• 1.83 MB
  • 2021-05-27 发布

2017年高考题和高考模拟题物理分项版汇编专题11 磁场

  • 10页
  • 当前文档由用户上传发布,收益归属用户
  1. 1、本文档由用户上传,淘文库整理发布,可阅读全部内容。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,请立即联系网站客服。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细阅读内容确认后进行付费下载。
  4. 网站客服QQ:403074932
‎ 专题11 磁场 ‎1.[2016·北京卷] 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(  )‎ 图1‎ 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 答案:C ‎ 解析: 根据“则能指南,然常微偏东,不全南也”知,选项A正确.由图可知地磁场的南极在地理北极附近,选项B正确.由图可知在两极附近地磁场与地面不平行,选项C不正确.由图可知赤道附近的地磁场与地面平行,射向地面的带电宇宙粒子运动方向与磁场方向垂直,会受到磁场力的作用,选项D正确.‎ ‎2.[2016·天津卷] 电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置,其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度.电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论:如图1所示,将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上,斜面与水平方向夹角为θ.一质量为m的条形磁铁滑入两铝条间,恰好匀速穿过,穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定,其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同.磁铁端面是边长为d的正方形,由于磁铁距离铝条很近,磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场,磁感应强度为B,铝条的高度大于d,电阻率为ρ.为研究问题方便,铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场,其他部分电阻和磁场可忽略不计,假设磁铁进入铝条间以后,减少的机械能完全转化为铝条的内能,重力加速度为g.‎ 图1‎ ‎(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流I;‎ ‎(2)若两铝条的宽度均为b,推导磁铁匀速穿过铝条间时速度v的表达式;‎ ‎(3)在其他条件不变的情况下,仅将两铝条更换为宽度b′>b的铝条,磁铁仍以速度v进入铝条间,试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化.‎ 解析: (1)磁铁在铝条间运动时,两根铝条受到的安培力大小相等,均为F安,有 F安=IdB ①‎ 磁铁受到沿斜面向上的作用力为F,其大小 F=2F安 ②‎ 磁铁匀速运动时受力平衡,则有 F-mgsin θ=0  ③‎ 联立①②③式可得I=  ④‎ ‎(2)磁铁穿过铝条时,在铝条中产生的感应电动势为E,有 E=Bdv ⑤‎ 铝条与磁铁正对部分的电阻为R,由电阻定律有 R=ρ ⑥‎ 由欧姆定律有 I= ⑦‎ 联立④⑤⑥⑦式可得v= ⑧‎ ‎(3)磁铁以速度v进入铝条间,恰好做匀速运动时,磁铁受到沿斜面向上的作用力F,联立①②⑤⑥⑦式可得F= ⑨‎ 当铝条的宽度b′>b时,磁铁以速度v进入铝条间时,磁铁受到的作用力变为F′,有 F′= ⑩‎ 可见F′>F=mgsin θ,磁铁所受到的合力方向沿斜面向上,获得与运动方向相反的加速度,‎ 磁铁将减速下滑,此时加速度最大.之后,随着运动速度减小,F′也随着减小,磁铁所受的合力也减小,由于磁铁加速度与所受到的合力成正比,磁铁的加速度逐渐减小.综上所述,磁铁做加速度逐渐减小的减速运动,直到F′=mgsin θ时,磁铁重新达到平衡状态,将再次以较小的速度匀速下滑.‎ ‎3.[2016·全国卷Ⅱ] 一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中,磁场方向与筒的轴平行,筒的横截面如图所示.图中直径MN的两端分别开有小孔,筒绕其中心轴以角速度ω顺时针转动.在该截面内,一带电粒子从小孔M射入筒内,射入时的运动方向与MN成30°角.当筒转过90°时,该粒子恰好从小孔N飞出圆筒.不计重力.若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞,则带电粒子的比荷为(  )‎ 图1‎ A. B. C. D. 答案:A ‎ 解析: 作出粒子的运动轨迹如图所示,其中O′为粒子运动轨迹的圆心,由几何关系可知∠MO′N′=30°.‎ 由粒子在磁场中做匀速圆周运动的规律可知qvB=m,T=,得T=,即比荷=,由题意知t粒子=t筒,即·T=·T筒,则T=3T筒,又T筒=,故=,选项A正确.‎ ‎4.[2016·全国卷Ⅲ] 平面OM和平面ON之间的夹角为30°,其横截面(纸面)如图1所示,平面OM上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外.一带电粒子的质量为m,电荷量为q(q>0).粒子沿纸面以大小为v的速度从OM 的某点向左上方射入磁场,速度与OM成30°角.已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点,并从OM上另一点射出磁场.不计重力.粒子离开磁场的出射点到两平面交线O的距离为(  )‎ 图1‎ A. B. C. D. 答案:D ‎ 解析: 设射入磁场的入射点为A,延长入射速度v所在直线交ON于一点C,则轨迹圆与AC相切;由于轨迹圆只与ON有一个交点,所以轨迹圆与ON相切,所以轨迹圆的圆心必在∠ACD的角平分线上,作出轨迹圆如图所示,其中O′为圆心,B为出射点.‎ 由几何关系可知∠O′CD=30°,Rt△O′DC中,CD=O′D·cot 30°=R;由对称性知,AC=CD=R;等腰△ACO中,OA=2AC·cos 30°=3R;等边△O′AB中,AB=R,所以OB=OA+AB=4R.由qvB=m得R=,所以OB=,D正确.‎ ‎5.[2016·北京卷] 如图1所示,质量为m、电荷量为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.‎ 图1‎ 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.‎ ‎6.[2016·四川卷] 如图1所示,正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场.一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域,当速度大小为vb时,从b点离开磁场,在磁场中运动的时间为tb,当速度大小为vc时,从c点离开磁场,在磁场中运动的时间为tc,不计粒子重力.则(  )‎ 图1‎ A.vb∶vc=1∶2,tb∶tc=2∶1‎ B.vb∶vc=2∶1,tb∶tc=1∶2‎ C.vb∶vc=2∶1,tb∶tc=2∶1‎ D.vb∶vc=1∶2,tb∶tc=1∶2‎ 答案:A ‎ 解析: 由题可得带正电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,且洛伦兹力提供做圆周运动的向心力,作出粒子两次运动的轨迹如图所示 由qvB=m=mr可以得出vb∶vc=rb∶rc=1∶2, 又由t=T可以得出时间之比等于偏转角之比.由图看出偏转角之比为2∶1,则tb∶tc=2∶1,选项A正确.‎ ‎7.[2016·全国卷Ⅰ] 现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图1所示,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为(  )‎ 图1‎ A.11 B.12‎ C.121 D.144‎ 答案:D 解析:粒子在电场中加速,设离开加速电场的速度为v,则qU=mv2,粒子进入磁场做圆周运动,半径r==,因两粒子轨道半径相同,故离子和质子的质量比为144,选项D正确.‎ ‎8.[2016·江苏卷] 回旋加速器的工作原理如图1甲所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间狭缝的间距为d,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,被加速粒子的质量为m,电荷量为+q,加在狭缝间的交变电压如图乙所示,电压值的大小为U0.周期T=.一束该种粒子在t=0~时间内从A处均匀地飘入狭缝,其初速度视为零.现考虑粒子在狭缝中的运动时间,假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动,不考虑粒子间的相互作用.求: ‎ ‎(1)出射粒子的动能Em;‎ ‎(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0;‎ ‎(3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出,d应满足的条件.‎ 图1‎ 解析: (1)粒子运动半径为R时 qvB=m 且Em=mv2‎ 解得Em= ‎(2)粒子被加速n次达到动能Em,则Em=nqU0‎ 粒子在狭缝间做匀加速运动,设n次经过狭缝的总时间为Δt 加速度a= 匀加速直线运动nd=a·Δt2‎ 由t0=(n-1)·+Δt,解得t0=- ‎(3)只有在 0~时间内飘入的粒子才能每次均被加速 则所占的比例为η= 由η>99%,解得d< ‎9.[2016·四川卷] 如图1所示,图面内有竖直线DD′,过DD′且垂直于图面的平面将空间分成Ⅰ、Ⅱ两区域.区域Ⅰ有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直于图面的匀强磁场B(图中未画出);区域Ⅱ有固定在水平面上高h=2l、倾角α=的光滑绝缘斜面,斜面顶端与直线DD′距离s=4l,区域Ⅱ可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出);C点在DD′上,距地面高H=3l.零时刻,质量为m、带电荷量为q的小球P在K点具有大小v0= ‎、方向与水平面夹角θ=的速度,在区域Ⅰ内做半径r=的匀速圆周运动,经C点水平进入区域Ⅱ.某时刻,不带电的绝缘小球A由斜面顶端静止释放,在某处与刚运动到斜面的小球P相遇.小球视为质点,不计空气阻力及小球P所带电荷量对空间电磁场的影响.l已知,g为重力加速度.‎ ‎(1)求匀强磁场的磁感应强度B的大小;‎ ‎(2)若小球A、P在斜面底端相遇,求释放小球A的时刻tA;‎ ‎(3)若小球A、P在时刻t=β(β为常数)相遇于斜面某处,求此情况下区域Ⅱ的匀强电场的场强E,并讨论场强E的极大值和极小值及相应的方向.‎ 图1‎ 解析: (1)由题知,小球P在区域Ⅰ内做匀速圆周运动,有 m=qv0B 代入数据解得B=.‎ ‎(2)小球P在区域Ⅰ做匀速圆周运动转过的圆心角为θ,运动到C点的时刻为tC,到达斜面底端时刻为t1,有 tC= s-hcot α=v0(t1-tC)‎ 小球A释放后沿斜面运动加速度为aA,与小球P在时刻t1相遇于斜面底端,有 mgsin α=maA =aA(t1-tA)2‎ 联立以上方程解得tA=(3-2).‎ ‎(3)设所求电场方向向下,在t′A时刻释放小球A,小球P在区域Ⅱ运动加速度为aP,有 s=v0(t-tC)+aA(t-t′A)cos α mg+qE=maP H-h+aA(t-t′A)2sin α=aP(t-tC)2‎ 联立相关方程解得E= 对小球P的所有运动情形讨论可得3≤β≤5‎ 由此可得场强极小值为Emin=0;场强极大值为Emax=,方向竖直向上.‎ ‎10.[2016·浙江卷] 为了进一步提高回旋加速器的能量,科学家建造了“扇形聚焦回旋加速器”.在扇形聚焦过程中,离子能以不变的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转.‎ 扇形聚焦磁场分布的简化图如图111所示,圆心为O的圆形区域等分成六个扇形区域,其中三个为峰区,三个为谷区,峰区和谷区相间分布.峰区内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,谷区内没有磁场.质量为m,电荷量为q的正离子,以不变的速率v旋转,其闭合平衡轨道如图中虚线所示.‎ ‎(1)求闭合平衡轨道在峰区内圆弧的半径r,并判断离子旋转的方向是顺时针还是逆时针;‎ ‎(2)求轨道在一个峰区内圆弧的圆心角θ,及离子绕闭合平衡轨道旋转的周期T;‎ ‎(3)在谷区也施加垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B′,新的闭合平衡轨道在一个峰区内的圆心角θ变为90°,求B′和B的关系.已知:sin(α±β)=sin αcos β±cos αsin β,cos α=1-2sin2.‎ 图111‎ 解析: (1)峰区内圆弧半径r= ①‎ 旋转方向为逆时针方向 ②‎ ‎(2)由对称性,峰区内圆弧的圆心角θ= ③‎ 每个圆弧的长度l== ④‎ 每段直线长度L=2rcos=r= ⑤‎ 周期T= ⑥‎ 代入得T= ⑦‎ ‎(3)谷区内的圆心角θ′=120°-90°=30° ⑧‎ 谷区内的轨道圆弧半径r′= ⑨‎ 由几何关系rsin=r′sin ⑩‎ 由三角关系sin=sin 15°= 代入得B′=B

相关文档