浙江省新高考压轴题磁场大题解析

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流浙江省新高考压轴题磁场大题解析.精品文档.浙江省新高考物理卷压轴题（“磁场”题）解析江苏省特级教师 戴儒京2016年开始，浙江省与上海市一起作为教育部新一轮高考改革的试点，全国的教师，都在关注，全国的物理教师，都在关注其物理试题。在物理试题中，有一类试题特别受关注，那就是关于“带电粒子在电磁场中的圆周运动”的题目，为什么呢？因为它难，往往成为全国及各省市高考物理试卷的压轴题。对于浙江新高考物理试卷，就是第23题（试卷的最后一题）或22题（试卷的倒数第2题）。本文就把浙江省新高考物理卷压轴题解析下来，以供广大物理教师特别是高三物理教师参考。本文

2、包括浙江省新高考以来4年7题，除2016年4月卷22题，其余各卷均为23题。除2019年外（2019年10月还未到），每年2卷，分别在4月和10月或11月。所以本文包括4年7题。1.2019年第23题23（10分【加试题】有一种质谱仪由静电分析器和磁分析器组成，其简化原理如图所示。左侧静电分析器中有方向指向圆心O、与O点等距离各点的场强大小相同的径向电场，右侧的磁分析器中分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行，两者间距近似为零。离子源发出两种速度均为v0、电荷量均为q、质量分别为m和0.5m的正离子束，从M点垂直该点电场方向进入静电分析器。在静电分析器中，质量为m

3、的离子沿半径为r0的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，从N点水平射出，而质量为0.5m的离子恰好从ON连线的中点P与水平方向成角射出，从静电分析器射出的这两束离子垂直磁场方向射入磁分析器中，最后打在放置于磁分析器左边界的探测板上，其中质量为m的离子打在O点正下方的Q点。已知OP=0.5r0，OQ= r0，N、P两点间的电势差,，不计重力和离子间相互作用。（1）求静电分析器中半径为r0处的电场强度E0和磁分析器中的磁感应强度B的大小；（2）求质量为0.5m的离子到达探测板上的位置与O点的距离l（用r0表示）；（3）若磁感应强度在（BB）到（BB）之间波动，要在探测板上完全分辨出质量为m和0.5m的

4、两束离子，求的最大值【解析】（1） 径向电场力提供向心力（2） 动能定理-=（3） 恰好能分辨的条件：2. 2018年11月第23题23.（10分）【加试题】小明受回旋加速器的启发，设计了如图1所示的“回旋变速装置”。两相距为d的平行金属栅极板M、N，板M位于x轴上，板N在它的正下方。两板间加上如图2所示的幅值为U0的交变电压，周期T0=2mqB。板M上方和板N下方有磁感应强度大小均为B、方向相反的匀强磁场。粒子探测器位于y轴处，仅能探测到垂直射入的带电粒子。有一沿x轴可移动、粒子出射初动能可调节的粒子发射源，沿y轴正方向射出质量为m、电荷量为q（q0）的粒子。t=0时刻，发射源在（x，0）位

5、置发射一带电粒子。忽略粒子的重力和其它阻力，粒子在电场中运动的时间不计。（1）若粒子只经磁场偏转并在y=y0处被探测到，求发射源的位置和粒子的初动能；（2）若粒子两次进出电场区域后被探测到，求粒子发射源的位置x与被探测到的位置y之间的关系【解析】（1）根据题意，粒子沿着y轴正向射入，只经过磁场偏转，探测器仅能探测到垂直射入的粒子，因此，粒子轨迹为0.25圈，因此射入的位置为x=y0根据R=y0，可得（2）根据题意，粒子两次进出磁场，然后垂直射到y轴，由于粒子射入电场后会做减速直线运动，且无法确定能否减速到0，因此需要按情况分类讨论第1次射入电场即减速到0，即当，轨迹如图：轨迹图中几何关系，x=

6、5y第1次射入电场减速射出到磁场，第2次射入电场后减速到0，则当，轨迹如图：联立，解得2次射入电场后均减速射入磁场，则当，轨迹如图：联立，解得【答案】（1）x=y0 (2) 当，x=5y；当，；当，。3. 2018年4月卷第23题【加试题】如图所示，在竖直平面内建立xOy坐标系，在0x0.65 m、y0.40 m范围内存在一具有理想边界、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域一边长l0.10 m、质量m0.02 kg、电阻R0.40 的匀质正方形刚性导线框abcd处于图示位置，其中心的坐标为(0，0.65 m)现将线框以初速度v02.0 m/s水平向右抛出，线框在进入磁场过程中速度保持不变，然后在磁场

7、中运动，最后从磁场右边界离开磁场区域，完成运动全过程线框在全过程中始终处于xOy平面内、其ab边与x轴保持平行，空气阻力不计，g取10 m/s2.求：(1)磁感应强度B的大小；(2)线框在全过程中产生的焦耳热Q；(3)在全过程中，cb两端的电势差Ucb与线框中心位置的x坐标的函数关系 【解析】 (1)感应电流I由受力平衡有mgBIl进入磁场时沿y方向的速度vy2 m/s解得B2 T.(2)由动量定理有Blqmvmv0其中q对全过程，由能量守恒定律得Qmglmvmv2解得Q0.037 5 J.(3)进入磁场前，即x0.4 m时，Uab0进入磁场过程，即0.4 m<x0.5 m时，UcbBv

8、0vytI(4x1.7) V在磁场中，即0.5 m<x0.6 m时，UcbBv0l0.4 V出磁场过程，即0.6 m<x0.7 m时，vxv05(1x) m/sUcb× V【答案】(1)2 T(2)0.037 5 J(3)x0.4 m时，Ucb0；0.4 m<x0.5 m时，Ucb(4x1.7) V；0.5 m<x0.6 m时，Ucb0.4 V；0.6 m<x0.7 m时，Ucb V4. 2017年10月第23题23. （10分）【加试题】如图所示，x轴上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，坐标原点处有一正离子源，单位时间在xoy平面内发射个速率均为v的离子，

9、分布在y轴两侧各为的范围内。在x轴上放置长度为L的离子收集板，其右端点距坐标原点的距离为2L。当磁感应强度时，沿y走正方向入射的离子，恰好打在收集板的右端点。整个装置处于真空中，不计重力，不考虑离子间的碰撞，忽略离子间相互作用。（1） 求粒子的比荷；（2） 如果发射的离子被收集板全部收集，求的最大值；（3） 假设离子到达x轴时沿x轴均匀分布。当，磁感应强度在的区间取不同值时。求单位时间内收集板收集到的离子数n与磁感强度B之间的关系。（不计粒子在磁场中的运动时间）【解析】（1） 洛伦兹力提供向心力圆周运动的半径得(2)如解图1所示，以最大角入射时，有或得（3）B>B0,全部收集到离子时的最

10、小半径为R1,如解图2，有得 当时，有当时，恰好收集不到离子时的最小半径为R2,有得 当时，设 ，有当时，【答案】（1） （2） （3） n= 当 ，当 n3=05. 2017年4月第23题23【加试题】如图所示，在xoy平面内，有一电子源持续不断地沿x正方向每秒发射出N个速率均为v的电子，形成宽为2b，在y轴方向均匀分布且关于x轴对称的电子流。电子流沿x方向射入一个半径为R，中心位于原点O的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直xoy平面向里，电子经过磁场偏转后均从P点射出。在磁场区域的正下方有一对平行于x轴的金属平行板K和A，其中K板与P点的距离为d，中间开有宽度为2l且关于y轴对称的小孔。K板接

11、地，A与K两板间加有正负、大小均可调的电压，穿过K板小孔达到A板的所有电子被收集且导出，从而形成电流，已知，电子质量为m，电荷量为e，忽略电子间相互作用。（1）求磁感应强度B的大小；（2）求电子流从P点射出时与负y轴方向的夹角的范围；（3）当时，每秒经过极板K上的小孔到达板A的电子数；（4）画出电流i随变化的关系曲线。【解析】23（1）轨道半径r=R，（2）上端电子从P点射出时与负y轴最大夹角，由几何关系可得，得=60°。同理下端电子从P点射出时与负y轴最大夹角也为60°，范围是（3）得，每秒进入两极板间的电子数n：，解得n=0.82N（4）由动能定理得出遏制电压，与负y轴

12、成45°角的电子的运动轨迹刚好与A板相切，则其速度为其逆过程是类平抛运动，达到饱和电流所需的最小反向电压，有，解得，再根据（3）可得饱和电流大小6. 2016年10月第23题23.（10分）【加试题】如图所示，在x轴的上方存在垂直纸面向里,磁感应强度大小为B0的匀强磁场，位于x轴下方离子源C发射质量为m，电荷量为q的一束负离子，其初速度大小范围为0-，这束离子经电势差为的电场加速后，从小孔O（坐标原点）垂直x轴并垂直磁场射入磁场区域，最后打到x轴上。在x轴上2a3a区间水平固定放置一探测板（）。假设每秒射入磁场的离子总数为N0，打到x轴上的离子数均匀分布（离子重力不计）。（1）求离子

13、束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间。（2）调整磁感应强度的大小，可使速度最大的离子恰好打在探测板右端，求此时的磁感应强度大小B1;(3)保持磁感应强度B1不变，求每秒打在探测板上的离子数N；若打在板上的离子80%被板吸收，20%被反弹回，弹回速度大小为板前速度大 小的0. 6倍.求探测板受到的作用力大小。【解析】（1）根据动能定理，可得可得离子在磁场中运动离子打在x轴上的坐标表达式为代入数据得（2）当速度最大的离子打在探测板右端（3）离子束能打到探测板的实际范围为对应的速度范围为每秒打在探测板上的离子数为根据动量定理吸收的离子受到板的作用力大小反弹的离子受到板的作用力大小根据牛顿第三定律，探测板受到的作用力大小【答案】（1）；（2）（3）7. 2016年4月第22题 22(10分)【加试题】如图为离子探测装置示意图。区域I、区域长均为L=0.10m，高均为H=0.06m。区域I可加方向竖直向下、电场强度为E的匀强电场；区域可加方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，区域的右端紧贴着可探测带电粒子位置的竖直屏。质子束沿两板正中间以速度v=1.O×l05m/s水平射入，质子荷质比近似为=1.O×l08C/kg。(忽略边界效应，不计重力)(1)当区域加电场、区域不加磁场时，求能在屏上探测到质子束的外加电