高考物理 考前三個月 第1部分 專題7 磁場課件.ppt

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專題7磁場 1 2015 新課標(biāo)全國 14 兩相鄰勻強磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強度大小不同 方向平行 一速度方向與磁感應(yīng)強度方向垂直的帶電粒子 不計重力 從較強磁場區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場區(qū)域后 粒子的 A 軌道半徑減小 角速度增大B 軌道半徑減小 角速度減小C 軌道半徑增大 角速度增大D 軌道半徑增大 角速度減小 真題示例 2 2015 江蘇單科 4 如圖1所示 用天平測量勻強磁場的磁感應(yīng)強度 下列各選項所示的載流線圈匝數(shù)相同 邊長MN相等 將它們分別掛在天平的右臂下方 線圈中通有大小相同的電流 天平處于平衡狀態(tài) 若磁場發(fā)生微小變化 天平最容易失去平衡的是 圖1 3 2015 海南單科 1 如圖2所示 a是豎直平面P上的一點 P前有一條形磁鐵垂直于P 且S極朝向a點 P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下 在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點 在電子經(jīng)過a點的瞬間 條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向 圖2 A 向上B 向下C 向左D 向右 解析條形磁鐵的磁感線在a點垂直P向外 電子在條形磁鐵的磁場中向右運動 由左手定則可得電子所受洛倫茲力的方向向上 A正確 答案A 1 題型特點 1 考查磁場的性質(zhì) 分布特點和規(guī)律以及勻強磁場中的安培力時 一般以選擇題的形式出現(xiàn) 2 考查洛倫茲力及帶電粒子在勻強磁場中的運動時 題型一般為計算題 考綱解讀 2 命題趨勢 1 考查導(dǎo)體棒在勻強磁場中的平衡問題 2 考查帶電粒子在勻強磁場中的運動問題 內(nèi)容索引 考題一磁場的性質(zhì) 考題二帶電粒子在勻強磁場中的運動 考題三帶電粒子在磁場中的臨界問題 考題四帶電粒子在相鄰多個磁場中的運動 專題綜合練 考題一磁場的性質(zhì) 圖3 答案A 2 如圖4所示 彈簧測力計下掛有一單匝正方形線框 線框邊長為L 質(zhì)量為M 線框上邊水平且處于垂直紙面向里的勻強磁場中 線框通有如圖所示方向電流 且線框處于靜止?fàn)顟B(tài) 若此時彈簧測力計示數(shù)大小為F 已知該線框單位長度自由電子個數(shù)為n 重力加速度為g 則電子定向移動對應(yīng)的洛倫茲力大小為 圖4 圖5 答案A 1 分析通電導(dǎo)體棒受力時的基本思路 知識小結(jié) 2 辨析以下說法的正誤 1 帶電粒子受電場力則空間一定存在電場 2 帶電粒子不受電場力則空間一定不存在電場 3 運動電荷受洛倫茲力則空間一定存在磁場 4 運動電荷不受洛倫茲力則空間一定不存在磁場 4 多選 如圖6所示 MN PQ是圓O的兩條相互垂直的直徑 圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場 荷質(zhì)比相等的正 負(fù)離子分別從M N以等大速率射向O 若正離子從P出射 則 考題二帶電粒子在勻強磁場中的運動 圖6 A 負(fù)離子會從Q出射B 負(fù)離子也從P出射C 兩離子在磁場中運動時間相等D 兩離子在磁場中運動路程不相等 答案BC 圖7 A 帶電粒子在磁場中運動的半徑B 帶電粒子的電荷量C 帶電粒子在磁場中運動的時間D 帶電粒子的質(zhì)量 6 如圖8所示 空間存在一范圍足夠大 方向垂直于豎直xOy平面向里的勻強磁場 磁感應(yīng)強度大小為B 讓質(zhì)量為m 電荷量為q q 0 的粒子從坐標(biāo)原點O沿xOy平面入射 不計粒子重力 重力加速度為g 圖8 1 若該粒子沿y軸負(fù)方向入射后 恰好能經(jīng)過x軸上的A a 0 點 求粒子速度的大小 在這段時間內(nèi)粒子轉(zhuǎn)動的圓心角為 帶電粒子在勻強磁場中的 四點 六線 三角 1 如圖9所示 規(guī)律小結(jié) 圖9 2 四點 入射點B 出射點C 軌跡圓心A 入射速度直線與出射速度直線的交點O 3 六線 圓弧兩端點所在的軌跡半徑r 入射速度直線和出射速度直線OB OC 入射點與出射點的連線BC 圓心與兩條速度直線交點的連線AO 4 三角 速度偏轉(zhuǎn)角 COD 圓心角 BAC 弦切角 OBC 其中偏轉(zhuǎn)角等于圓心角 也等于弦切角的兩倍 7 多選 如圖10所示 在xOy平面內(nèi)的y軸和虛線之間除了圓形區(qū)域外的空間存在勻強磁場 磁場方向垂直紙面向外 磁感應(yīng)強度大小為B 虛線經(jīng)過Q點 3L 0 且與y軸平行 圓形區(qū)域的圓心P的坐標(biāo)為 2L 0 半徑為L 一個質(zhì)量為m 電荷量為q的帶正電的粒子從y軸上某點垂直y軸進(jìn)入磁場 不計粒子的重力 則 考題三帶電粒子在磁場中的臨界問題 圖10 要使粒子到達(dá)圓形磁場的圓心 軌跡圓的切線應(yīng)過圓心 如圖所示 設(shè)粒子從C點進(jìn)入圓形區(qū)域 O C與OQ夾角為 軌跡圓對應(yīng)的半徑為r 如圖 由幾何關(guān)系得 2a rsin acos 答案AC 8 多選 如圖11所示 半徑為R的一圓柱形勻強磁場區(qū)域的橫截面 磁感應(yīng)強度大小為B 方向垂直于紙面向外 磁場外有一粒子源 能沿一直線發(fā)射速度大小不等的在一范圍內(nèi)的同種帶電粒子 帶電粒子的質(zhì)量為m 電荷量為q q 0 不計重力 現(xiàn)粒子以沿正對cO中點且垂直于cO方向射入磁場區(qū)域 發(fā)現(xiàn)帶電粒子恰能從bd之間飛出磁場 則 圖11 A 從b點飛出的帶電粒子的速度最大B 從d點飛出的帶電粒子的速度最小C 從d點飛出的帶電粒子的運動時間最長D 從b點飛出的帶電粒子的運動時間最短 解析粒子在磁場中 受到洛倫茲力作用做勻速圓周運動 根據(jù)題意作出粒子運動軌跡如圖所示 9 真空中存在一中空的柱形圓筒 如圖12是它的一個截面 a b c為此截面上的三個小孔 三個小孔在圓形截面上均勻分布 圓筒半徑為R 在圓筒的外部空間存在著勻強磁場 磁感應(yīng)強度大小為B 其方向與圓筒的軸線平行 在圖中垂直于紙面向內(nèi) 現(xiàn)在a處向圓筒內(nèi)發(fā)射一個帶正電的粒子 其質(zhì)量為m 帶電荷量為q 使粒子在圖所在平面內(nèi)運動 設(shè)粒子只受磁場力的作用 若粒子碰到圓筒即會被吸收 則 圖12 1 若要粒子發(fā)射后在以后的運動中始終不會碰到圓筒 則粒子的初速度的大小和方向有何要求 解析依題意 粒子進(jìn)入圓筒后從a指向b 從b進(jìn)入磁場偏轉(zhuǎn)后只能由c進(jìn)入圓筒 且方向指向a 畫出粒子運動的軌跡如圖甲 粒子在外部磁場中的偏轉(zhuǎn)角是240 由圖中的幾何關(guān)系得 粒子運動的圓心一定在圓筒上 而且粒子的半徑r R 粒子在磁場中運動 洛倫茲力提供向心力 所以 qv1B 聯(lián)立得 v1 甲 2 如果在圓筒內(nèi)的區(qū)域中還存在垂直紙面向外的勻強磁場 磁感應(yīng)強度大小也為B 則為使粒子以后都不會碰到圓筒 粒子的初速度大小和方向有何要求 解析如果在圓筒內(nèi)的區(qū)域中還存在垂直紙面向外的勻強磁場 磁感應(yīng)強度大小也為B 由粒子運動的對稱性可知 粒子運動的軌跡只能是從a到b 然后在外側(cè)的磁場中到c 在圓筒內(nèi)再到a 然后在外側(cè)的磁場中到b 在圓筒內(nèi)再到c 然后在外側(cè)的磁場中到a 如圖乙 乙 1 解決本類問題的一般思路 1 首先要明確帶電粒子的電性和磁場的方向 2 正確地找出帶電粒子運動的臨界狀態(tài) 以題目中的關(guān)鍵詞 恰好 最高 最長 至少 等為突破口 3 畫出粒子的運動軌跡 確定圓心 半徑 由幾何關(guān)系確定邊角關(guān)系 規(guī)律小結(jié) 考題四帶電粒子在相鄰多個磁場中的運動 圖13 解析粒子在運動過程中洛倫茲力不做功 粒子的動能保持不變 A正確 根據(jù)幾何關(guān)系得到 粒子第二次進(jìn)入x軸上方時沿橫軸前進(jìn)距離為x R 2R 3R 故D正確 答案ACD 運動且經(jīng)過x軸上的Q點 已知Q點到坐標(biāo)原點O的距離為L 重力加速度為g 空氣阻力忽略不計 求 圖14 1 當(dāng)帶電小球a剛離開O點時 從y軸正半軸的P點以某一初速度水平向右平拋一個不帶電的絕緣小球b b球剛好運動到x軸上Q點與a球相碰 則OP之間的距離h是多少 解析小球a在第四象限內(nèi)做勻速圓周運動 則 mg qE 2 帶電小球a與絕緣細(xì)桿間的動摩擦因數(shù) 解析小球a在第四象限內(nèi)做勻速圓周運動 則 小球a在細(xì)桿上做勻速運動 由平衡條件得 mgsin qvB1 mgcos 1 多選 2015 新課標(biāo)全國 18 指南針是我國古代四大發(fā)明之一 關(guān)于指南針 下列說法正確的是 A 指南針可以僅具有一個磁極B 指南針能夠指向南北 說明地球具有磁場C 指南針的指向會受到附近鐵塊的干擾D 在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導(dǎo)線 導(dǎo)線通電時指南針不偏轉(zhuǎn) 專題綜合練 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析指南針是一個小磁體 具有N S兩個磁極 因為地磁場的作用 指南針的N極指向地理的北極 選項A錯誤 選項B正確 因為指南針本身是一個小磁體 所以會對附近的鐵塊產(chǎn)生力的作用 同時指南針也會受到反作用力 所以會受鐵塊干擾 選項C正確 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 在地磁場中 指南針南北指向 當(dāng)直導(dǎo)線在指南針正上方平行于指南針南北放置時 通電導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場在指南針處是東西方向 所以會使指南針偏轉(zhuǎn) 正確選項為B C 答案BC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 無限長通電直導(dǎo)線在周圍某一點產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度B的大小與電流成正比 與導(dǎo)線到這一點的距離成反比 如圖15所示 兩根相距L的無限長直導(dǎo)線分別通有電流I和3I 在兩導(dǎo)線的連線上有a b c三點 a點為兩根直導(dǎo)線連線的中點 b c兩點距導(dǎo)線的距離均為L 下列說法正確的是 圖15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A a點和b點的磁感應(yīng)強度方向相反B a點和b點的磁感應(yīng)強度大小之比為8 1C c點和b點的磁感應(yīng)強度方向相同D c點和b點的磁感應(yīng)強度大小之比為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導(dǎo)線在c處的磁感應(yīng)強度方向向上 而I導(dǎo)線在c處的磁感應(yīng)強度方向向下 因3I產(chǎn)生磁場較大 則合磁感應(yīng)強度方向向上 電流I和3I在b點的磁感應(yīng)強度方向下 故C錯誤 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 多選 如圖16所示 在半徑為R的圓心區(qū)域內(nèi) 圓心為O 有勻強磁場 磁感應(yīng)強度為B 方向垂直于圓平面 未畫出 一群具有相同比荷的負(fù)離子以相同的速率由P點在紙平面內(nèi)向不同方向射入磁場中 發(fā)生偏轉(zhuǎn)后又飛出磁場 若離子在磁場中運動的軌道半徑大于R 則下列說法中正確的是 不計離子的重力 圖16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 從Q點飛出的離子在磁場中運動的時間最長B 沿PQ方向射入的離子飛出時偏轉(zhuǎn)角最大C 所有離子飛出磁場時的動能一定相等D 在磁場中運動時間最長的離子不可能經(jīng)過圓心O點 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析由圓的性質(zhì)可知 軌跡圓與磁場圓相交 當(dāng)軌跡圓的弦長最大時偏轉(zhuǎn)角最大 故應(yīng)該使弦長為PQ 故此時離子一定不會沿PQ射入 由Q點飛出的圓心角最大 故所對應(yīng)的時間最長 軌跡不可能經(jīng)過圓心O點 故A D正確 B錯誤 因洛倫茲力永不做功 故離子在磁場中運動時速率保持不變 但由于不知離子的質(zhì)量 故飛出時的動能不一定相同 故C錯誤 答案AD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 多選 如圖17所示 在一半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場 磁感應(yīng)強度為B ab為一直徑 在磁場的邊界上b點處放置一個粒子源 可以向磁場內(nèi)的各個方向發(fā)射質(zhì)量均為m和電荷量均為q q 0 的粒子 粒子進(jìn)入磁場的速度大小均相同 發(fā)現(xiàn)圓形磁場邊界上有六分之一的區(qū)域有粒子射出 則下列說法正確的是 圖17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒子在磁場中做勻速圓周運動 洛倫茲力提供向心力 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案BC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 如圖18所示 空間存在垂直紙面向里的勻強磁場 從P點平行直線MN射出的a b兩個帶電粒子 它們從P點射出開始計時到第一次到達(dá)直線MN所用的時間相同 到達(dá)MN時速度方向與MN的夾角分別為60 和90 不計粒子重力以及粒子間的相互作用力 則兩粒子速度大小之比va vb為 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析兩粒子做圓周運動的軌跡如圖 設(shè)P點到MN的距離為L 由圖知b的半徑為 Rb L 對于a粒子的半徑 L Racos60 Ra得 Ra 2L即兩粒子的速度之比為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 多選 如圖19所示 等腰直角三角形ABC中存在勻強磁場 比荷相同的兩個粒子沿AB方向射入磁場 分別從AC邊上的D AC的中點 C兩孔射出 則 圖19 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 從C D兩孔射出的粒子的運動半徑大小之比為RC RD 2 1B 從C D兩孔射出的粒子的出射速度大小之比為vC vD 1 1C 從C D兩孔射出的粒子在磁場中的運動周期之比為TC TD 2 1D 從C D兩孔射出的粒子在磁場中的運動時間之比為tC tD 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析粒子進(jìn)入磁場中做勻速圓周運動 其運動軌跡如圖 由幾何知識可得粒子的運動半徑大小之比為RC RD 2 1 故A正確 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 圖20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析設(shè)磁場所在圓的半徑為r 則磁感應(yīng)強度為B1時 從P點射入的粒子與磁場邊界的最遠(yuǎn)交點為M 最遠(yuǎn)的點是軌跡上直徑與磁場邊界圓的交點 即打到圓弧上的粒子在PM之間 則 POM 120 如圖所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 多選 如圖21所示 正方形abcd區(qū)域內(nèi)分布著垂直紙面向里的勻強磁場 O點是cd邊的中點 一個帶正電的粒子僅在磁場力的作用下 從O點沿紙面以垂直于cd邊的速度射入磁場 經(jīng)過時間t0剛好從c點射出磁場 現(xiàn)讓該粒子從O點沿紙面以與Od成30 角的方向 分別以大小不同的速率射入磁場 則關(guān)于該粒子在磁場中運動的時間t和離開正方形區(qū)域位置 分析正確的是 圖21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析由題 帶電粒子以垂直于cd邊的速度射入正方形區(qū)域內(nèi) 經(jīng)過時間t0剛好從c點射出磁場 則知帶電粒子的運動周期為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 如圖22所示 為一磁約束裝置的原理圖 圓心為原點O 半徑為R0的圓形區(qū)域 內(nèi)有方向垂直于xOy平面向里的勻強磁場 一束質(zhì)量m 電荷量為q 動能為E0的帶正電粒子從坐標(biāo)為 0 R0 的A點沿y軸負(fù)方向射入磁場區(qū)域 粒子全部經(jīng)過x軸上的P點 方向沿x軸正方向 當(dāng)在環(huán)形區(qū)域 加上方向垂直于xOy平面的勻強磁場時 上述粒子仍從A點沿y軸負(fù)方向射入?yún)^(qū)域 粒子經(jīng)過區(qū)域 后從Q點第2次射入?yún)^(qū)域 已知OQ與x軸正方向的夾角為60 不計重力和粒子間的相互作用 求 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 圖22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 區(qū)域 中磁感應(yīng)強度B1的大小 解析設(shè)在區(qū)域 內(nèi)軌跡圓半徑為r1 R0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 若要使所有的粒子均約束在區(qū)域內(nèi) 則環(huán)形區(qū)域 中B2的大小 方向及該環(huán)形半徑R至少為多大 解析設(shè)粒子在區(qū)域 中的軌跡圓半徑為r2 部分軌跡如圖 由幾何關(guān)系知 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 方向與B1相反 即垂直xOy平面向外由幾何關(guān)系得R 2r2 r2 3r2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 粒子從A點沿y軸負(fù)方向射入后至再次以相同的速度經(jīng)過A點時的運動周期 解析軌跡從A點到Q點對應(yīng)圓心角 90 60 150 要仍從A點沿y軸負(fù)方向射入 需滿足 150n 360m m n屬于自然數(shù) 即取最小整數(shù)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 圖23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 粒子射入的速度v大小滿足什么條件時可使粒子只在 區(qū)內(nèi)運動而不會進(jìn)入 區(qū) 解析粒子在 區(qū)內(nèi)做勻速圓周運動 粒子只在 區(qū)內(nèi)運動而不會進(jìn)入 區(qū) 則r1 d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 粒子射入的速度v大小滿足什么條件時可使粒子擊中bb 上的感光板 并求感光板可能被粒子擊中的范圍 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒子恰好能運動到感光板的運動情況如圖所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 粒子經(jīng)過感光板上的F點的橫坐標(biāo)xF r1 r2 r1 sin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10