁场 最后落到地面 运动过程中 线圈平面始终保 持在竖直平面内且下边缘平行于磁场上边界 设线圈 落地时的速 度大小分别为 在磁场中运动时产生的热量分别为 不 1 v 2 v 1 Q 2 Q 计空气阻力 则 A B 1212 vv QQ 1212 vv QQ C D 1212 vv QQ 1212 vv QQ 31 15 安徽 卷 如图 1 所示 宽度为的竖直狭长区域内 边界为 存在垂直纸面d 12 LL 向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场 如图 2 所示 电场强度的大小为 0 E 表示电场方向竖直向上 时 一带正电 质量为的微粒从左边界上的点0E 0t m 1 N 以水平速度射入该区域 沿直线运动到点后 做一次完整的圆周运动 再沿直线运动vQ 到右边界上的点 为线段的中点 重力加速度为 g 上述 2 NQ 12 N Nd 0 Emv 为已知量 g 1 求微粒所带电荷量和磁感应强度的大小 qB 2 求电场变化的周期 T 3 改变宽度 使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域 求的最小值 dT 32 2 设微粒从运动到 Q 的时间为 作圆周运动的周期为 则 1 N 1 t 2 t 1 2 d vt 2 v qvBm R 12 2 dv tt vg 联 立 得 12 2 dv tt vg 电场变化的周期 12 2 dv Ttt vg 33 2 2 如图所示 电流强度为 I 的一段通电直导线处于匀强磁场中 受到的安培力为 F 图中 正确标志 I 和 F 方向的是 解析 安培力的方向与电流方向和磁场方向都垂直 且满足左手定则 答案 A 3 3 有关洛仑兹力和安培力的描述 正确的是 A 通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用 B 安培力是大量运动电荷所受洛仑兹力的宏观表现 C 带电粒子在匀强磁场中运动受到洛仑兹力做正功 D 通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行 4 4 电子在匀强磁场中做匀速圆周运动 下列说法正确的是 A 速率越大 周期越大 B 速率越小 周期越大 C 速度方向与磁场方向平行 D 度方向与磁场方向垂直 解析 由可知 选项 A B 错误 做匀速圆周运动时 速度方向与磁场方向垂直 2 m T qB 选项 D 正确 答案 D 5 5 1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器 其原理如图所示 这台加速器由两个 铜质 D 形合 D1 D2构成 其间留有空隙 下列说法正确的是 A 离子由加速器的中心附近进入加速器 34 B 离子由加速器的边缘进入加速器 C 离子从磁场中获得能量 D 离子从电场中获得能量 解析 离子由加速器的中心附近进入加速器 从电场中获取能量 最后从加速器边缘离开 加速器 选项 A D 正确 答案 AD 7 7 如图 一半径为R的光滑绝缘半球面开口向下 固定在水平面上 整个空间存在匀强磁场 磁感应强度方向竖直向下 一电荷量为 q q 0 质量为m的小球P在球面上做水平的匀速圆周运动 圆 心为O 球心O到该圆周上任一点的连线与竖直方向的夹角为 0 为了使小球能够在该圆周上运动 求磁感应强度 2 大小的最小值及小球P相应的速率 重力加速度为g 35 8 8 在以 O 为圆心 OH 为对称轴 夹角为 2 的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁 场 对称于 OH 轴的 C 和 D 分别是离子发射点和收集点 CM 垂直磁场左边界于 M 且 OM d 现 有一正离子束以小发散角 纸面内 从 C 射出 这些离子在 CM 方向上的分速度均为 v0 若 该离子束中比荷为的离子都能汇聚到 D 试求 q m 1 磁感应强度的大小和方向 提示 可考虑沿 CM 方向运动的离子为研究对象 2 离子沿与 CM 成 角的直线 CN 进入磁场 其轨道半径和在磁场中的运动时间 3 线段 CM 的长度 36 t 0 2 v R 37 9 如图 24 所示 P Q 是两个等量异种点电荷 MN 是它们连线的中垂线 在垂直纸面的方 向上有磁场 如果某正电荷以初速度 V0沿中垂线 MN 运动 不计重力 则 A 若正电荷做匀速直线运动 则所受洛伦兹力的大小不变 B 若正电荷做匀速直线运动 则所受洛伦兹力的大小改变 C 若正电荷做变速直线运动 则所受洛伦兹力的大小不变 D 若正电荷做变速直线运动 则所受洛伦兹力的大小改变 10 运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用 运动方向会发生偏转 这一点对地球上的生 命来说有十分重要的意义 从太阳和其他星体发射出的高能粒子流 称为宇宙射线 在射向 38 地球时 由于地磁场的存在改变了带电粒子的运动方向 对地球起到了保护作用 如图所 示为磁场对宇宙射线作用的示意图 现在来自宇宙的一束质子流以与地球表面垂直的方向 射向赤道上空的某一点 则这些质子在进入地球周围的空间时将 A 竖直向下沿直线射向地面 B 相对于预定地点向东偏转 C 相对于预定地点 稍向西偏转 D 相对于预定地点 稍向北偏转 解析 由左手定则判断这些质子流相对于预定地点向东偏转 故选项 B 正确 答案 B 12 图为一 滤速器 装置的示意图 a b为水平放置的平行金属板 一束具有各种不同 速率的电子沿水平方向经小孔O进入a b两板之间 为了选取具有某种特定速率的电子 可在a b间加一电场 并沿垂直于纸面方向加一匀强磁场 使所选电子仍能沿水平直线 OO 运动 由O 射出 不计重力作用 可能达到上述目的的办法是 A 使a板电势高于b板 磁场方向垂直纸面向里 B 使a板电势低于b板 磁场方向垂直纸面向里 C 使 a 板电势高于 b 板 磁场方向垂直纸面向外 D 使 a 板电势低于 b 板 磁场方向垂直纸面向 解析 若a板电势高于b板 则电子受电场力向上 要使电子沿 直线运动 则电子受到的洛仑兹力向下 由左手定则可知 磁场的方向垂直纸面向里 A 正确 若a板电势低于b板 则电子受电场力向下 要使电子沿直线运动 则电子受到的 洛仑兹力向上 由左手定则可知 磁场的方向垂直纸面向外 D 正确 此题考查带电粒子 在复合场中的运动 速度选择器 答案 AD 1 20 世纪 50 年代 一些科学家提出了地磁场的 电磁感应学说 认为当太阳强烈活动影 响地球而引起磁暴时 磁暴在外地核中感应产生衰减时间较长的电流 此电流产生了地磁场 连续的磁暴作用可维持地磁场 则外地核中的电流方向为 地磁场 N 极与 S 极在地球表面的 连线称为磁子午线 A 垂直磁子午线由西向东 B 垂直磁子午线由东向西 C 沿磁子午线由南向北 D 沿磁子午线由北向南 39 解析 地磁场由南向北 根据安培定则可判断 外地核中电流方向由东向西 答案 B 3 带电体表面突出的地方电荷容易密集 雷雨天当带电云层靠近高大建筑物时 由于静电感 应 建筑物顶端会聚集异种电荷 避雷针通过一根竖直导线接通大地而避免雷击 你若想知道 竖直导线中的电流方向 进而判断云层所带电荷 安全可行的方法是 A 在导线中接入电流表 B 在导线中接入电压表 C 在导线中接入小灯泡 D 在导线旁放一可自由转动的小磁针 解析 根据小磁针静止时 N 极的指向判断出其所在处的磁场方向 然后根据安培定则判断出 电流方向 既安全又可行 答案 D 4 下列关于磁感线的说法正确的是 A 磁感线可以形象地描述磁场中各点的磁场方向 它每一点的切线方向都与小磁针放在该点 静止时 S 极所指的方向相同 B 磁感线总是从磁体的 N 极出发 到磁体的 S 极终止 C 磁场的磁感线是闭合曲线 D 磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列成的曲线 没有细铁屑的地方就没有磁感线 40 5 如图 11 2 所示 一带负电的质点在固定的正点电荷作用下绕该正电荷做匀速圆周运动 周 期为T0 轨道平面位于纸面内 质点的速度方向如图中箭头所示 现加一垂直于轨道平 面的匀强磁场 已知轨道半径并不因此而改变 则 A 若磁场方向指向纸里 质点运动的周期将大于T0 B 若磁场方向指向纸里 质点运动的周期将小于T0 C 若磁场方向指向纸外 质点运动的周期将大于T0 D 若磁场方向指向纸外 质点运动的周期将小于T0 6 在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场 一质量为m的带正电小球 在该区域内沿水平 方向向右做直线运动 如图 11 3 所示 关于场的分布情况可能的是 图 11 3 A 该处电场方向和磁场方向重合 B 电场竖直向上 磁场垂直纸面向里 C 电场斜向里侧上方 磁场斜向外侧上方 均与v垂直 D 电场水平向右 磁场垂直纸面向里 解析 带电小球在复合场中运动一定受重力和电场力 是否受洛伦兹力需具体分析 A 选项中 若电场 磁场方向与速度方向垂直 则洛伦兹力与电场力垂直 如果与重力的合力为零就会 做直线运动 B 选项中电场力 洛伦兹力都向上 若与重力合力为零 也会做直线运动 C 选项 电场力斜向里侧上方 洛伦兹力向外侧下方 若与重力合力为零 就会做直线运动 D 选项三 个力合力不可能为零 因此本题选 A B C 答案 ABC 7 如图 11 4 所示 水平正对放置的带电平行金属板间的匀强电场方向竖直向上 匀强磁场 方向垂直纸面向里 一带电小球从光滑绝缘轨道上的a点由静止释放 经过轨道端点P进 41 入板间后恰好沿水平方向做匀速直线运动 现在使小球从稍低些的b点由静止释放 经过轨 道端点P进入两板之间的场区 关于小球和小球现在的运动情况 以下判断中正确的是 图 11 4 A 小球可能带负电 B 小球在电 磁场中运动的过程动能增大 C 小球在电 磁场中运动的过程电势能增大 D 小球在电 磁场中运动的过程机械能总量不变 8 如图 11 5 所示 两平行金属板的间距等于极板的长度 现有重力不计的正离子束以相同的 初速度v0平行于两板从两板正中间射入 第一次在两极板间加恒定电压 建立场强为E的匀 强电场 则正离子束刚好从上极板边缘飞出 第二次撤去电场 在两板间建立磁感应强度为 B 方向垂直于纸面的匀强磁场 正离子束刚好从下极板边缘飞出 则E和B的大小之比为 图 11 5 A B C D v0 0 4 5 v 0 2 1 v 0 4 1 v 联立得 4 5 0 v B E 42 答案 A 9 如图 11 6 所示 空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为 0 5 T 的匀强磁场 一质量为 0 2 kg 且足够长的绝缘塑料板静止在光滑水平面上 在塑料板左端无初速度放置一质量为 0 1 kg 带电荷量为 0 2 C 的滑块 滑块与绝缘塑料板之间的动摩擦因数为 0 5 滑块受到 的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力 现对塑料板施加方向水平向左 大小为 0 6 N 的恒 力 g取 10 m s2 则 图 11 6 A 塑料板和滑块一直做加速度为 2 m s2的匀加速运动 B 滑块开始做匀加速运动 然后做加速度减小的加速运动 最后做匀速直线运动 C 最终塑料板做加速度为 2 m s2的匀加速运动 滑块做速度为 10 m s 的匀速运动 D 最终塑料板做加速度为 3 m s2的匀加速运动 滑块做速度为 10 m s 的匀速运动 10 环形对撞机是研究高能粒子的重要装置 其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔 若 带电粒子初速度可视为零 经电压为U的电场加速后 沿圆环切线方向注入对撞机的环状空 腔内 空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场 磁感应强度大小为 B 带电粒子将被限制在 圆环状空腔内运动 要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动 下列说法中正确的是 A 对于给定的加速电压 带电粒子的比荷q m 越大 磁感应强度B越大 B 对于给定的加速电压 带电粒子的比荷q m 越大 磁感应强度B越小 C 对于给定的带电粒子和磁感应强度B 加速电压U越大 粒子运动的周期越小 D 对于给定的带电粒子和磁感应强度B 不管加速电压U多大 粒子运动的周期都不变 11 在原子反应堆中抽动液态金属时 由于不允许转动机械部分和液态金属接触 常使用一种 电磁泵 如图 11 7 所示是这种电磁泵的结构示意图 图中A是导管的一段 垂直于匀强磁场 43 放置 导管内充满液态金属 当电流I垂直于导管和磁场方向穿过液态金属时 液态金属即被 驱动 并保持匀速运动 若导管内截面宽为a 高为b 磁场区域中的液体通过的电流为I 磁 感应强度为B 求 图 11 7 1 电流I的方向 2 驱动力对液体造成的压强差 12 一种半导体材料称为 霍尔材料 用它制成的元件称为 霍尔元件 这种材料有可定 向移动的电荷 称为 载流子 每个载流子的电荷量大小为q 1 6 10 19 C 霍尔元件在 自动检测 控制领域得到广泛应用 如录像机中用来测量录像磁鼓的转速 电梯中用来检测 电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等 图 11 8 在一次实验中 一块霍尔材料制成的薄片宽ab 1 0 10 2 m 长bc 4 0 10 2 m 厚 h 1 0 10 3 m 水平放置在竖直向上的磁感应强度B 2 0 T 的匀强磁场中 bc方向通有 I 3 0 A 的电流 如图 11 8 所示 由于磁场的作用 稳定后 在沿宽度方向上产生 1 0 10 5 V 的横向电压 1 假定载流子是电子 ad bc两端中哪端电势较高 2 薄板中形成电流 I 的载流子定向运动的速率为多大 3 这块霍尔材料中单位体积内的载流子个数为多少 44 13 将氢原子中电子的运动看做是绕氢核做匀速圆周运动 这时在研究电子运动的磁效应时 可将电子的运动等效为一个环形电流 环的半径等于电子的轨道半径r 现对一氢原子加上 一个外磁场 磁场的磁感应强度大小为B 方向垂直电子的轨道平面 这时电子运动的等效电 流用I1表示 现将外磁场反向 但磁场的磁感应强度大小不变 仍为B 这时电子运动的等效 电流用I2表示 假设在加上外磁场以及外磁场反向时 氢核的位置 电子运动的轨道平面以 及轨道半径都不变 求外磁场反向前后电子运动的等效电流的差 即 I1 I2 等于多少 用 m和e表示电子的质量和电荷量 14 在电子显像管内部 由炽热的灯丝上发射出的电子在经过一定的电压加速后 进入偏转磁 场区域 最后打到荧光屏上 当所加的偏转磁场的磁感应强度为 0 时 电子应沿直线运动打在 荧光屏的正中心位置 但由于地磁场对带电粒子运动的影响 会出现在未加偏转磁场时电子 束偏离直线运动的现象 所以在精密测量仪器的显像管中常需要在显像管的外部采取磁屏蔽 措施以消除地磁场对电子运动的影响 已知电子质量为m 电荷量为e 从炽热灯丝发射出的电子 可视为初速度为 0 经过电压为 U的电场加速后 沿水平方向由南向北运动 若不采取磁屏蔽措施 且已知地磁场磁感应强度 45 的竖直向下分量的大小为B 地磁场对电子在加速过程中的影响可忽略不计 在未加偏转磁 场的情况下 1 试判断电子束将偏向什么方向 2 求电子在地磁场中运动的加速度的大小 3 若加速电场边缘到荧光屏的距离为l 求在地磁场的作用下使到达荧光屏的电子在荧光 屏上偏移的距离 1 1 0909 年全国卷年全国卷 17 17 如图 一段导线 abcd 位于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中 且 与磁场方向 垂直于纸面向里 垂直 线段 ab bc 和 cd 的长度均为 L 且 0 135abcbcd 流经导线的电流为 I 方向如图中箭头所示 导线段 abcd 所受到 的磁场的作用力的合力 A 方向沿纸面向上 大小为 2 1 ILB B 方向沿纸面向上 大小为 2 1 ILB C 方向沿纸面向下 大小为 2 1 ILB 46 D 方向沿纸面向下 大小为 2 1 ILB 2 2 0909 年广东理科基础 年广东理科基础 1 1 发现通电导线周围存在磁场的科学家是 A 洛伦兹 B 库仑 C 法拉第 D 奥斯特 解析解析 发现电流