浙江鸭2019年高考物理二轮复习专题18磁场及带电粒子在有界磁场中运动的综合分析试题含解析.pdf
《浙江鸭2019年高考物理二轮复习专题18磁场及带电粒子在有界磁场中运动的综合分析试题含解析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《浙江鸭2019年高考物理二轮复习专题18磁场及带电粒子在有界磁场中运动的综合分析试题含解析.pdf(46页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、磁场及带电粒子在有界磁场中运动的综合分析磁场及带电粒子在有界磁场中运动的综合分析 磁场的描述 磁场的描述 1磁感应强度 (1)物理意义:描述磁场的强弱和方向。 (2)大小:B(通电导线垂直于磁场)。 F Il (3)方向:小磁针静止时 N 极的指向。 (4)单位:特斯拉(T)。 2磁感线 在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上各点的切线方向跟这点的磁感应强度方向一致。 (1)常见磁体的磁场 (2)电流的磁场 通电直导线通电螺线管环形电流 安培定则 立体图 横截面图 纵截面图 3.对磁通量的进一步理解 定义式:BS 公式BS中的B应是匀强磁场的磁感应强度,S是与磁场方向垂直的面积, 因此可以理解
2、为BS 。 如果平面与磁场方向不垂直, 应把面积S投影到与磁场垂直的方向上, 求出投影面S, 代入到BS 中计算,应避免硬套公式BS sin或BScos。 求解有关磁感应强度问题的关键求解有关磁感应强度问题的关键 (1)磁感应强度由磁场本身决定。 (2)合磁感应强度等于各磁场的磁感应强度的矢量和(满足平行四边形定则)。 (3)牢记判断电流的磁场的方法安培定则,并能熟练应用,建立磁场的立体分布模型(记住 5 种常见 磁场的立体分布图)。 1长为 L 的直导体棒 a 放置在光滑绝缘水平面上,固定的很长直导线 b 与 a 平行放置,导体棒 a 与力传感 器相连,如图所示(俯视图) 。a、b 中通有大
3、小分别为 Ia、Ib的恒定电流,Ia方向如图所示,Ib方向未知。 导体棒 a 静止时,传感器受到 a 给它的方向向左、大小为 F 的拉力。下列说法正确的是 AIb与 Ia的方向相同,Ib在 a处的磁感应强度 B 大小为 BIb与 Ia的方向相同,Ib在 a 处的磁感应强度 B 大小为 CIb与 Ia的方向相反,Ib在 a 处的磁感应强度 B 大小为 DIb与 Ia的方向相反,Ib在 a 处的磁感应强度 B 大小为 【答案】【答案】B 【解析】【解析】因传感器受到 a 给它的方向向左、大小为 F 的拉力,可知电流 ab 之间是相互吸引力,即两导线间 的电流同向;根据,解得 Ib在 a 处的磁感应
4、强度 B 大小为,故选 B。 2中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角 : “以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东, 不全南也”进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布示意如图所示。结合上述材料,下列说法正 确的是 A地理南、北极与地磁场的南、北极完全重合 B地球内部不存在磁场,地磁南极在地理北极附近 C地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 【答案】【答案】D 3下列说法正确的是 A欧姆发现了电荷之间存在相互作用力,并得出真空中点电荷之间作用力的表达式 B法拉第发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系 C安培提出了分子
5、电流假说,很好地解释了磁化和消磁等现象 D奥斯特给出了磁场对运动电荷的作用力的公式 【答案】【答案】C 【解析】【解析】库伦发现了电荷之间存在相互作用力,并得出真空中点电荷之间作用力的表达式,选项 A 错误; 奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系,选项 B 错误;安培提出了分子电流假说, 很好地解释了磁化和消磁等现象,选项 C 正确 ; 洛伦兹给出了磁场对运动电荷的作用力的公式,选项 D 错误 ; 故选 C. 4物理学家通过艰辛的实验和理论研究探究自然规律,为科学事业做出了巨大贡献下列描述中符合物理 学史实的是( ) A奥斯特发现了电流的磁效应并提出了分子电流假说 B法拉第
6、发现了电磁感应现象并总结出了判断感应电流方向的规律 C牛顿发现了万有引力定律但未给出引力常量 G 的数值 D哥白尼大胆反驳地心说,提出了日心说,并发现行星沿椭圆轨道运行的规律 【答案】【答案】C 5如图所示,直角三角形 acd,a=60,三根通电长直导线垂直纸面分别放置在 a、b、c 三点,其中 b 为 ac 的中点。三根导线中的电流大小分别为 I、2I、3I,方向均垂直纸面向里。通电长直导线在其周围空 间某点产生的磁感应强度 B= ,其中 I 表示电流强度,r 表示该点到导线的距离,k 为常数。已知 a 点处导 线在 d 点产生的磁感应强度大小为 B0,则 d 点的磁感应强度大小为 AB0
7、B2B0 CB0 D4B0 【答案】【答案】D 【解析】【解析】设直角三角形的ad边长为r,则ac边长为 2r,根据直导线产生的磁感应强度公式可得a点处导 线在d点产生的磁感应强度大小为,方向由安培定则知水平向左;同理有c在d点产生的磁感应强度 大小为,方向竖直向下;b在d点产生的磁感应强度大小为,方向垂直于bd 斜向左下方;如图所示: 因,可知B1和B0的合磁感应强度沿B2的方向,故d点的总场强为, 方向垂直于bd斜向左下方;故选 D. 6关于磁感应强度,下列说法正确的是 A磁场中某一点的磁感应强度可以这样测定:把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力F与该导线的长 度L、通过的电流I乘积的比
8、值,即 B磁感应强度只是定义式,它的大小取决于场源以及在磁场中的位置,与F、I、L以及通电导线在 磁场中的方向无关 C通电导线在某点不受磁场力的作用,则该点的磁感应强度一定为零 D通电导线所受磁场力的方向就是磁场的方向 【答案】【答案】B 9 如图所示, 两个单匝线圈a、b的半径分别为r和 2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合, 则穿过a、b 两线圈的磁通量之比为( ) A41 B12 C14 D11 【答案】【答案】D 【解析】【解析】在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,有一个面积为 S 且与磁场方向垂直的平面,磁感应强度 B 与面 积 S 的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量,故当 B 与
9、 S 平面垂直时,穿过该面的磁通量 =BS 由于线圈平面与磁场方向垂直,故穿过该面的磁通量为:=BS,半径为 r 的虚线范围内有匀强磁场,所以 磁场的区域面积为:S=r2;结合图可知,穿过两个线圈的磁感线的条数是相等的,所以磁通量都是: =Br2与线圈的大小无关。故 D 正确,ABC 错误。故选 D。 10 如图, 矩形线圈 abcd 的长与宽分别为 2L 和 L, 虚线内有界匀强磁场的磁感应强度为 B, O1、 O2分别为 ad、 bc 的中点,下列判断正确的是( ) A此时穿过线圈 abcd 的磁通量为 2BL2 B线圈绕 ab 边向纸外旋转 60角时,穿过线圈的磁通量为 BL2 C线圈绕
10、 cd 边向纸外旋转 60角时,穿过线圈的磁通量为 BL2 D在线圈绕 bc 边向纸外旋转 60角的过程中,穿过线圈磁通量的变化量为 BL2 【答案】【答案】B 安培力安培力 1安培力的大小 当磁感应强度B的方向与导线方向成角时,FIlBsin。这是一般情况下的安培力的表达式,以下是 两种特殊情况: (1)磁场和电流垂直时:FIlB。 (2)磁场和电流平行时:F0。 2安培力的方向 (1)用左手定则判定:伸开左手,让拇指与其余四指垂直,并与手掌在同一平面内,让磁感线垂直穿过手 心,四指指向电流方向,那么,拇指所指方向即为通电直导线在磁场中的受力方向。 (2)安培力的方向特点:FB,FI,即F垂
11、直于B和I决定的平面。 涉及安培力的力学综合问题,一般采取以下步骤解题: (1)选择适当的视角,将电流方向或磁场方向用“”或“”表示,使立体图转化为平面图; (2)进行受力分析,特别要根据磁场特定分析好安培力; (3)根据平衡条件、牛顿第二定律或功能关系列方程解答。 1如图,当左边线圈通以逆时针电流 I 时,天平恰好平衡,此时天平右边的砝码质量为 m,若改为顺时针 方向的电流且大小不变,则需在天平右边增加m 的砝码,通电线圈受到磁场力大小为: A B (m+m)g Cmg D 【答案】【答案】A 2如图所示,导体棒 MN 垂直于导轨静止在水平面上,整个装置处于匀强磁场中,磁场方向与 MN 垂直
12、并 与导轨平面成 角斜向上方,闭合开关,缓慢转动磁场使 角逐渐增大至 90,其余不变,导体棒始终 静止,忽略电磁感应现象的影响,在此过程中 A导体棒受安培力方向水平向右 B导体棒所受安培力大小不变 C导轨对导体棒支持力不变 D导体棒受到摩擦力大小不变 【答案】【答案】B 【解析】【解析】根据左手定则可知,导体棒受安培力方向垂直于 B 指向右下方,选项 A 错误;根据 F安=BIL 可知, 导体棒所受安培力大小不变,选项 B 正确;对导体棒,水平方向:F安sin=f;竖直方向:N=mg+F安cos, 则当缓慢转动磁场使 角逐渐增大至 90时, 导体棒受到摩擦力变大 ; 导轨对导体棒支持力减小,
13、选项 CD 错 误;故选 B. 3如图甲,用电流天平测量匀强磁场的磁感应强度挂在天平右臂下方的矩形线圈中通入如图乙的电流, 此时天平处于平衡状态现保持边长MN和电流大小、方向不变,将该矩形线圈改为梯形线圈并保持质量不 变,如图丙所示则 A天平仍处于平衡状态 B无法判断天平如何倾斜 C在左侧托盘中适当增加砝码可使天平平衡 D在右侧托盘中适当增加砝码可使天平平衡 【答案】【答案】C 4如图所示,长为L的直导线折成边长相等、夹角为 60的 V 形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场 中, 磁感应强度为B, 当在该导线中通以电流强度为I的电流时, 该 V 形通电导线受到的安培力大小为 ( ) A0.5
14、BIL BBIL C0 D2BIL 【答案】【答案】B 【解析】【解析】 由安培力公式F=BIL进行计算, 注意式中的L应为等效长度.导线在磁场内有效长度为2Lsin30=L, 故该 V 形通电导线受到安培力大小为 F=BI2Lsin30=BIL,选项 B 正确。故选 B。 5如图,长为 3L 的直导线折成边长分别为 acL、cd2L 直角导线,置于与其所在平面相垂直的匀强磁 场中,磁感应强度为 B当在该导线中通以大小为 I、方向如图的电流时,该通电导线受到的安培力大小为 ( ) A3BIL BBIL CBIL DBIL 【答案】【答案】B 6如图所示,由均匀的电阻丝组成的等边三角形导体框,垂
15、直磁场放置,将ab两点接入电源两端,若电 阻丝ab段受到的安培力大小为F,则此时两根电阻丝ac、bc受到的安培力的合力大小为( ) A B C2F D3F 【答案】【答案】A 【解析】【解析】根据左手定则判断出各段受到的安培力的方向,根据闭合电路的欧姆定律计算出各段上的电流大 小,再计算出 ac、bc 受到的安培力的大小。ab受力:;acb受力:有效长度为L,电流为AB 的电流的 ,则其受力为:,故A正确,BCD错误。故选A。 7如图所示,在空间存在与竖直方向成角的匀强电场和匀强磁场,电场强度大小为E,磁感应强度大小 为B,重力加速度为g,若质量为m、电荷量为q的小液滴在此空间做匀速直线运动,
16、则以下说法正确的是 ( ) A小液滴速度大小为,方向垂直纸面向外 B小液滴速度大小为,方向垂直纸面向外 C小液滴速度大小为,方向垂直纸面向里 D小液滴速度大小为,方向垂直纸面向里 【答案】【答案】A 【解析】【解析】粒子做匀速直线运动,则受力平衡,粒子受力情况如图; 由图可知,,解得;粒子带负电,由左手定则可知,速度方向垂直纸面向外,故选 A. 洛伦兹力洛伦兹力 1洛伦兹力1洛伦兹力:磁场对运动电荷的作用力叫做洛伦兹力。 2洛伦兹力的方向2洛伦兹力的方向 (1)判定方法:左手定则 掌心磁感线垂直穿过掌心; 四指指向正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向; 拇指指向洛伦兹力的方向。 3带电粒子在匀
17、强磁场中的运动3带电粒子在匀强磁场中的运动 (1)如何确定“圆心” 由两点和两线确定圆心,画出带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹。确定带电粒子运动轨迹上的两个 特殊点(一般是射入和射出磁场时的两点),过这两点作带电粒子运动方向的垂线(这两垂线即为粒子在 这两点所受洛伦兹力的方向),则两垂线的交点就是圆心,如图(a)所示。 若只已知过其中一个点的粒子运动方向,则除过已知运动方向的该点作垂线外,还要将这两点相连 作弦,再作弦的中垂线,两垂线交点就是圆心,如图(b)所示。 若只已知一个点及运动方向,也知另外某时刻的速度方向,但不确定该速度方向所在的点,如图(c) 所示,此时要将其中一速度的延长线与另一速
18、度的反向延长线相交成一角(PAM),画出该角的角平分线, 它与已知点的速度的垂线交于一点O,该点就是圆心。 (2)如何确定“半径” 方法一:由物理方程求,半径; qB mv r 方法二:由几何方程求,一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)计算来确定。 (3)如何确定“圆心角与时间” 速度的偏向角=圆弧所对应的圆心角(回旋角)=2 倍的弦切角,如图(d)所示。 时间的计算方法。 方法一:由圆心角求, 2 tT 方法二:由弧长求, v R t 质谱仪和回旋加速器质谱仪和回旋加速器 1质谱仪 (1)构造:如图 1 所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。 图 1 (2)原理:粒子由静止被
19、加速电场加速,根据动能定理可得关系式qUmv2。 1 2 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律得关系式qvB。 mv2 r 由两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷。 r _,m, 。 1 B 2mU q qr2B2 2U q m 2U B2r2 2回旋加速器 (1)构造:如图 2 所示,D1、D2是半圆金属盒,D 形盒的缝隙处接交流电源。D 形盒处于匀强磁场中。 图 2 (2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过 D 形盒 缝隙,两盒间的电势一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速。由qvB,得E
20、km,可见粒 mv2 R q2B2R2 2m 子获得的最大动能由磁感应强度和 D 形盒半径决定,与加速电压无关。 1一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束,其运动轨迹如图所示,其中,则下列说法正 确的是( ) A甲束粒子带正电,乙束粒子带负电 B甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷 CP2 极板电势比 P1 极板电势高 D若甲、乙两束粒子的电荷量相等,则甲、乙两束粒子的质量比为 3: 2 【答案】【答案】B 2图示为回旋加速器,其主体部分是处于垂直于盒底的匀强磁场中的两个 D 形金属盒分别与高频交流电源 两极相连接,粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速。已知对原子核加速时,从回旋加速器射出时的
21、动能为 Ek。若对原子核加速,下列说法正确的是(与均从 D 形金属盒中心处由静止开始加速) A其他条件不变,射出加速器时的动能为 Ek B应将电源的频率减小为原来的 ,射出加速器时的动能为 Ek C应将电源的频率减小为原来的 ,射出加速器时的动能为 Ek D应将电源的频率增大为原来的 2 倍,射出加速器时的动能为 Ek 【答案】【答案】B 【解析】【解析】设的电量为 q,质量为 m,则的电量为 2q,质量为 4m, 对,洛伦兹力提供向心力,;加速电场的周期等于在匀强磁场中做圆周 运动的周期,T=。 D. 将电源的频率增大为原来的 2 倍,周期变为原来的一半,不等于在匀强磁场中做圆周运动的周期,
22、无 法加速,故 D 错误。 故选:B 3如图,直角坐标xOy平面内,有一半径为R的圆形匀强磁场区域,磁感应强度的大小为B,方向垂直于 纸面向里,边界与x、y轴分别相切于a、b两点。一质量为m,电荷量为q的带电粒子从b点沿平行于x轴 正方向进入磁场区域,离开磁场后做直线运动,经过x轴时速度方向与x轴正方向的夹角为 60,下列判 断正确的是( ) A粒子带正电 B粒子在磁场中运动的轨道半径为R C粒子运动的速率为 D粒子在磁场中运动的时间为 【答案】【答案】C 带电粒子在匀强磁场中运动时,洛伦兹力充当向心力,从而得出半径公式,周期公式,运动 时间公式,知道粒子在磁场中运动半径和速度有关,运动周期和
23、速度无关,画轨迹,定圆心,找半径, 结合几何知识分析解题 4物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,下左图为它的示意图。它由两个铝制的 D 形盒组成,两个 D 形盒正中间开有一条狭缝。两个 D 形盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。右图为俯视图,在 D 形盒上 半面中心 S 处有一正粒子源,它发出的正粒子,经狭缝电压加速后,进入 D 形盒中。在磁场力的作用下运 动半周,再经狭缝电压加速。如此周而复始,最后到达 D 形盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出。 己知正离子电荷量为 q,质量为 m,加速时电极间电压大小为 U,磁场的磁感应强度大小为 B,D 形盒的半径 为 R。每次加速的时间极短,可
24、忽略不计。正粒子从离子源出发时的初速度为零,不计粒子所受重力。则 ( ) A高频交变电压变化的周期为 B粒子可能获得的最大动能为 C粒子第 1 次与第 n 次在下半盒中运动的轨道半径之比为 D粒子在回旋加速器中的总的时间为 【答案】【答案】C 5如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图,此质谱仪由以下几部分构成:离子源、加速电场、静电分析器、 磁分析器、收集器.静电分析器通道中心线半径为R,通道内有均匀辐射电场,在中心线处的电场强度大小为 E;磁分析器中分布着方向垂直于纸面,磁感应强度为B的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行.由 离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零,重力
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 浙江 2019 年高 物理 二轮 复习 专题 18 磁场 带电 粒子 运动 综合分析 试题 解析
链接地址:https://www.31doc.com/p-4805038.html