高考物理 备考艺体生百日突围系列 专题10 磁场（含解析）-人教版高三全册物理试题.doc

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1、专题10 磁场第一部分 特点描述磁场一般会以选项题和计算题两种形式出现，若是选择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

2、。预测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、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。第二部分 知识背一背一、磁场、磁感应强度1磁场的特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用2磁场的方向：小磁针静止时N极所指的方向3磁感应强度（1）物理意义：描述磁场的强弱和方向（2）大小：（通电导线垂直于磁场）（3）方向：小磁针静止时N极的指向（4）单位：特斯拉，简称特，符号：T.4磁通量（1）概念：在匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和磁感应强度B的乘积（2）公式：

3、.（3）单位：1Wb1Tm2二、磁感线、通电导体周围的磁场的分布1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2条形磁铁和蹄形磁铁的磁场磁感线分布（如图所示）3电流的磁场直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似，管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两 侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则立体图横截面图4.磁感线的特点（1）磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向（2）磁感线的疏密定性地表示磁场的强弱，在磁感线较密的地方磁场较强；在磁感线较疏的地方磁场较弱（3）

4、磁感线是闭合曲线，没有起点和终点在磁体外部，从N极指向S极；在磁体内部，由S极指向N极（4）同一磁场的磁感线不中断、不相交、不相切（5）磁感线是假想的曲线，客观上不存在三、安培力的大小和方向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，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）当磁场与电流垂直时，安培力最大，FmaxBIL.（2）当磁场与电流平行时，安培力等于零2安培力的方向（1）安培力：通电导线在磁场中受到的力（2）左手定则：伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并且都与手掌在同一个平面内让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安

5、培力的方向（3）两平行的通电直导线间的安培力：同向电流互相吸引，异向电流互相排斥四、洛伦兹力的大小和方向1洛伦兹力的定义：磁场对运动电荷的作用力2洛伦兹力的大小，为v与B的夹角如图所示（1）当vB时，0或180，洛伦兹力F0；（2）当vB时，90，洛伦兹力.（3）静止电荷不受洛伦兹力作用 3洛伦兹力的方向（1）左手定则磁感线垂直穿过手心，四指指向正电荷运动的方向，拇指指向即为运动的正电荷所受洛伦兹力。（2）方向特点：F垂直于B与v决定的平面，即F始终与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功五、带电粒子在匀强磁场中的运动1若vB，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动2若vB，带电粒子仅受洛伦

6、兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动（1）向心力由洛伦兹力提供：；（2）轨道半径公式：；（3）周期：（周期T与速度v、轨道半径R无关）；六、带电粒子在匀强磁场中运动的应用1质谱仪（1）构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成（2）原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式.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.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，.2回旋加速器（1）构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源D形盒处于匀强磁场中（2）原理：交流电的周期和粒

7、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，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速由，得，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关第三部分 技能+方法一、对磁感应强度的理解1.磁感应强度概念的理解（1）磁感应强度是用比值法定义的,其大小由磁场本身的性质决定,与放入的直导线的电流I的大小、导线长度L的大小无关.故不能根据就说B与F成正比，与IL成反比.（2）由定义式计算B时,通电导线必须垂直于磁场;若通电导线平行放入磁场,则不受安培力,但不能说该处磁感应强度为零.2.磁通量概念的理解（1）其中S为闭合回路面积在垂直于B方向

8、上的分量，如图甲所示.（2）面积S的含义：S不一定是某个线圈的真正面积,而是线圈在磁场范围内的面积.如图乙所示，S应为线圈面积的一半.（3）多匝线圈的磁通量：多匝线圈内磁通量的大小与线圈匝数无关,因为不论线圈匝数多少,穿过线圈的磁感线条数相同.（4）合磁通量求法：若某个平面内有不同方向的磁场共同存在,当计算穿过这个面的磁通量时,先规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负，平面内各个方向的磁通量的代数和等于这个平面内的合磁通量.【例1】取两个完全相同的长导线用其中一根绕成如图(a)所示的螺线管，当在该螺线管中通以电流强度为I的电流长，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B。若将另一根长导线对折

9、后绕成如图(b)所示的螺线管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为 （ ）A. 0 B. 0.5B C. B D. 2B【答案】 A【例2】如图所示，两根长直导线m、n竖直插在光滑绝缘水平桌面上的小孔P、Q中，O为P、Q连线的中点，连线上a、b两点关于O点对称，导线中通有大小、方向均相同的电流I下列说法正确的是 （ ）A. O点的磁感应强度为零B. a、b两点磁感应强度的大小BaBbC. a、b两点的磁感应强度相同D. n中电流所受安培力方向由P指向Q【答案】 A【例3】如图所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反

10、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、c两点处的磁感应强度的方向不同C. c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相反D. a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相同【答案】 D【解析】根据右手定则得出两导线的磁场分布规律，然后将两磁场矢量相加分析，跟据右手螺旋定则可得M在O点的磁场方向垂直向下，N导线在O点处的磁场方向垂直向下，所以O点处的磁场方向垂直向下，不为零，A错误；根据右手螺旋定则可得M在a点处的磁场方向垂直向下，N点在a点处的

11、磁场垂直向下，即a点处的磁场方向垂直向下，同理可得b点处的磁场方向垂直向下，根据对称可得ab两点的磁场感应强度大小相等，D正确；根据右手螺旋定则，可得两导线在c点处的和磁场方向竖直向下，在d点处的和磁场方向竖直向下，根据对称可得，两点的大小相等，所以C错误；综合BC可得ac两点的磁场方向相同，B错误；二、安培力公式的应用安培力常用公式F=BIL，应用时要满足：（1）B与L垂直；（2）L是有效长度，即垂直磁感应强度方向的长度；如弯曲导线的有效长度L等于两端点所连直线的长度（如图所示），相应的电流方向沿L由始端流向末端.因此任意形状的闭合线圈，其有效长度为零，受到的安培力的矢量和为零.2.通电导线

12、在安培力作用下的平衡和加速运动的分析方法（1）确定研究对象,对研究对象进行受力分析.（2）画出受力平面图.（3）依据平衡条件或牛顿第二定律列方程.三、安培力作用下导体运动情况的判定1.判定安培力作用下导体运动情况的常用方法电流元法分割为电流元左手定则安培力方向整段导体所受合力方向运动方向特殊位置法在特殊位置安培力方向运动方向等效法环形电流 小磁针 条形磁铁 通电螺线管 多个环形电流结论法同向电流互相吸引，异向电流互相排斥；两不平行的直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相同的趋势转换研究对象法定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动或运动趋势的问题，可先分析电流在磁体磁场中所受的安培力，然后由牛

13、顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的作用力，从而确定磁体所受合力及运动方向【例4】如图直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，能静止在光滑斜面上的是 （ ）IBAIBBIBCIBD【答案】 A【例5】如图所示，用两根轻细金属丝将质量为m，长为L的金属棒ab悬挂在c、d两处，置于匀强磁场内。当棒中通以从a到b的电流I后，两悬线偏离竖直方向角处于平衡状态为了使棒平衡在该位置上，所需的最小磁场的磁感应强度的大小方向是 ( ) （ ）A. ，竖直向上 B. ，竖直向下C. ，平行悬线向上 D. ，平行悬线向下【答案】 D【解析】为了使该棒仍然平衡在该位置上，,得：，由左手定则知所加磁场的方向平行

14、悬线向上故D正确。 【例6】如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直。线段ab、bc和cd的长度均为L，且abcbcd135。流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示。导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力 （ ）A. 方向沿纸面向上，大小为(1)ILBB. 方向沿纸面向上，大小为(1)ILBC. 方向沿纸面向下，大小为(1)ILBD. 方向沿纸面向下，大小为(1)ILB【答案】 A四、带电粒子在匀强磁场中的运动1带电粒子在匀强磁场中的运动是各省市每年高考必考内容之一一般以计算题的形式出现，可以与其他知识相综合，难度中等以上，分值较高，以

15、考查学生的形象思维和逻辑推理能力为主2分析方法：找圆心、求半径、确定转过的圆心角的大小是解决这类问题的前提，确定轨道半径和给定的几何量之间的关系是解题的基础，有时需要建立运动时间t和转过的圆心角之间的关系作为辅助（1）圆心的确定基本思路：与速度方向垂直的直线和图中弦的中垂线一定过圆心两种情形a已知入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图所示，图中P为入射点，M为出射点）b已知入射方向和出射点的位置时，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心（如图所示，图中P为

16、入射点，M为出射点）（2）半径的确定用几何知识（勾股定理、三角函数等）求出半径大小（3）运动时间的确定粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为时，其运动时间为：（或）3规律总结带电粒子在不同边界磁场中的运动（1）直线边界（进出磁场具有对称性）（2）平行边界（存在临界条件）（3）圆形边界（沿径向射入必沿径向射出）五、质谱仪和回旋加速器1. 根据质谱仪原理可以得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等.（1）粒子轨道半径（2）粒子质量（3）粒子比荷.2.回旋加速器的最大动能根据,得,可见：（1）粒子最大动能与加速电压无关.（2）最大动能由D形盒的最大半径和磁感应

17、强度决定.【例7】如图，放射性元素镭衰变过程中释放出、三种射线，分别进入匀强电场和匀强磁场中，下列说法正确的是 （ ）A.表示射线，表示射线 B.表示射线，表示射线C.表示射线，表示射线 D.表示射线，表示射线【答案】 C【例8】如图所示圆区域内，有垂直于纸面方向的匀强磁场，一束质量和带电量都相同的带电粒子，以不相等的速率，沿着相同的方向，对准圆心射入匀强磁场中，又都从该磁场中射出，这些粒子在磁场中的运动时间有的较长，有的较短，若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则下列说法中正确的是 （ ）速率较大的粒子运动通过磁场后偏转角一定越大速率较大的粒子运动半径一定大，周期也一定大运动时间较长的，在磁

18、场中通过的路程较长运动时间较长的，在磁场中偏转的角度一定大【答案】 D【解析】由，得速率较大的粒子运动半径大，周期相同，通过的路程较长，圆心角小，所以时间短。而速度小的在磁场中运动半径小，通过的路程较短，圆心角大，所以时间长。D对。 【例9】如图12所示，匀强电场区域和匀强磁场区域是紧邻的，且宽度相等均为d，电场方向在纸平面内竖直向下，而磁场方向垂直于纸面向里，一带正电的粒子从O点以速度v0沿垂直电场方向进入电场，从A点出电场进入磁场，离开电场时带电粒子在电场方向的偏转位移为电场宽度的一半，当粒子从磁场右边界上C点穿出磁场时速度方向与进入电场O点时的速度方向一致，已知d、v0(带电粒子重力不计

19、)，求：(1)粒子从C点穿出磁场时的速度大小v；(2)电场强度E和磁感应强度B的比值.【答案】 (1) v0(2)v0(2)在电场中偏转时，出A点时速度与水平方向成45vyt，并且vyv0得E在磁场中做匀速圆周运动，如图所示由几何关系得Rd又qvB，且vv0得B解得v0.第四部分 基础练+测一、选择题1如图所示，带电平行金属板相互正对水平放置，两板间存在着水平方向的匀强磁场。带电液滴a沿垂直于电场和磁场的方向进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，在它正前方有一个静止在小绝缘支架上不带电的液滴b。带电液滴a与液滴b发生正碰，在极短的时间内复合在一起形成带电液滴c，若不计支架对液滴c沿水平方向的作用

20、力，则液滴离开支架后 （ ）A液滴一定带正电 B一定做直线运动C一定做匀速圆周运动 D 一定做匀变速曲线运动【答案】 A2如图（甲）从阴极发射出来的电子束，在阴极和阳极间的高电压作用下，轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光，可以显示出电子束运动的径迹。若把射线管放在如图（乙）蹄形磁铁的两极间，阴极接高压电源负极，阳极接高压电源正极，关于荧光屏上显示的电子束运动的径迹，下列说法正确的是 （ ）A、电子束向上弯曲 B、电子束沿直线前进C、电子束向下弯曲 D、电子的运动方向与磁场方向无关【答案】 C【解析】电子束向右运动，磁场向里，由左手定则可判断出电子束向下弯曲。故选C考点：左手定则判断洛伦兹力的方向

21、点评：注意电子带负电，由左手定则判断洛伦兹力的方向时，四指应指向负电荷运动的反方向。3处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圈周运动将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值 （ ）A. 与粒子电荷量成正比 B. 与粒子速率成正比C. 与粒子质量成正比 D. 与磁感应强度成正比【答案】 D【点评】本题是洛伦兹力、向心力和电流等知识的综合应用，抓住周期与B、I的联系是关键4带电粒子(重力不计)穿过饱和蒸汽时，在它走过的路径上饱和蒸汽便凝成小液滴，从而显示了粒子的径迹，这就是云室的原理，如图8225所示是云室的拍摄照片，云室中加了垂直于照片向外的匀强磁场，图中oa、ob、oc、od是

22、从o点发出的四种粒子的径迹，下列说法中正确的是 （ ）A四种粒子都带正电B四种粒子都带负电C打到a、b点的粒子带正电D打到c、d点的粒子带正电【答案】 D【解析】ab两粒子向上偏转即受到的洛伦兹力向上，磁场向外所以此时四指的方向应当水平向左，即四指的指向与两粒子运动方向相反，所以ab两粒子带负电，故AC错误cd两粒子向下偏转即受到的洛伦兹力向下，磁场向外所以此时四指的方向应当水平向右，即四指的指向与两粒子运动方向相相同，所以cd两粒子带正电，故B错误，D正确5如图所示，两根电阻不计的平行光滑金属导轨PQ、MN与水平面的夹角均为，整个装置处于竖直向上的匀强磁场中，导轨下端接有图示电路；已知：电阻

23、R1 =6、R2=3，电源电动势E=6V，内阻不计当电键S1闭合，S2断开时，一根垂直于导轨PQ放置的电阻不计、质量均匀的金属棒恰好能静止，金属棒质量为m，平行导轨间距为L则PQMNBS1S22R1R2EL（ ）A匀强磁场的磁感应强度B匀强磁场的磁感应强度C若再闭合电键S2，闭合电键瞬间，金属棒的加速度D若再闭合电键S2，闭合电键瞬间，金属棒的加速度【答案】 C6如图所示，在半径为R圆形区域有垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，从A点沿着AO方向垂直磁场射入大量带正电、电荷量为q、质量为m、速率不同的粒子，不计粒子间的相互作用力和重力，关于这些粒子在磁场中的运动以下说法正确的是 （ ）A

24、、这些粒子出射方向的反向延长线不一定过O点B、速率越大的粒子在磁场中通过的弧长越长，时间也越长C、 这些粒子在磁场中的运动时间相同D、若粒子速率满足v=qBR/m，则粒子出射方向与入射方向垂直【答案】 D7带电质点在匀强磁场中运动，某时刻速度方向如图所示，所受的重力和洛伦兹力的合力恰好与速度方向相反，不计阻力，则在此后的一小段时间内，带电质点将 （ ）A. 可能做直线运动B. 可能做匀减速运动C. 一定做曲线运动D. 可能做匀速圆周运动【答案】 C考点：考查了洛伦兹力【名师点睛】需要知道洛伦兹力总是垂直于速度方向，当速度发生变化后，洛伦兹力也发生变化，还需要知道做曲线运动的条件，当合力方向与速

25、度方向不共线时，物体做曲线运动。 8（多选）如图所示，A为通电线圈，电流方向如图，B、C为与A在同一平面内的两同心圆，B、C分别为通过两圆面的磁通量的大小，下述判断中正确的是 （ ）A. 穿过两圆面的磁通量是垂直纸面向外的B. 穿过两圆面的磁通量是垂直纸面向里的C. BCD. BC【答案】 AC【解析】根据题意可知，结合右手螺旋定则可得，线圈A产生的磁场方向垂直向外，而外部则垂直向里，但是向外的大于向里的，故A正确，B错误；磁通量可看成穿过线圈的磁感线条数，由于线圈A产生的磁场方向垂直向外，而外部则垂直向里，当线圈的面积越大时，则相互抵消的越多，因此穿过线圈B的磁通量大，线圈C的磁通量小，故C

26、正确，D错误。所以AC正确，BD错误。9（多选）如图，当螺线管中通有如图所示的电流时，放在螺线管附近a、b、c、d(螺线管中轴线上)点的小磁针(忽略地磁场的影响)静止时的指向正确的有 （ ）A. a点 B. b点 C. c点 D. d点【答案】 BC【点睛】由右手螺旋定则判断螺线管SN极，螺线管内部磁感线是由S极指向N极的，螺线管外部磁感线是由N极指向S极的，小磁针静止时N极指向为磁场方向。10（多选）如图，xOy坐标轴上有A（L,0）C（0, L）两点在OCA区域内有垂直于xOy平面向里的匀强磁场B一群质量为m、电荷量为q（q0）的同种粒子（粒子间相互作用不计），同一时刻从OC边以平行于x轴

27、方向射入磁场粒子射入磁场前间距均匀（极小）、速度相同从OC边射出的粒子占粒子总数75%不计重力下列说法正确的是 （ ）A. 粒子在磁场中按顺时针方向运动B. 粒子在磁场中运动时间最长为C. 粒子速度大小为D. 粒子在磁场中运动时间最短为【答案】 BC因为粒子从OC边均匀射入，75%粒子能从OC边射出，故OC边75%长度射入的粒子能从OC射出，即：从OP段入射的粒子均能从OC边射出，CP段入射粒子不能从OC边射出，可知，根据几何关系可得，解得粒子轨迹半径，根据洛伦兹力提供向心力可得： ，联立式可得粒子速度大小，C正确；从C点入射的粒子在磁场中运动时间最短为0，故D错误；二、非选择题11在直径为d

28、的圆形区域内存在着匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于圆面指向纸外一电荷量为q、质量为m的带正电粒子，从磁场区域的一条直径AC上的A点沿纸面射入磁场，其速度方向与AC成15角，如图所示若此粒子在磁场区域运动的过程中，速度的方向一共改变了90.重力可忽略不计，求：(1)该粒子在磁场区域内运动所用的时间t；(2)该粒子射入时的速度大小v.【答案】 (1)(2)（2）画出粒子运动的轨迹，如图设带电粒子圆周运动的半径为r，则由几何知识得 解得： ,由得。点睛：本题主要考查了带电粒子在磁场中的偏转，解题关键是画轨迹，由几何知识求出带电粒子运动的半径和圆心角 12如图，POy区域内有沿y轴正方向的匀强电场，POx区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OP与x轴成角不计重力的负电荷，质量为m、电量为q，从y轴上某点以初速度v0垂直电场方向进入，经电场偏转后垂直OP进入磁场，又垂直x轴离开磁场求：（1）电荷进入磁场时的速度大小（2）电场力对电荷做的功（3）电场强度E与磁感应强度B的比值【答案】 （1） （2） （3）【解析】