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1、专题十一 磁场 高考物理 北京市专用 1 2016北京理综 17 6分 0 95 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 结合上述材料 下列说法不正确的是 A 地理南 北极与地磁场的南 北极不重合 B 地球内部也存在磁场 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 考点一 磁场的描述 安培力 A组 自主命题 北京卷题组 五年高考 答案 C 由题意可知 地理南 北极与地磁场的南 北极不重合 存在磁偏角 A
2、正确 磁感 线是闭合的 再由图可推知地球内部存在磁场 地磁南极在地理北极附近 故B正确 只有赤道 上方附近的磁感线与地面平行 故C错误 射向地球赤道的带电宇宙射线粒子的运动方向与 地磁场方向不平行 故地磁场对其有力的作用 这是磁场的基本性质 故D正确 选C 审题指导 题图往往提供解题的关键信息 所以要仔细观察 挖掘有用信息 评析 本题考查地磁场的分布情况 属于容易题 2 2013北京理综 24 1 0 39 对于同一物理问题 常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研 究 找出其内在联系 从而更加深刻地理解其物理本质 一段横截面积为S 长为l的直导线 单位体积内有n个自由电子 电子电量为e 该导线
3、通有电 流时 假设自由电子定向移动的速率均为v a 求导线中的电流I b 将该导线放在匀强磁场中 电流方向垂直于磁感应强度B 导线所受安培力大小为F安 导线内 自由电子所受洛伦兹力大小的总和为F 推导F安 F 解析 a 设 t时间内通过导体横截面的电量为 q 由电流定义 有 I neSv b 每个自由电子所受的洛伦兹力 F洛 evB 设导体中共有N个自由电子 则N n Sl 导体内自由电子所受洛伦兹力大小的总和 F NF洛 nSl evB 由安培力公式 有 F安 IlB neSv lB 得F安 F 答案 a neSv b 见解析 3 2018课标 20 6分 多选 如图 纸面内有两条互相垂直的
4、长直绝缘导线L1 L2 L1中的电流 方向向左 L2中的电流方向向上 L1的正上方有a b两点 它们相对于L2对称 整个系统处于匀 强外磁场中 外磁场的磁感应强度大小为B0 方向垂直于纸面向外 已知a b两点的磁感应强 度大小分别为 B0和 B0 方向也垂直于纸面向外 则 A 流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为 B0 B 流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为 B0 C 流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为 B0 D 流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为 B0 B组 统一命题 课标卷题组 答案 AC 本题考查安培定则 磁场的叠加 由安培定则判定 L1中的电流在a b两点
5、产生 的磁场方向垂直纸面向里 L2中的电流在a b两点产生的磁场方向分别垂直于纸面向里和向 外 设L1和L2中的电流在a b两点产生的磁场的磁感应强度大小分别为B1和B2 由磁感应强度 的矢量叠加原理可得 B0 B1 B2 B0 B0 B2 B1 B0 解得B1 B0 B2 B0 故A C项正确 解题关键 注意矢量的方向性 本题解题的关键是要注意磁感应强度的方向性 如L2中电流产生的磁场方向在a点垂直纸面向 里 在b点垂直纸面向外 4 2015课标 18 6分 0 527 多选 指南针是我国古代四大发明之一 关于指南针 下列说法 正确的是 A 指南针可以仅具有一个磁极 B 指南针能够指向南北
6、说明地球具有磁场 C 指南针的指向会受到附近铁块的干扰 D 在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线 导线通电时指南针不偏转 答案 BC 任何磁体均具有两个磁极 故A错 指南针之所以能指向南北 是因为指南针的两 个磁极受到磁场力的作用 这说明地球具有磁场 即B正确 放在指南针附近的铁块被磁化后 反过来会影响指南针的指向 即C正确 通电直导线产生的磁场对其正下方的指南针有磁场 力的作用 会使指南针发生偏转 故D错 5 2014课标 15 6分 0 809 关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力 下列说法正确的是 A 安培力的方向可以不垂直于直导线 B 安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C 安培力
7、的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D 将直导线从中点折成直角 安培力的大小一定变为原来的一半 答案 B 由左手定则可知 安培力的方向一定与磁场方向和直导线垂直 选项A错 B正确 安培力的大小F BIL sin 与直导线和磁场方向的夹角有关 选项C错误 将直导线从中点折成 直角 假设原来直导线与磁场方向垂直 若折成直角后一段与磁场仍垂直 另一段与磁场平行 则安培力的大小变为原来的一半 若折成直角后 两段都与磁场垂直 则安培力的大小变为原来 的 因此安培力大小不一定是原来的一半 选项D错误 6 2017课标 19 6分 多选 如图 三根相互平行的固定长直导线L1 L2和L3两两等距 均通有
8、电流I L1中电流方向与L2中的相同 与L3中的相反 下列说法正确的是 A L1所受磁场作用力的方向与L2 L3所在平面垂直 B L3所受磁场作用力的方向与L1 L2所在平面垂直 C L1 L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1 1 D L1 L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 1 答案 BC 本题考查安培力 因三根导线中电流相等 两两等距 则由对称性可知两两之间 的作用力大小均相等 因平行电流间同向吸引 反向排斥 各导线受力如图所示 由图中几何 关系可知 L1所受磁场作用力F1的方向与L2 L3所在平面平行 L3所受磁场作用力F3的方向与L 1 L2所在平面垂直 A错误 B
9、正确 设单位长度的导线两两之间作用力的大小为F 则由几何 关系可得L1 L2单位长度所受的磁场作用力大小为2F cos 60 F L3单位长度所受的磁场作用 力大小为2F cos 30 F 故C正确 D错误 一题多解 电流的磁场与安培力 由对称性可知 每条通电导线在其余两导线所在处产生的磁场磁感应强度大小相等 设为B 如图所示 由几何关系可得L1所在处磁场的磁感应强度B1 2B cos 60 B 方向与L2 L3所在平面 垂直 再由左手定则知L1所受磁场作用力方向与L2 L3所在平面平行 L1上单位长度所受安培力 的大小为F1 BI 同理可判定L3所受磁场作用力方向与L1 L2所在平面垂直 单
10、位长度所受安 培力大小为F3 B I L2上单位长度所受安培力大小为F2 BI 即F1 F2 F3 1 1 故A D 错误 B C正确 7 2015课标 24 12分 0 564 如图 一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬 挂在匀强磁场中 磁场的磁感应强度大小为0 1 T 方向垂直于纸面向里 弹簧上端固定 下端与 金属棒绝缘 金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连 电路总电阻为2 已知开关断 开时两弹簧的伸长量均为0 5 cm 闭合开关 系统重新平衡后 两弹簧的伸长量与开关断开时相 比均改变了0 3 cm 重力加速度大小取10 m s2 判断开关闭合后金属棒所受安培力
11、的方向 并求出金属棒的质量 解析 依题意 开关闭合后 电流方向为从b到a 由左手定则可知 金属棒所受的安培力方向为 竖直向下 开关断开时 两弹簧各自相对于其原长的伸长量为 l1 0 5 cm 由胡克定律和力的平衡条件得 2k l1 mg 式中 m为金属棒的质量 k是弹簧的劲度系数 g是重力加速度的大小 开关闭合后 金属棒所受安培力的大小为 F IBL 式中 I是回路电流 L是金属棒的长度 两弹簧各自再伸长了 l2 0 3 cm 由胡克定律和力的平 衡条件得 2k l1 l2 mg F 由欧姆定律有 E IR 式中 E是电池的电动势 R是电路总电阻 联立 式 并代入题给数据得 m 0 01 kg
12、 安培力方向判断正确给2分 式各2分 答案 见解析 8 2017课标 21 6分 多选 某同学自制的简易电动机示意图如图所示 矩形线圈由一根漆 包线绕制而成 漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出 并作为线圈的转轴 将 线圈架在两个金属支架之间 线圈平面位于竖直面内 永磁铁置于线圈下方 为了使电池与两 金属支架连接后线圈能连续转动起来 该同学应将 A 左 右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B 左 右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C 左转轴上侧的绝缘漆刮掉 右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D 左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 右转轴下侧的绝缘漆刮掉 C组 教师专用题组 答案 AD 本题考查安培力 电路 考查学
13、生的推理能力 实验能力 要使线圈在磁场中开 始转动 则线圈中必有电流通过 电路必须接通 故左右转轴下侧的绝缘漆都必须刮掉 但如果 上侧的绝缘漆也都刮掉 当线圈转过180 时 靠近磁极的导线与开始时靠近磁极的导线中的电 流方向相反 受到的安培力相反 线圈向原来的反方向转动 线圈最终做往返运动 要使线圈连 续转动 当线圈转过180 时 线圈中不能有电流通过 依靠惯性转动到初始位置再接通电路即可 实现连续转动 故左 右转轴的上侧不能都刮掉 故选项A D正确 易错警示 一根漆包线绕制的矩形线圈中电流方向的判定 要使线圈连续转动 要么受 到方向不变的持续的安培力 要么受到间歇性的方向不变的安培力 依靠惯
14、性连续转动 而不能 受到交变的安培力作用 1 2014北京理综 16 6分 0 77 带电粒子a b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动 它们的动量大 小相等 a运动的半径大于b运动的半径 若a b的电荷量分别为qa qb 质量分别为ma mb 周 期分别为Ta Tb 则一定有 A qa qb B ma mb C Ta Tb D Rb pa pb Ba Bb 故qam2 电荷量均为q 加速电场的电势差为U 离子进入电场时的初速度可以忽略 不计重力 也不考虑离子间的相互作用 1 求质量为m1的离子进入磁场时的速率v1 2 当磁感应强度的大小为B时 求两种离子在GA边落点的间距s 3 在前面的讨论中忽略
15、了狭缝宽度的影响 实际装置中狭缝具有 一定宽度 若狭缝过宽 可能使两束离子在GA边上的落点区域交 叠 导致两种离子无法完全分离 设磁感应强度大小可调 GA边长为定值L 狭缝宽度为d 狭缝右边缘在A处 离子可以从狭缝各 处射入磁场 入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场 为保证上述两种离子能落在GA边上并 被完全分离 求狭缝的最大宽度 答案 1 2 3 L 解析 1 加速电场对离子m1做的功W qU 由动能定理 m1 qU 得v1 2 由牛顿第二定律和洛伦兹力公式qvB R 利用 式得离子在磁场中的轨道半径分 别为 R1 R2 两种离子在GA上落点的间距 s 2R1 2R2 3 质量为m1的离子 在
16、GA边上的落点都在其入射点左侧2R1处 由于狭缝的宽度为d 因此落点 区域的宽度也是d 同理 质量为m2的离子在GA边上落点区域的宽度也是d 为保证两种离子能完全分离 两个区域应无交叠 条件为 2 R1 R2 d 利用 式 代入 式得2R1 d R1的最大值满足2R1m L d 得 L d d 求得最大值dm L 6 2015课标 14 6分 0 759 两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同 方向平行 一速 度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子 不计重力 从较强磁场区域进入到较弱磁场区域 后 粒子的 A 轨道半径减小 角速度增大 B 轨道半径减小 角速度减小 C 轨道半径增大 角速度增大 D 轨道半径增大 角速度减小 答案 D 因洛伦兹力不做功 故带电粒子从较强磁场区域进入到较弱的磁场区域后 其速度 大小不变 由r 知 轨道半径增大 由角速度 知 角速度减小 选项D正确 B组 统一命题 课标卷题组 7 2014课标 16 6分 0 637 如图 MN为铝质薄平板 铝板上方和下方分别有垂直于图平面的 匀强磁场 未画出 一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出 从Q点穿越铝 板
