（江苏专用）2020届高考物理一轮复习 专题九 磁场课件

专题九磁场高考物理(江苏省专用)A组自主命题·江苏卷题组考点一磁场安培力五年高考1.(2015江苏单科,4,3分)如图所示,用天平测量匀强磁场的磁感应强度。下列各选项所示的载流线圈匝数相同,边长MN相等,将它们分别挂在天平的右臂下方。线圈中通有大小相同的电流,天平处于平衡状态。若磁场发生微小变化,天平最容易失去平衡的是 ()答案A天平处于平衡状态,说明线圈受到的重力和安培力的合力等于两侧砝码重力差,根据安培力公式F=BIL,知选项A中线圈在磁场中有效长度最大,所受安培力最大,磁场发生微小变化,安培力变化最大,天平最容易失去平衡,选项A符合题意。考查点本题考查考生对安培力的理解和推理能力。属于中等难度题。错解分析易错选D。错误的原因可能是对电流天平的工作原理未弄懂,或不了解“有效长度”的分析方法。2.(2019江苏单科,7,4分)(多选)如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流强度相等。矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是()A.均向左B.均向右C.a的向左,b的向右D.a的向右,b的向左答案CD本题考查安培定则及左手定则,考查基础的物理概念。由于线框在两通电导线的中间,且对边电流方向相反,大小相等,只要a、b两导线通有相反方向的电流,利用安培定则,可知线框的对边所在处磁场大小相等,方向相同,再利用左手定则可判定线框对边所受安培力大小相等,方向相反,线框处于平衡状态,故A、B错误,C、D正确。易错警示安培定则用右手,左手定则用左手。3.(2018江苏单科,13,15分)如图所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ,间距为d。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直。质量为m的金属棒被固定在导轨上,距底端的距离为s,导轨与外接电源相连,使金属棒通有电流。金属棒被松开后,以加速度a沿导轨匀加速下滑,金属棒中的电流始终保持恒定,重力加速度为g。求下滑到底端的过程中,金属棒(1)末速度的大小v;(2)通过的电流大小I;(3)通过的电荷量Q。答案(1) (2) (3) 2as(sin)mgθadB2(sin)asmgθadBa解析(1)匀加速直线运动v2=2as解得v= (2)安培力F安=IdB金属棒所受合力F=mgsinθ-F安由牛顿运动定律得F=ma解得I= (3)运动时间t= 电荷量Q=It解得Q= 2as(sin)mgθadBva2(sin)asmgθadBa试题评析情景新颖、题设巧妙此题主要考查运动学公式和牛顿第二定律的简单应用,但应用情景为导体在磁场中导轨上的运动。情景新颖,题设巧妙,过程简单,是一道考查考生基础知识掌握水平的好题,本题难度为易。考点二洛仑兹力带电粒子在磁场中的运动4.(2012江苏单科,9,4分)(多选)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v0B.若粒子落在A点的右侧,其速度一定大于v0C.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- 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+ 2qBdm2qBdm答案BC当粒子从O点垂直于MN进入磁场时,落在MN上的点离O点最远,设O、A间的距离为d+x,则有: =  ①当v0大小不变、方向改变时,粒子就可以落在A点的左侧,故A项错误。若粒子落在A点的右侧,由r= 可知,v一定大于v0,故B正确。若粒子落在A点左侧d处时,粒子的最小速度vmin一定满足: =  ②解①②两式可得:vmin=v0- ,故C项正确。当vv0+ 时,只要改变速度的方向,也可以使粒子落在A点左右两侧d的范围内,故D项错误。2dx0mvBqmvBq2xminmvBq2qBdm2qBdm5.(2019江苏单科,16,16分)如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B。磁场中的水平绝缘薄板与磁场的左、右边界分别垂直相交于M、N,MN=L,粒子打到板上时会被反弹(碰撞时间极短),反弹前后水平分速度不变,竖直分速度大小不变、方向相反。质量为m、电荷量为-q的粒子速度一定,可以从左边界的不同位置水平射入磁场,在磁场中做圆周运动的半径为d,且dL。粒子重力不计,电荷量保持不变。(1)求粒子运动速度的大小v;(2)欲使粒子从磁场右边界射出,求入射点到M的最大距离dm;(3)从P点射入的粒子最终从Q点射出磁场,PM=d,QN= ,求粒子从P到Q的运动时间t。2d答案(1) (2) d(3)( + ) 或( - ) qBdm232Ld33462mqBLd33462mqB解析本题考查了带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的极值问题及周期性问题。考查了学生的综合分析能力及应用数学知识处理物理问题的能力,体现了科学思维中模型建构、科学推理等素养要素,渗透了创新思维的价值观念。(1)粒子的运动半径d= 解得v= (2)如图所示,粒子碰撞后的运动轨迹恰好与磁场左边界相切 由几何关系得dm=d(1+sin60°)解得dm= d(3)粒子的运动周期T= mvqBqBdm2322mqB设粒子最后一次碰撞到射出磁场的时间为t',则t=n +t'(n=1,3,5,…)(a)当L=nd+(1- )d时,粒子斜向上射出磁场t'= T解得t=( + ) (b)当L=nd+(1+ )d时,粒子斜向下射出磁场t'= T解得t=( - ) 4T32112Ld33462mqB32512Ld33462mqB设粒子最后一次碰撞到射出磁场的时间为t',则t=n +t'(n=1,3,5,…)(a)当L=nd+(1- )d时,粒子斜向上射出磁场t'= T解得t=( + ) (b)当L=nd+(1+ )d时,粒子斜向下射出磁场t'= T解得t=( - ) 4T32112Ld33462mqB32512Ld33462mqB解题关键1.在有界磁场中运动的带电粒子不穿出某一边界的临界状态是粒子运动轨迹与该边界相切。2.带电粒子从磁场中某点运动到另一点时,若能与某一边界碰撞,往往可以形成周期性运动,要注意多解。6.(2018江苏单科,15,16分)如图所示,真空中四个相同的矩形匀强磁场区域,高为4d,宽为d,中间两个磁场区域间隔为2d,中轴线与磁场区域两侧相交于O、O'点,各区域磁感应强度大小相等。某粒子质量为m、电荷量为+q,从O沿轴线射入磁场。当入射速度为v0时,粒子从O上方 处射出磁场。取sin53°=0.8,cos53°=0.6。(1)求磁感应强度大小B;(2)入射速度为5v0时,求粒子从O运动到O'的时间t;(3)入射速度仍为5v0,通过沿轴线OO'平移中间两个磁场(磁场不重叠),可使粒子从O运动到O'的时间增加Δt,求Δt的最大值。2d答案(1) (2)  (3) 04mvqd53721800dv05dv解析本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动。(1)粒子圆周运动的半径r0= 由题意知r0= ,解得B= (2)设粒子在第一个矩形磁场中的偏转角为α由d=rsinα,得sinα= ,即α=53°在一个矩形磁场中的运动时间t1= · ,解得t1= 直线运动的时间t2= ,解得t2= 则t=4t1+t2=  (3)将中间两磁场分别向中央移动距离x粒子向上的偏移量y=2r(1-cosα)+xtanα由y≤2d,解得x≤ d0mvqB4d04mvqd45360α2mqB053720dv2dv025dv53721800dv34则当xm= d时,Δt有最大值粒子直线运动路程的最大值sm= +(2d-2xm)=3d增加路程的最大值Δsm=sm-2d=d增加时间的最大值Δtm= = 34m2cosxαmsv05dv2d4d思路点拨带电粒子在匀强磁场中的运动(1)粒子以v0射入磁场,从O点正上方 处射出,说明粒子仅在最左边的磁场中做半径为r0= 的圆周运动,轨迹为半圆。(2)粒子以5v0射入磁场,运动半径r= =5r0= d。故可推知运动轨迹如图所示。mvqB54(3)将中间两磁场分别向中央平移距离x,则粒子以5v0射入后,其运动轨迹如图所示。7.(2014江苏单科,14,16分)某装置用磁场控制带电粒子的运动,工作原理如图所示。装置的长为L,上下两个相同的矩形区域内存在匀强磁场,磁感应强度大小均为B、方向与纸面垂直且相反,两磁场的间距为d。装置右端有一收集板,M、N、P为板上的三点,M位于轴线OO‘上,N、P分别位于下方磁场的上、下边界上。在纸面内,质量为m、电荷量为-q的粒子以某一速度从装置左端的中点射入,方向与轴线成30°角,经过上方的磁场区域一次,恰好到达P点。改变粒子入射速度的大小,可以控制粒子到达收集板上的位置。不计粒子的重力。(1)求磁场区域的宽度h;(2)欲使粒子到达收集板的位置从P点移到N点,求粒子入射速度的最小变化量Δv;(3)欲使粒子到达M点,求粒子入射速度大小的可能值。答案(1)( L- d)(1- )(2) ( - d)(3) ( - d)(1≤n -1,n取整数)23332qBm6L34qBm1Ln333Ld解析(1)设粒子在磁场中的轨道半径为r根据题意L=3rsin30°+3dcos30°且h=r(1-cos30°)解得h=( L- d)(1- )(2)设改变入射速度后粒子在磁场中的轨道半径为r'm =qvB,m =qv'B由题意知3rsin30°=4r'sin30°解得Δv=v-v'= ( - d)(3)已知粒子至少经过磁场偏转2次到达M点,设粒子经过磁场偏转(n+1)次由题意知L=(2n+2)dcos30°+(2n+2)rnsin30°且m =qvnB,解得vn= ( - d)(1≤n -1,n取整数)233322vr2''vrqBm6L342nnvrqBm1Ln333Ld考查点本题考查了洛仑兹力、带电粒子在匀强磁场中的运动等知识,属于较难题。审题技巧审题过程中注意抓住关键词语,如“恰好到达P点”、“入射速度的最小变化量”、“速度大小的可能值”等,由关键词语的含义并结合对称性和周期性建立粒子运动的情景。考点三带电粒子在复合场中的运动8.(2014江苏单科,9,4分)(多选)如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足:UH=k ,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则 ()HIBdA.霍尔元件前表面的电势低于后表面B.若电源的正负极对调,电压表将反偏C.IH与I成正比D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比答案CD由左手定则可判定,图中霍尔元件的后表面积累负电荷,前表面电势较高,故A错。由电路关系可见,当电源的正、负极对调时,通过霍尔元件的电流IH和所在空间的磁场方向同时反向,前表面的电势仍然较高,故B错。由电路可见, = ,则IH= I,故C正确。RL的热功率PL= RL= RL= ,因为B与I成正比,故有:UH=k =k' =k' = PL,可得知UH与PL成正比,故D正确。HLIILRRLLRRR2LI2HLRIR22HLRIRHIBdHIId2H()LLIRRdR2'()LkRRdR考查点本题考查霍尔元件、带电粒子在匀强磁场中的运动、电阻的串联与并联、欧姆定律、电功率等知识和分析综合能力,属于较难题。学习指导物理高考题经常把与物理联系密切的生产、生活中的实际问题作为载体,考查考生应用物理知识分析、解决实际问题的能力。所以,学习过程中要把常见的仪器、仪表的原理理解透彻,熟练掌握,如质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等。9.(2017江苏单科,15,16分)一台质谱仪的工