高考物理 考前三个月 第1部分 专题7 磁场课件.ppt

专题7磁场 1 2015 新课标全国 14 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同 方向平行 一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子 不计重力 从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后 粒子的 A 轨道半径减小 角速度增大B 轨道半径减小 角速度减小C 轨道半径增大 角速度增大D 轨道半径增大 角速度减小 真题示例 2 2015 江苏单科 4 如图1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 图1 3 2015 海南单科 1 如图2所示 a是竖直平面P上的一点 P前有一条形磁铁垂直于P 且S极朝向a点 P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下 在水平面内向右弯曲经过a点 在电子经过a点的瞬间 条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向 图2 A 向上B 向下C 向左D 向右 解析条形磁铁的磁感线在a点垂直P向外 电子在条形磁铁的磁场中向右运动 由左手定则可得电子所受洛伦兹力的方向向上 A正确 答案A 1 题型特点 1 考查磁场的性质 分布特点和规律以及匀强磁场中的安培力时 一般以选择题的形式出现 2 考查洛伦兹力及带电粒子在匀强磁场中的运动时 题型一般为计算题 考纲解读 2 命题趋势 1 考查导体棒在匀强磁场中的平衡问题 2 考查带电粒子在匀强磁场中的运动问题 内容索引 考题一磁场的性质 考题二带电粒子在匀强磁场中的运动 考题三带电粒子在磁场中的临界问题 考题四带电粒子在相邻多个磁场中的运动 专题综合练 考题一磁场的性质 图3 答案A 2 如图4所示 弹簧测力计下挂有一单匝正方形线框 线框边长为L 质量为M 线框上边水平且处于垂直纸面向里的匀强磁场中 线框通有如图所示方向电流 且线框处于静止状态 若此时弹簧测力计示数大小为F 已知该线框单位长度自由电子个数为n 重力加速度为g 则电子定向移动对应的洛伦兹力大小为 图4 图5 答案A 1 分析通电导体棒受力时的基本思路 知识小结 2 辨析以下说法的正误 1 带电粒子受电场力则空间一定存在电场 2 带电粒子不受电场力则空间一定不存在电场 3 运动电荷受洛伦兹力则空间一定存在磁场 4 运动电荷不受洛伦兹力则空间一定不存在磁场 4 多选 如图6所示 MN PQ是圆O的两条相互垂直的直径 圆内有垂直纸面向里的匀强磁场 荷质比相等的正 负离子分别从M N以等大速率射向O 若正离子从P出射 则 考题二带电粒子在匀强磁场中的运动 图6 A 负离子会从Q出射B 负离子也从P出射C 两离子在磁场中运动时间相等D 两离子在磁场中运动路程不相等 答案BC 图7 A 带电粒子在磁场中运动的半径B 带电粒子的电荷量C 带电粒子在磁场中运动的时间D 带电粒子的质量 6 如图8所示 空间存在一范围足够大 方向垂直于竖直xOy平面向里的匀强磁场 磁感应强度大小为B 让质量为m 电荷量为q q 0 的粒子从坐标原点O沿xOy平面入射 不计粒子重力 重力加速度为g 图8 1 若该粒子沿y轴负方向入射后 恰好能经过x轴上的A a 0 点 求粒子速度的大小 在这段时间内粒子转动的圆心角为 带电粒子在匀强磁场中的 四点 六线 三角 1 如图9所示 规律小结 图9 2 四点 入射点B 出射点C 轨迹圆心A 入射速度直线与出射速度直线的交点O 3 六线 圆弧两端点所在的轨迹半径r 入射速度直线和出射速度直线OB OC 入射点与出射点的连线BC 圆心与两条速度直线交点的连线AO 4 三角 速度偏转角 COD 圆心角 BAC 弦切角 OBC 其中偏转角等于圆心角 也等于弦切角的两倍 7 多选 如图10所示 在xOy平面内的y轴和虚线之间除了圆形区域外的空间存在匀强磁场 磁场方向垂直纸面向外 磁感应强度大小为B 虚线经过Q点 3L 0 且与y轴平行 圆形区域的圆心P的坐标为 2L 0 半径为L 一个质量为m 电荷量为q的带正电的粒子从y轴上某点垂直y轴进入磁场 不计粒子的重力 则 考题三带电粒子在磁场中的临界问题 图10 要使粒子到达圆形磁场的圆心 轨迹圆的切线应过圆心 如图所示 设粒子从C点进入圆形区域 O C与OQ夹角为 轨迹圆对应的半径为r 如图 由几何关系得 2a rsin acos 答案AC 8 多选 如图11所示 半径为R的一圆柱形匀强磁场区域的横截面 磁感应强度大小为B 方向垂直于纸面向外 磁场外有一粒子源 能沿一直线发射速度大小不等的在一范围内的同种带电粒子 带电粒子的质量为m 电荷量为q q 0 不计重力 现粒子以沿正对cO中点且垂直于cO方向射入磁场区域 发现带电粒子恰能从bd之间飞出磁场 则 图11 A 从b点飞出的带电粒子的速度最大B 从d点飞出的带电粒子的速度最小C 从d点飞出的带电粒子的运动时间最长D 从b点飞出的带电粒子的运动时间最短 解析粒子在磁场中 受到洛伦兹力作用做匀速圆周运动 根据题意作出粒子运动轨迹如图所示 9 真空中存在一中空的柱形圆筒 如图12是它的一个截面 a b c为此截面上的三个小孔 三个小孔在圆形截面上均匀分布 圆筒半径为R 在圆筒的外部空间存在着匀强磁场 磁感应强度大小为B 其方向与圆筒的轴线平行 在图中垂直于纸面向内 现在a处向圆筒内发射一个带正电的粒子 其质量为m 带电荷量为q 使粒子在图所在平面内运动 设粒子只受磁场力的作用 若粒子碰到圆筒即会被吸收 则 图12 1 若要粒子发射后在以后的运动中始终不会碰到圆筒 则粒子的初速度的大小和方向有何要求 解析依题意 粒子进入圆筒后从a指向b 从b进入磁场偏转后只能由c进入圆筒 且方向指向a 画出粒子运动的轨迹如图甲 粒子在外部磁场中的偏转角是240 由图中的几何关系得 粒子运动的圆心一定在圆筒上 而且粒子的半径r R 粒子在磁场中运动 洛伦兹力提供向心力 所以 qv1B 联立得 v1 甲 2 如果在圆筒内的区域中还存在垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度大小也为B 则为使粒子以后都不会碰到圆筒 粒子的初速度大小和方向有何要求 解析如果在圆筒内的区域中还存在垂直纸面向外的匀强磁场 磁感应强度大小也为B 由粒子运动的对称性可知 粒子运动的轨迹只能是从a到b 然后在外侧的磁场中到c 在圆筒内再到a 然后在外侧的磁场中到b 在圆筒内再到c 然后在外侧的磁场中到a 如图乙 乙 1 解决本类问题的一般思路 1 首先要明确带电粒子的电性和磁场的方向 2 正确地找出带电粒子运动的临界状态 以题目中的关键词 恰好 最高 最长 至少 等为突破口 3 画出粒子的运动轨迹 确定圆心 半径 由几何关系确定边角关系 规律小结 考题四带电粒子在相邻多个磁场中的运动 图13 解析粒子在运动过程中洛伦兹力不做功 粒子的动能保持不变 A正确 根据几何关系得到 粒子第二次进入x轴上方时沿横轴前进距离为x R 2R 3R 故D正确 答案ACD 运动且经过x轴上的Q点 已知Q点到坐标原点O的距离为L 重力加速度为g 空气阻力忽略不计 求 图14 1 当带电小球a刚离开O点时 从y轴正半轴的P点以某一初速度水平向右平抛一个不带电的绝缘小球b b球刚好运动到x轴上Q点与a球相碰 则OP之间的距离h是多少 解析小球a在第四象限内做匀速圆周运动 则 mg qE 2 带电小球a与绝缘细杆间的动摩擦因数 解析小球a在第四象限内做匀速圆周运动 则 小球a在细杆上做匀速运动 由平衡条件得 mgsin qvB1 mgcos 1 多选 2015 新课标全国 18 指南针是我国古代四大发明之一 关于指南针 下列说法正确的是 A 指南针可以仅具有一个磁极B 指南针能够指向南北 说明地球具有磁场C 指南针的指向会受到附近铁块的干扰D 在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线 导线通电时指南针不偏转 专题综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析指南针是一个小磁体 具有N S两个磁极 因为地磁场的作用 指南针的N极指向地理的北极 选项A错误 选项B正确 因为指南针本身是一个小磁体 所以会对附近的铁块产生力的作用 同时指南针也会受到反作用力 所以会受铁块干扰 选项C正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 在地磁场中 指南针南北指向 当直导线在指南针正上方平行于指南针南北放置时 通电导线产生的磁场在指南针处是东西方向 所以会使指南针偏转 正确选项为B C 答案BC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 无限长通电直导线在周围某一点产生的磁场的磁感应强度B的大小与电流成正比 与导线到这一点的距离成反比 如图15所示 两根相距L的无限长直导线分别通有电流I和3I 在两导线的连线上有a b c三点 a点为两根直导线连线的中点 b c两点距导线的距离均为L 下列说法正确的是 图15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A a点和b点的磁感应强度方向相反B a点和b点的磁感应强度大小之比为8 1C c点和b点的磁感应强度方向相同D c点和b点的磁感应强度大小之比为5 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3I导线在c处的磁感应强度方向向上 而I导线在c处的磁感应强度方向向下 因3I产生磁场较大 则合磁感应强度方向向上 电流I和3I在b点的磁感应强度方向下 故C错误 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 多选 如图16所示 在半径为R的圆心区域内 圆心为O 有匀强磁场 磁感应强度为B 方向垂直于圆平面 未画出 一群具有相同比荷的负离子以相同的速率由P点在纸平面内向不同方向射入磁场中 发生偏转后又飞出磁场 若离子在磁场中运动的轨道半径大于R 则下列说法中正确的是 不计离子的重力 图16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 从Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长B 沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大C 所有离子飞出磁场时的动能一定相等D 在磁场中运动时间最长的离子不可能经过圆心O点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析由圆的性质可知 轨迹圆与磁场圆相交 当轨迹圆的弦长最大时偏转角最大 故应该使弦长为PQ 故此时离子一定不会沿PQ射入 由Q点飞出的圆心角最大 故所对应的时间最长 轨迹不可能经过圆心O点 故A D正确 B错误 因洛伦兹力永不做功 故离子在磁场中运动时速率保持不变 但由于不知离子的质量 故飞出时的动能不一定相同 故C错误 答案AD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 多选 如图17所示 在一半径为r的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场 磁感应强度为B ab为一直径 在磁场的边界上b点处放置一个粒子源 可以向磁场内的各个方向发射质量均为m和电荷量均为q q 0 的粒子 粒子进入磁场的速度大小均相同 发现圆形磁场边界上有六分之一的区域有粒子射出 则下列说法正确的是 图17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒子在磁场中做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案BC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 如图18所示 空间存在垂直纸面向里的匀强磁场 从P点平行直线MN射出的a b两个带电粒子 它们从P点射出开始计时到第一次到达直线MN所用的时间相同 到达MN时速度方向与MN的夹角分别为60 和90 不计粒子重力以及粒子间的相互作用力 则两粒子速度大小之比va vb为 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析两粒子做圆周运动的轨迹如图 设P点到MN的距离为L 由图知b的半径为 Rb L 对于a粒子的半径 L Racos60 Ra得 Ra 2L即两粒子的速度之比为Ra Rb 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 多选 如图19所示 等腰直角三角形ABC中存在匀强磁场 比荷相同的两个粒子沿AB方向射入磁场 分别从AC边上的D AC的中点 C两孔射出 则 图19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 从C D两孔射出的粒子的运动半径大小之比为RC RD 2 1B 从C D两孔射出的粒子的出射速度大小之比为vC vD 1 1C 从C D两孔射出的粒子在磁场中的运动周期之比为TC TD 2 1D 从C D两孔射出的粒子在磁场中的运动时间之比为tC tD 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析粒子进入磁场中做匀速圆周运动 其运动轨迹如图 由几何知识可得粒子的运动半径大小之比为RC RD 2 1 故A正确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案AD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析设磁场所在圆的半径为r 则磁感应强度为B1时 从P点射入的粒子与磁场边界的最远交点为M 最远的点是轨迹上直径与磁场边界圆的交点 即打到圆弧上的粒子在PM之间 则 POM 120 如图所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 多选 如图21所示 正方形abcd区域内分布着垂直纸面向里的匀强磁场 O点是cd边的中点 一个带正电的粒子仅在磁场力的作用下 从O点沿纸面以垂直于cd边的速度射入磁场 经过时间t0刚好从c点射出磁场 现让该粒子从O点沿纸面以与Od成30 角的方向 分别以大小不同的速率射入磁场 则关于该粒子在磁场中运动的时间t和离开正方形区域位置 分析正确的是 图21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析由题 带电粒子以垂直于cd边的速度射入正方形区域内 经过时间t0刚好从c点射出磁场 则知带电粒子的运动周期为T 2t0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案AB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 如图22所示 为一磁约束装置的原理图 圆心为原点O 半径为R0的圆形区域 内有方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场 一束质量m 电荷量为q 动能为E0的带正电粒子从坐标为 0 R0 的A点沿y轴负方向射入磁场区域 粒子全部经过x轴上的P点 方向沿x轴正方向 当在环形区域 加上方向垂直于xOy平面的匀强磁场时 上述粒子仍从A点沿y轴负方向射入区域 粒子经过区域 后从Q点第2次射入区域 已知OQ与x轴正方向的夹角为60 不计重力和粒子间的相互作用 求 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 区域 中磁感应强度B1的大小 解析设在区域 内轨迹圆半径为r1 R0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 若要使所有的粒子均约束在区域内 则环形区域 中B2的大小 方向及该环形半径R至少为多大 解析设粒子在区域 中的轨迹圆半径为r2 部分轨迹如图 由几何关系知 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 方向与B1相反 即垂直xOy平面向外由几何关系得R 2r2 r2 3r2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 粒子从A点沿y轴负方向射入后至再次以相同的速度经过A点时的运动周期 解析轨迹从A点到Q点对应圆心角 90 60 150 要仍从A点沿y轴负方向射入 需满足 150n 360m m n属于自然数 即取最小整数m 5 n 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 图23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 粒子射入的速度v大小满足什么条件时可使粒子只在 区内运动而不会进入 区 解析粒子在 区内做匀速圆周运动 粒子只在 区内运动而不会进入 区 则r1 d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 粒子射入的速度v大小满足什么条件时可使粒子击中bb 上的感光板 并求感光板可能被粒子击中的范围 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒子恰好能运动到感光板的运动情况如图所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒子经过感光板上的F点的横坐标xF r1 r2 r1 sin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10