高考物理总复习 必考部分 专题十一 磁场习题课件

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1、专题十一 磁场,A组 自主命题北京卷题组 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,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正确。磁感线 是闭合的,再由图可推知地球

2、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。,2.(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.qaRb,pa=pb,Ba=Bb,故qaqb,故选项A正确。,3.(2016北京理综,22,16分,0.92)如图所示,质量为m、电荷

3、量为q的带电粒子,以初速度v沿垂直磁 场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场,在磁场中做匀速圆周运动。不计带电粒子所受重力。 (1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T; (2)为使该粒子做匀速直线运动,还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场,求电场强度E 的大小。,答案 (1) (2)vB,解析 (1)洛伦兹力提供向心力,有f=qvB=m 带电粒子做匀速圆周运动的半径R= 匀速圆周运动的周期T= = (2)粒子受电场力F=qE,洛伦兹力f=qvB。粒子做匀速直线运动,则qE=qvB 场强E的大小E=vB,4.2014北京理综,24(3),0.20经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电

4、子与金属离子 (即金属原子失去电子后的剩余部分)的碰撞。展开你想象的翅膀,给出一个合理的自由电子的 运动模型;在此基础上,求出导线MN中金属离子对一个自由电子沿导线长度方向的平均作用力 的表达式。 答案 见解析 解析 下述解法的共同假设:所有自由电子(简称电子,下同)以同一方式运动。 方法一:动量解法 设电子在每一次碰撞结束至下一次碰撞结束之间的运动都相同,经历的时间为t,电子的动量变 化为零。 因为导线MN的运动,电子受到沿导线方向的洛伦兹力f洛的作用 f洛=evB 沿导线方向,电子只受到金属离子的作用力和f洛作用,所以 f洛t-If=0 其中If为金属离子对电子的作用力的冲量,其平均作用力

5、为 ,则If= t 得 =f洛=evB,方法二:能量解法 设电子从导线的一端到达另一端经历的时间为t,在这段时间内,通过导线一端的电子总数 N= 电阻上产生的焦耳热是由于克服金属离子对电子的平均作用力 做功产生的。 在时间t内 总的焦耳热Q=N L 由能量守恒得Q=W电=EIt=BLvIt 所以 =evB 方法三:动力学解法 因为电流不变,所以假设电子以速度ve相对导线做匀速直线运动。 因为导线MN的运动,电子受到沿导线方向的洛伦兹力f洛的作用, f洛=evB 沿导线方向,电子只受到金属离子的平均作用力 和f洛作用,二力平衡 即 =f洛=evB,考查点 洛伦兹力。,思路点拨 构建合理的自由电子

6、运动模型是解答本题的关键,可以从动力学、能量转化、运动 学等多个角度进行合理的构建,其中以动力学模型最为简单,当导线做切割磁感线运动时,产生 的感应电流是自由电子沿导线匀速运动的结果,所以自由电子受到的平均阻力必然与磁场对自 由电子施加的洛伦兹力相平衡。,易错警示 切割磁感线运动时,导线相当于电源,自由电子在其中的运动是电荷在电源内部运动 的过程,是非静电力做功的过程,这个非静电力就是洛伦兹力,而不是电场力。,5.2013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,

7、单位体积内有n个自由电子,电子电量为e。该导线通有电流 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。 答案 (a)neSv (b)见解析 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=nSl 导体内自由电子所受洛伦兹力大小的总和F=NF洛=nSlevB,由安培力公式,有 F安=IlB=neSvlB 得F安=F,6.

8、(2013北京理综,22,16分,0.75)如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀 强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。带电荷量为+q、质量为m的粒子,由静止 开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响,求: (1)匀强电场场强E的大小; (2)粒子从电场射出时速度v的大小; (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。 答案 (1) (2) (3),解析 (1)电场强度E= (2)根据动能定理,有qU= mv2 得v= (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,有 qvB=m 得R=,考点一 磁场的描述 安培力,

9、1.(2017课标,18,6分)如图,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面 固定放置,两者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时,纸面内与两 导线距离均为l的a点处的磁感应强度为零。如果让P中的电流反向、其他条件不变,则a点处磁 感应强度的大小为 ( ) A.0 B. B0 C. B0 D.2B0,B组 统一命题、省(区、市)卷题组,答案 C 本题考查磁感应强度的矢量性和安培定则。两导线中通电流I时,两电流在a点处的 磁感应强度与匀强磁场的磁感应强度的矢量合为0,则两电流磁感应强度的矢量和为-B0,如图甲 得B= B0。P中电流反向后,如图乙,B

10、合=B= B0,B合与B0的矢量和为B总= B0,故C项正确。 甲 乙,易错点评 概念的理解、矢量合成法则的运用 正确运用安培定则画出甲、乙两图。 由P和Q电流为I时合场强为0,得出B0的方向水平向左和B的大小为 B0。 P中的电流反向,则P的磁场反向,Q的磁场大小和方向不变。 注意各物理量间的夹角大小关系。,2.(2017江苏单科,1,3分)如图所示,两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r。圆形匀强磁场B的边 缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之比为 ( ) A.11 B.12 C.14 D.41,答案 A 磁通量=BS,其中B为磁感应强度,S为与B垂直的有效面积。因为是同一磁场

11、,B相 同,且有效面积相同,Sa=Sb,故a=b。选项A正确。,易错点评 虽然两线圈面积不同,但是有效面积相等。,3.(2017上海单科,11,4分)如图,一导体棒ab静止在U形铁芯的两臂之间。电键闭合后导体棒受到 的安培力方向 ( ) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右,答案 D 本题考查电流的磁效应、安培力及左手定则。根据图中的电流方向,由安培定则知 U形铁芯下端为N极,上端为S极,ab中的电流方向由ab,由左手定则可知导体棒受到的安培力 方向向右,选项D正确。,思路分析 绕有线圈的U形铁芯为电磁铁,据通过线圈的电流方向,确定U形铁芯的磁极,再通过 左手定则确定安培力的方向。,4.(2

12、017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11 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

13、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L1、L2 所在平面垂直,A错误、B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

14、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F1F2F3=11 ,故A、D错误,B、C正确。,5.(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

15、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,答案 AD 本题考查安培力、电路。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1 80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

16、示 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,依靠惯性连续转动,而不能受到交变的安培力作用。,6.(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,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。,7.(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,