2012版高考物理 3-2-1精品系列 专题10 磁场.doc
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1、专题10 磁场(教师版)磁场一般会以选项题和计算题两种形式出现,若是选项题一般考查对磁感应强度、磁感线、安培力和洛仑兹力这些概念的理解,以及安培定则和左手定则的运用;若是计算题主要考查安培力大小的计算,以及带电粒子在磁场中受到洛伦兹力和带电粒子在磁场中的圆周运动的分析判断和计算,尤其是带电粒子在电场、磁场中的运动问题对学生的空间想象能力、分析综合能力、应用数学知识处理物理问题的能力有较高的要求,仍是本考点的重点内容,有可能成为试卷的压轴题。由于本考点知识与现代科技密切相关,在近代物理实验中有重大意义,因此考题还可能以科学技术的具体问题为背景,考查学生运用知识解决实际问题的能力和建模能力。预测2
2、013年的高考基础试题仍是重点考查法拉第电磁感应定律及楞次定律和电路等效问题综合试题还是涉及到力和运动、动量守恒、能量守恒、电路分析、安培力等力学和电学知识主要的类型有滑轨类问题、线圈穿越有界磁场的问题、电磁感应图象的问题等此除日光灯原理、磁悬浮原理、电磁阻尼、超导技术这些在实际中有广泛的应用问题也要引起重视。【2012高考试题解析】(2012重庆)如图所示,正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场在外力作用下,一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动,t0时刻,其四个顶点M、N、P、Q恰好在磁场边界中点下列图象中能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是()A B C D【考点定位
3、】磁场(2012广东)15.质量和电量都相等的带电粒子M和N,以不同的速度率经小孔S垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图2种虚线所示,下列表述正确的是 ( )AM带负电,N带正电 B.M的速度率小于N的速率C.洛伦磁力对M、N做正功 D.M的运行时间大于N的运行时间【答案】A【解析】由左手定则可知M带负电,N带正电,故A选项正确。由得,由题知二个带电粒子的质量和电量都相等,又进入到同一个匀强磁场中,由图及A选项的判断可知,故,所以B选项错误。由于洛仑兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直,故洛仑兹力永远不会对M、N做功,则C选项错误。由及题给条件可知,这二个带电粒子在磁场中运动的周期相等,又由
4、图可见二个粒子在磁场中的偏转角相等,均偏转了半个周期,故在磁场中运动的时间相等,所以D选项错误。【考点定位】磁场(2012山东)20如图所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为,上端接有定值电阻,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B。将质量为m的导体棒由静止释放,当速度达到时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率为P,导体棒最终以的速度匀速运动。导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g,下列选项正确的是 ( )A B C当导体棒速度达到时加速度为D在速度达到以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功
5、(2012安徽)19. 如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度从点沿直径方向射入磁场,经过时间从点射出磁场,与成60角。现将带电粒子的速度变为/3,仍从点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为 ( )A. B.2 C. D.3 【答案】B【解析】 第一次偏转的偏向角为600,所以圆心角也是600,周期,与速度无关;OA长为R1,O2A长为R2,,,则,所以第二次在磁场中偏转的圆心角为1200,所以 偏转时间是第一次的2倍。【考点定位】磁场(2012大纲版全国卷)18.如图,两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与直面垂直,导线中通有大小相等
6、、方向相反的电流。a、o、b在M、N的连线上,o为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a、b、c、d到o点的距离均相等。关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是A.o点处的磁感应强度为零B.a、b两点处的磁感应强度大小相等,方向相反C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同D.a、c两点处磁感应强度的方向不同(2012大纲版全国卷)17.质量分别为m1和m2、电荷量分别为q1和q2的两粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,已知两粒子的动量大小相等。下列说法正确的是A.若q1=q2,则它们做圆周运动的半径一定相等B.若m1=m2,则它们做圆周运动的周期一定相等C. 若q1q2,则它们做圆周运
7、动的半径一定不相等D. 若m1m2,则它们做圆周运动的周期一定不相等【答案】:A【解析】:带电粒子在匀强磁场中运动,洛伦兹力提供向心力,其轨道半径r=,周期T=。若q1=q2,则它们做圆周运动的半径一定相等,选项A正确;若q1q2,则它们做圆周运动的半径可能相等,选项C错误;若m1=m2,则它们做圆周运动的周期不一定相等,选项B错误;若m1m2,则它们做圆周运动的周期可能相等,选项D错误。【考点定位】此题考查带电粒子在匀强磁场中运动。(2012物理)如图,在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向里。一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力,下列四
8、个物理量中哪一个改变时,粒子运动轨迹不会改变?A粒子速度的大小B粒子所带电荷量C电场强度D磁感应强度(2012江苏)9. 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v0 (B) 若粒子落在A 点的右侧,其速度一定大于v0 (C) 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 -qBd/2m(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 +qBd/2m(2012天津)2 如图所示,金属棒M
9、N两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为。如果仅改变下列某一个条件,角的相应变化情况是A棒中的电流变大,角变大B两悬线等长变短,角变小C金属棒质量变大,角变大D磁感应强度变大,角变小(2012四川)20半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R0。圆环水平固定放置,整个内部区域分布着向下的匀强磁场,磁感应强度为B。杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O开始,杆的位置由确定,如图所示。则A = 0时,杆产生的电动势为2BavB = 时,杆产生的电
10、动势为BavC = 0时,杆受的安培力大小为D = 时,杆受的安培力大小为 (2012全国新课标卷)20.如图,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行。已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。设电流i正方向与图中箭头方向相同,则i随时间t变化的图线可能是(2012江苏)13. (15 分)某兴趣小组设计了一种发电装置,如图所示. 在磁极和圆柱状铁芯之间形成的两磁场区域的圆心角琢均为49仔,磁场均沿半径方向. 匝数为N 的矩形线圈abcd 的边
11、长ab =cd =、bc =ad =2. 线圈以角速度棕绕中心轴匀速转动,bc和ad 边同时进入磁场. 在磁场中,两条边所经过处的磁感应强度大小均为B、方向始终与两边的运动方向垂直. 线圈的总电阻为r,外接电阻为R. 求:(1)线圈切割磁感线时,感应电动势的大小Em;(2)线圈切割磁感线时,bc 边所受安培力的大小F;(3)外接电阻上电流的有效值I.【解析】13. (1)bc、ad 边的运动速度 感应电动势 解得 (2)电流 安培力 解得 16. (2012海南)图(a)所示的xOy平面处于匀强磁场中,磁场方向与xOy平面(纸面)垂直,磁感应强度B随时间t变化的周期为T,变化图线如图(b)所示
12、。当B为+B0时,磁感应强度方向指向纸外。在坐标原点O有一带正电的粒子P,其电荷量与质量之比恰好等于。不计重力。设P在某时刻t0以某一初速度沿y轴正方向自O点开始运动,将它经过时间T到达的点记为A。(1)若t0=0,则直线OA与x轴的夹角是多少?(2)若t0=T/4,则直线OA与x轴的夹角是多少?(3)为了使直线OA与x轴的夹角为/4,在0 t00)速度大小1m2qv22m-2q2v33m-3q3v42m2q3v52m-qv由以上信息可知,从图中a、b、c处进入的粒子对应表中的编号分别为A3、5、 4 B4、2、5C5、3、2 D2、4、55.(江苏卷)9.如图所示,在匀强磁场中附加另一匀强磁
13、场,附加磁场位于图中阴影区域,附加磁场区域的对称轴与垂直.a、b、c三个质子先后从点沿垂直于磁场的方向摄入磁场,它们的速度大小相等,b的速度方向与垂直,a、c的速度方向与b的速度方向间的夹角分别为,且.三个质子经过附加磁场区域后能到达同一点,则下列说法中正确的有A三个质子从运动到的时间相等B三个质子在附加磁场以外区域运动时,运动轨迹的圆心均在轴上C若撤去附加磁场,a到达连线上的位置距点最近D附加磁场方向与原磁场方向相同6.(福建卷)21.(19)如图所示,两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为的绝缘斜面上,导轨上端连接一个定值电阻。导体棒a和b放在导轨上,与导轨垂直并良好接触。斜面上水平虚线PQ以
14、下区域内,存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a棒施以平行导轨斜向上的拉力,使它沿导轨匀速向上运动,此时放在导轨下端的b棒恰好静止。当a棒运动到磁场的上边界PQ处时,撤去拉力,a棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向选滑动,此时b棒已滑离导轨。当a棒再次滑回到磁场边界PQ处时,又恰能沿导轨匀速向下运动。已知a棒、b棒和定值电阻的阻值均为R,b棒的质量为m,重力加速度为g,导轨电阻不计。求a棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中,a棒中的电流强度I,与定值电阻R中的电流强度IR之比;a棒质量ma;a棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F。7.(广东卷)如图16(a)所示,左为某同学设想的粒子速度选择
15、装置,由水平转轴及两个薄盘N1、N2构成,两盘面平行且与转轴垂直,相距为L,盘上各开一狭缝,两狭缝夹角 可调(如图16(b);右为水平放置的长为d的感光板,板的正上方有一匀强磁场,方向垂直纸面向外,磁感应强度为B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1,能通过N2的粒子经O点垂直进入磁场。 O到感光板的距离为 ,粒子电荷量为q,质量为m,不计重力。若两狭缝平行且盘静止(如图16(c),某一粒子进入磁场后,数值向下打在感光板中心点M上,求该粒子在磁场中运动的时间t;若两狭缝夹角为 ,盘匀速转动,转动方向如图16(b).要使穿过N1、N2的粒子均打到感光板P1、P2连线上,试分析盘转动角速
16、度 的取值范围(设通过N1的所有粒子在盘转一圈的时间内都能到达N2)。解: 8.(山东卷)25(18分)如图所示,以两虚线为边界,中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场,宽度为,两侧为相同的匀强磁场,方向垂直纸面向里。一质量为、带电量、重力不计的带电粒子,以初速度垂直边界射入磁场做匀速圆周运动,后进入电场做匀加速运动,然后第二次进入磁场中运动,此后粒子在电场和磁场中交替运动。已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍,第三次是第一次的三倍,以此类推。求(1)粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功。(2)粒子第次经过电场时电场强度的大小。(3)粒子第次经过电场所用的时间。(4)假设粒子在磁
17、场中运动时,电场区域场强为零。请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中,电场强度随时间变化的关系图线(不要求写出推导过程,不要求标明坐标刻度值)。 由动能定理得 联立式得 (3)设粒子第n次在电场中运动的加速度为,由牛顿定律的 9.(北京卷)23.(18分)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。如图1,将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中,在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时,另外两侧c、f间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是c、f间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力
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