2018版高考物理二輪復(fù)習(xí) 第一部分 專題八 磁場(chǎng)、帶電粒子在磁場(chǎng)及復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)案

1、專題八磁場(chǎng)、帶電粒子在磁場(chǎng)及復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)江蘇卷考情導(dǎo)向考點(diǎn)考題考情磁場(chǎng)的性質(zhì)2015年T4考查通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到的安培力、力的平衡2017年T1考查磁通量的定義式和公式BS的適用范圍1近五年高考本專題命題形式為選擇題和計(jì)算題形式，且計(jì)算題較多2命題考查點(diǎn)集中在磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用及洛倫茲力作用下圓周運(yùn)動(dòng)的周期、半徑問題帶電粒子在有界磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的臨界問題帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2014年T14考查帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2017年T15考查動(dòng)能定理與牛頓第二定律的應(yīng)用、帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2016年T15考查帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)和回旋加速器

2、的工作原理2015年T15考查動(dòng)能定理與牛頓第二定律的應(yīng)用、帶電粒子在組合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2014年T9考查霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用、電勢(shì)差2013年T15考查帶電粒子在交變電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)考點(diǎn)1| 磁場(chǎng)的性質(zhì)難度：較易 題型：選擇題、計(jì)算題 五年2考(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第36頁(yè))1(2015江蘇高考T4)如圖81所示，用天平測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度下列各選項(xiàng)所示的載流線圈匝數(shù)相同，邊長(zhǎng)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(chǎng)發(fā)生微小變化，天平最容易失去平衡的是()圖81【解題關(guān)鍵】解此題的關(guān)鍵有以下兩點(diǎn)：(1)邊長(zhǎng)MN相同，但四個(gè)線圈在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度不同(2)線圈電

3、流相同，磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，線圈所受安培力也發(fā)生相應(yīng)變化A磁場(chǎng)發(fā)生微小變化時(shí)，因各選項(xiàng)中載流線圈在磁場(chǎng)中的面積不同，由法拉第電磁感應(yīng)定律Enn知載流線圈在磁場(chǎng)中的面積越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，感應(yīng)電流越大，載流線圈中的電流變化越大，所受的安培力變化越大，天平越容易失去平衡，由題圖可知，選項(xiàng)A符合題意2(2017江蘇高考T1)如圖82所示，兩個(gè)單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】圖82A11B12C14 D41A根據(jù)BS，S為有磁感線穿過區(qū)域的有效面積，因此a、b兩線圈的有效面積相等，故磁通量之比ab11，選項(xiàng)A

4、正確1FBILsin (為B、I間的夾角)，高中只要求掌握0(不受安培力)和90兩種情況(1)公式只適用于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的通電直導(dǎo)線或非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中很短的通電導(dǎo)線(2)當(dāng)I、B夾角為0時(shí)F0當(dāng)電流與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，安培力最大，為FBIL(3)L是有效長(zhǎng)度閉合的通電導(dǎo)線框在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的安培力F0(4)安培力的方向利用左手定則判斷2洛倫茲力的特點(diǎn)(1)洛倫茲力的方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向共同確定的平面，所以洛倫茲力只改變速度方向，不改變速度大小，即洛倫茲力永不做功(2)僅電荷運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化時(shí)，洛倫茲力的方向也隨之變化(3)用左手定則判斷負(fù)電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的洛倫茲力時(shí)，要注意將四

5、指指向電荷運(yùn)動(dòng)的反方向3洛倫茲力的大小(1)vB時(shí)，洛倫茲力F0(0或180)(2)vB時(shí)，洛倫茲力FqvB(90)(3)v0時(shí)，洛倫茲力F0考向1磁場(chǎng)的基本性質(zhì)1(2017南通模擬)如圖83所示為某種用來束縛原子的磁場(chǎng)的磁感線分布情況，以O(shè)點(diǎn)(圖中白點(diǎn))為坐標(biāo)原點(diǎn)沿Z軸正方向磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小變化情況最有可能是圖中的() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】圖83ABCDC磁感線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，所以沿Z軸正方向磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小是先變小后變大由于題目中問的是磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小，故C正確考向2通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)2(2017寧城縣模擬)如圖84所示，絕緣水平桌面上放置一長(zhǎng)直導(dǎo)線a，導(dǎo)線a的正上方某處放置另一長(zhǎng)

6、直導(dǎo)線b，導(dǎo)線a中電流垂直紙面向里，導(dǎo)線b中電流垂直紙面向外，導(dǎo)線中均為恒定電流，現(xiàn)將導(dǎo)線b水平向右平移一小段距離后，導(dǎo)線a始終保持靜止，則()圖84A導(dǎo)線b受到的安培力方向始終豎直向下B導(dǎo)線b受到的安培力增大C導(dǎo)線a對(duì)桌面的壓力增大D導(dǎo)線a對(duì)桌面的摩擦力方向水平向左Da與b的電流方向相反，根據(jù)電流與電流之間的相互作用力的特點(diǎn)可知，a與b之間的力為排斥力；當(dāng)b水平向右平移時(shí)，導(dǎo)線a產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向在b點(diǎn)為向右下方，根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)線b受到的安培力方向不在豎直方向上，故A錯(cuò)誤；由于a、b間的距離增大，故a在b處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小減小，根據(jù)安培力FBIL可知，受到的安培力逐漸減小，故B錯(cuò)誤；當(dāng)

7、b水平向右平移時(shí)，a、b間的距離增大，b在a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小減小，a受到的安培力減小且方向仍然在兩根導(dǎo)線連線的方向上，根據(jù)力的合成可知，導(dǎo)線對(duì)桌面的壓力減小，且受到的摩擦力向右，故導(dǎo)線a對(duì)桌面的摩擦力向左，故C錯(cuò)誤，D正確考向3洛倫茲力的應(yīng)用3(2017蘇錫常二模)如圖85，一束電子沿某坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，在x軸上的A點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向沿z軸正方向，則該束電子的運(yùn)動(dòng)方向是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】圖85Az軸正方向 Bz軸負(fù)方向Cy軸正方向 Dy軸負(fù)方向C在x軸上的A點(diǎn)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向沿z軸正方向，根據(jù)安培定則可知，形成的電流方向沿y軸負(fù)方向，那么電子流沿y軸正方向運(yùn)動(dòng)，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確考點(diǎn)2|

8、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)難度：中檔題 題型：選擇題、計(jì)算題 五年2考(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第37頁(yè))3(2014江蘇高考T14)某裝置用磁場(chǎng)控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)，工作原理如圖86所示裝置的長(zhǎng)為L(zhǎng)，上下兩個(gè)相同的矩形區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向與紙面垂直且相反，兩磁場(chǎng)的間距為d裝置右端有一收集板，M、N、P為板上的三點(diǎn)，M位于軸線OO上，N、P分別位于下方磁場(chǎng)的上、下邊界上在紙面內(nèi)，質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子以某一速度從裝置左端的中點(diǎn)射入，方向與軸線成30角，經(jīng)過上方的磁場(chǎng)區(qū)域一次，恰好到達(dá)P點(diǎn)改變粒子入射速度的大小，可以控制粒子到達(dá)收集板上的位置不計(jì)粒子的重力圖86(1)求磁場(chǎng)區(qū)域

9、的寬度h；(2)欲使粒子到達(dá)收集板的位置從P點(diǎn)移到N點(diǎn)，求粒子入射速度的最小變化量v；(3)欲使粒子到達(dá)M點(diǎn)，求粒子入射速度大小的可能值 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】【解題關(guān)鍵】關(guān)鍵語(yǔ)句信息解讀以某一速度從裝置左端的中點(diǎn)射入，恰好到達(dá)P點(diǎn)由幾何關(guān)系可求得寬度改變粒子入射速度的大小，可以控制粒子到達(dá)收集板上的位置可求得兩次速度大小【解析】(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為r，粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示根據(jù)題意知L3rsin 303dcos 30，且磁場(chǎng)區(qū)域的寬度hr(1cos 30)解得：h(2)設(shè)改變?nèi)肷渌俣群罅Ｗ釉诖艌?chǎng)中的軌跡半徑為r，洛倫茲力提供向心力，則有mqvB，mqvB，由題意知3rsin 304rsin

10、 30，解得粒子速度的最小變化量vvv(3)設(shè)粒子經(jīng)過上方磁場(chǎng)n次由題意知L(2n2)dcos 30(2n2)rnsin 30且mqvnB，解得vn【答案】(1)(2)(3)“4點(diǎn)、6線、3角”巧解帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圖87(1)4點(diǎn)：入射點(diǎn)B、出射點(diǎn)C、軌跡圓心A、入射速度直線與出射速度直線的交點(diǎn)O(2)6線：圓弧兩端點(diǎn)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(diǎn)與出射點(diǎn)的連線BC，圓心與兩條速度直線交點(diǎn)的連線AO(3)3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考向1磁偏轉(zhuǎn)的基本問題4(2017宜興市模擬)如圖88，兩

11、個(gè)初速度大小相同的同種離子a和b，從O點(diǎn)沿垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打到過O點(diǎn)的豎直屏P上不計(jì)重力下列說法正確的有()圖88Aa、b均帶負(fù)電Ba在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間比b的短Ca在磁場(chǎng)中飛行的路程比b的短Da在P上的落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離比b的近Da、b粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示：粒子a、b都向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知，a、b均帶正電，故A錯(cuò)誤；由r可知，兩粒子半徑相等，根據(jù)圖中兩粒子運(yùn)動(dòng)軌跡可知，a粒子運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度大于b粒子運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度，a在磁場(chǎng)中飛行的時(shí)間比b的長(zhǎng)，故B、C錯(cuò)誤；根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡可知，在P上的落點(diǎn)與O點(diǎn)的距離a比b的近，故D正確考向2磁偏轉(zhuǎn)的臨界問題5(2017泰州三模)科研人員常用磁場(chǎng)來

12、約束運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，如圖89所示，粒子源位于紙面內(nèi)一邊長(zhǎng)為a的正方形中心O處，可以沿紙面向各個(gè)方向發(fā)射速度不同的粒子，粒子質(zhì)量為m、電荷量為q、最大速度為v，忽略粒子重力及粒子間相互作用，要使粒子均不能射出正方形區(qū)域，可在此區(qū)域加一垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為()圖89ABC DC粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力充當(dāng)向心力，則有：Bvq，所以，R；粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，圓上最遠(yuǎn)兩點(diǎn)之間的距離為2R；而O到邊界的最短距離為a，要使粒子均不能射出正方形區(qū)域，則2Ra，即a，所以B，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值為，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確考向3磁偏轉(zhuǎn)中的多過程問題6(2017欽南區(qū)月考)如圖810

13、所示，a、b是兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界上的兩點(diǎn)，左邊勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直紙面向里，右邊勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直紙面向外，兩邊的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等電荷量為2e的正離子以某一速度從a點(diǎn)垂直磁場(chǎng)邊界向左射出，當(dāng)它運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)，擊中并吸收了一個(gè)處于靜止?fàn)顟B(tài)的電子，不計(jì)正離子和電子的重力且忽略正離子和電子間的相互作用，則它們?cè)诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】圖810ABCDD正離子以某一速度擊中并吸收靜止的電子后，速度保持不變，電荷量變?yōu)閑，由左手定則可判斷出正離子過b點(diǎn)時(shí)所受洛侖茲力向下；由r可得，電量減半，則半徑增大到原來的2倍，故磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡為D考點(diǎn)3| 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)難度：較難 題型：選擇

14、題、計(jì)算題 五年5考(對(duì)應(yīng)學(xué)生用書第38頁(yè))4(2016江蘇高考T15)回旋加速器的工作原理如圖811甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R兩盒間狹縫的間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直被加速粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q，加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓值的大小為U0，周期T一束該種粒子在t0時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫，其初速度視為零現(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過狹縫均做加速運(yùn)動(dòng)，不考慮粒子間的相互作用求：甲乙圖811(1)出射粒子的動(dòng)能Em；(2)粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Em所需的總時(shí)間t0；(3)要使飄入狹縫的粒子中有超過99%能射出，d應(yīng)滿足的條件

15、【導(dǎo)學(xué)號(hào)：】【解題關(guān)鍵】解此題的關(guān)鍵有以下三點(diǎn)：(1)粒子以半徑R運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)粒子的動(dòng)能最大(2)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期恒定不變(3)粒子在狹縫間做勻加速直線運(yùn)動(dòng)【解析】(1)粒子運(yùn)動(dòng)半徑為R時(shí)qvBm且Emmv2解得Em(2)粒子被加速n次達(dá)到動(dòng)能Em，則EmnqU0粒子在狹縫間做勻加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)n次經(jīng)過狹縫的總時(shí)間為t加速度a勻加速直線運(yùn)動(dòng)ndat2由t0(n1)t，解得t0(3)只有在0(t)時(shí)間內(nèi)飄入的粒子才能每次均被加速則所占的比例為由99%，解得d【答案】(1)(2)(3)d5(2013江蘇高考T15)在科學(xué)研究中，可以通過施加適當(dāng)?shù)碾妶?chǎng)和磁場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的控制如圖8

16、12甲所示的xOy平面處于勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t作周期性變化的圖象如圖乙所示x軸正方向?yàn)镋的正方向，垂直紙面向里為B的正方向在坐標(biāo)原點(diǎn)O有一粒子P，其質(zhì)量和電荷量分別為m和q，不計(jì)重力在t時(shí)刻釋放P，它恰能沿一定軌道做往復(fù)運(yùn)動(dòng)(1)求P在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)速度的大小v0；(2)求B0應(yīng)滿足的關(guān)系；(3)在t0(0t00表示電場(chǎng)方向豎直向上t0時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m的微粒從左邊界上的N1點(diǎn)以水平速度v射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界上的N2點(diǎn)Q為線段N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為g上述d、E0、m、v、g為已知量圖820(1)求微

17、粒所帶電荷量q和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小；(2)求電場(chǎng)變化的周期T；(3)改變寬度d，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過程通過相應(yīng)寬度的區(qū)域，求T的最小值信息解讀有界電磁場(chǎng)t0時(shí)刻電場(chǎng)的方向豎直向下帶正電微粒做勻速運(yùn)動(dòng)，qvBE0qmg電場(chǎng)力與重力平衡，洛倫茲力充當(dāng)向心力，即E0qmg，qvBm粒子仍能做完整的圓周運(yùn)動(dòng)，寬度d的臨界條件d2R考生抽樣閱卷點(diǎn)評(píng)點(diǎn)評(píng)內(nèi)容點(diǎn)評(píng)1在第(1)問的求解中能正確把握帶電粒子的受力及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可得滿分點(diǎn)評(píng)2在第(2)問中，對(duì)電場(chǎng)變化周期的理解出現(xiàn)問題，誤認(rèn)為通過區(qū)域d的時(shí)間為電場(chǎng)變化周期，式子出錯(cuò)，去掉式結(jié)果分可得分點(diǎn)評(píng)3第(3)問中出現(xiàn)對(duì)過程的判斷錯(cuò)誤，只能判零分規(guī)范解答【解析】(1)微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則mgqE0qvB(2分)微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則mgqE0(2分)聯(lián)立得q(1分)B(1分)(2)設(shè)微粒從N1運(yùn)動(dòng)