2018届二轮复习磁场及带电粒子在磁场中的运动（共49张）（全国通用）

2018届二轮复习磁场及带电粒子在磁场中的运动（共49张）（全国通用）

核心专题突破 第一部分 第 2 讲　磁场及带电粒子在磁场中的运动 专题三　电场和磁场 栏目导航 2 年考情回顾 热点题型突破 对点规范演练 热点题源预测 逐题对点特训 2 年考情回顾 设问 方式 ① 带电粒子在磁场中的运动 [ 例 ] (2017 · 全国卷 Ⅱ ， 18 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅲ ， 24 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅲ ， 18 题 ) (2016 · 浙江卷， 25 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅰ ， 15 题 ) 　 (2016 · 全国卷 Ⅱ ， 18 题 ) ② 磁场和安培力 [ 例 ] (2017 · 全国卷 Ⅰ ， 19 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅱ ， 21 题 ) 　 (2017 · 全国卷 Ⅲ ， 18 题 ) 审题 要点 ① 要审清粒子电性，入射速度方向，磁场方向，从而能正确确定粒子偏转方向． ② 画出粒子运动轨迹，确定入射点和出射点，圆心，找准角度关系，定好圆半径 热点题型突破 题型一　对磁场性质的理解和应用 命题规律 高考对该热点考查一般为选择题， 命题规律 是： (1) 磁场的产生及磁感应强度的叠加； (2) 安培定则和右手定则的应用． 方法点拨 磁场的叠加类问题的分析方法 (1) 根据安培定则确定通电导线周围磁感线的方向． (2) 磁场中每一点磁感应强度的方向为该点磁感线的切线方向． (3) 磁感应强度是矢量，多个通电导体产生的磁场叠加时，合磁场的磁感应强度等于各场源单独存在时在该点磁感应强度的矢量和． BC 突破点拨 (1) 判断每一直线电流在另外两电流所在处的磁场方向． (2) 根据磁场叠加原理分析 L 1 、 L 2 、 L 3 所在处的合磁场方向和大小． (3) 由左手定则判断 L 1 和 L 3 受到的磁场力方向，由 F ＝ BIL 分析 L 1 、 L 2 、 L 3 单位长度所受磁场力大小之比． 解析 由安培定则可判断出 L 2 在 L 1 处产生的磁场 ( B 21 ) 方向垂直 L 1 和 L 2 的连线竖直向上， L 3 在 L 1 处产生的磁场 ( B 31 ) 方向垂直 L 1 和 L 3 的连线指向右下方，根据磁场叠加原理， L 3 和 L 2 在 L 1 处产生的合磁场 ( B 合 1 ) 方向如图甲所示，根据左手定则可判断出 L 1 所受磁场作用力的方向与 L 2 和 L 3 的连线平行，选项 A 错误；同理，如图乙所示，可判断出 L 3 所受磁场 ( B 合 3 ) 作用力的方向 ( 竖直向上 ) 与 L 1 、 L 2 所在的平面垂直，选项 B 正确；同理，如图丙所示，设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为 B ，根据几何知识可知， B 合 1 ＝ B ， B 合 2 ＝ B ， B 合 3 ＝ B ，由安培力公式可知， L 1 、 L 2 和 L 3 单位长度所受的磁场作用力大小与该处的磁感应强度大小成正比，所以 L 1 、 L 2 和 L 3 单位长度所受的磁场作用力大小之比为 1 ∶ 1 ∶ ，选项 C 正确， D 错误． 【变式考法 】 上题中若 L 1 中电流 I 在三角形几何中心 O 点产生磁感应强度大小为 B 0 ，则 L 1 、 L 2 和 L 3 中电流在 O 点的合磁场的磁感应强度多大？ 解析 根据安培定则判断三电流在 O 点磁场方向，磁感应强度大小均为 B 0 . 再由矢量合成知 O 点的磁场的磁感应强度 B ＝ 2 B 0 . 答案 2 B 0 2 ． (2017 · 全国卷 Ⅲ ) 如图，在磁感应强度大小为 B 0 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 . 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 中的电流反向而其他条件不变，则 a 点处磁感应强度的大小为 ( 　　 ) C D 磁场特性 (1) 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，决定于磁场本身，与试探电荷无关，其叠加遵循平行四边形定则． (2) 判断电流产生的磁场方向或判断产生磁场的电流方向用右手定则． (3) 判断安培力、洛伦兹力的方向用左手定则，但要注意电荷的正负． 题型二　磁场对电流的作用 命题规律 磁场对电流的作用是近几年高考的热点之一， 命题规律 主要集中在以下两点： (1) 安培力的大小计算和方向判断．安培力作用下的平衡和运动． (2) 与电磁感应相结合，考查力电知识的综合应用． 方法点拨 解决磁场中导体运动问题的一般思路 (1) 正确地对导体棒进行受力分析，应特别注意通电导体棒受到的安培力的方向，安培力与导体棒和磁感应强度组成的平面垂直． (2) 画出辅助图 ( 如导轨、斜面等 ) ，并标明辅助方向 ( 磁感应强度 B 、电流 I 的方向 ) ． (3) 选择观察方向，将立体的受力分析图转化为平面受力分析图，即画出与导体棒垂直的平面内的受力分析图． 1 ． (2017 · 福建泉州模拟 ) 如图所示，两平行金属导轨间的距离 L ＝ 0.40 m ，金属导轨所在的平面与水平面夹角 θ ＝ 37° ，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度 B ＝ 0.50 T 、方向垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势 E ＝ 4.5 V 、内阻 r ＝ 0.50 Ω 的直流电源．现把一个质量 m ＝ 0.040 kg 的导体棒 ab 放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻 R 0 ＝ 2.5 Ω ，金属导轨电阻不计， g 取 10 m/s 2 . 已知 sin 37° ＝ 0.60 ， cos 37° ＝ 0.80 ，求： (1) 通过导体棒的电流 I ； (2) 导体棒受到的安培力 F 安 的大小； (3) 导体棒受到的摩擦力 F f . 突破点拨 将立体图转化为平面图，受力分析时弄清各力大小和方向的关系． (3) 导体棒受力如图所示，将重力沿平行于导轨平面方向分解，有 F 1 ＝ mg sin 37° ＝ 0.24 N ， F 1 ＜ F 安 ，导体棒静止，根据平衡条件得 mg sin 37° ＋ F f ＝ F 安 解得 F f ＝ 0.06 N ，方向沿导轨平面向下． 答案 (1)1.5 A ，方向由 b 指向 a 　 (2)0.30 N (3)0.06 N ，方向沿导轨平面向下 【变式考法 】 在上述题 1 中，仅将磁场方向变为竖直向上，导体棒仍静止，求导体棒受到的摩擦力． 解析 导体棒所受安培力大小 F B ＝ BIL ＝ 0.3 N 方向水平向右，对导体列平衡方程有 F f ＝ mg sin θ － BIL cos θ ＝ 0 所以导体所受静摩擦力为 0. 答案 0 2 ． (2017 · 全国卷 Ⅱ )( 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 ( 　　 ) AD 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都刮掉 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 解析 如果将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，则线圈在安培力作用下转动起来，每转一周安培力驱动一次，可保证线圈不断地转动， A 项正确；如果左、右转轴上下侧的绝缘漆均刮掉，不能保证线圈持续转动下去， B 项错误；如果仅左转轴的上侧绝缘漆刮掉，右转轴的下侧绝缘漆刮掉，则线圈中不可能有电流，因此线圈不可能转动， C 项错误；如果左转轴上下侧的绝缘漆均刮掉，右转轴仅下侧的绝缘漆刮掉效果与 A 项相同，因此 D 项正确． 3 ． (2017 · 陕西西安模拟 )( 多选 ) 如图甲所示，两根光滑、电阻可以忽略不计的平行导轨水平放置，间距为 L ，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为 B ，垂直于平行导轨放置一根电阻为 r 的匀质金属棒，从 t ＝ 0 时刻起，释放金属棒且通入如图乙所示的电流，图甲中电流所示方向为电流正方向，金属棒在安培力作用下水平向右运动，则下列说法正确的是 ( 　　 ) AC 安培力作用下的平衡与运动问题的求解 题型三　带电粒子在匀强磁场中的运动 命题规律 带电粒子在磁场中的运动是历年高考的热点，近几年高考难度略有降低，题型有选择题，也有计算题． 命题特点是： (1) 考察磁场的性质、洛伦兹力的特点及圆周运动的周期性等问题． (2) 结合圆周运动规律、几何知识，综合考查应用数学知识处理物理问题的能力． 方法点拨 一般解题思路 1 ． (2017 · 湖北武汉调考 )( 多选 ) 如图所示，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点 O 和 y 轴上的点 a (0 ， L ) ．一质量为 m 、电荷量为 e 的电子从 a 点以初速度 v 0 平行于 x 轴正方向射入磁场，并从 x 轴上的 b 点射出磁场，此时速度方向与 x 轴正方向的夹角为 60°. 下列说法中正确的是 ( 　　 ) BD 突破点拨 (1) 电子以初速度 v 0 平行 x 轴正方向射入磁场，并从 x 轴上的 b 点射出磁场，此时速度方向与 x 轴方向的夹角为 60° ，则可明确电子在磁场运动的弧 ab 所对的圆心角． (2) 明确磁场区域的圆心跟弦 Oa 和 Ob 的关系． 【变式考法 】 在上述题 1 中，匀强磁场区域的磁感应强度多大？ C 3 ． (2017 · 河北石家庄二中模拟 )( 多选 ) 如图所示， S 处有一粒子源，可向纸面内任意方向不断地均匀发射质量为 m ＝ 6.4 × 10 － 27 kg ，带电荷量 q ＝＋ 3.2 × 10 － 19 C ，速度大小 v ＝ 1.0 × 10 6 m/s 的带电粒子，有一垂直纸面的感光板，其在纸面内的长度为 0.4 m ，中点 O 与 S 连线垂直板， OS 距离为 0.2 m ，板下表面和上表面被粒子击中会把粒子吸收，整个平面充满方向垂直于纸面向外的匀强磁场 ( 图中未画出 ) ，磁感应强度为 B ＝ 0.1 T ，不考虑粒子间的相互作用，则 ( 　　 ) AD 带电粒子在匀强磁场中的 “ 四点、六线、三角 ” (1) 四点：入射点 B 、出射点 C 、轨迹圆心 A 、入射速度直线与出射速度直线的交点 O . (2) 六线：圆弧两端点所在的轨迹半径 r ，入射速度直线和出射速度直线 OB 、 OC ，入射点与出射点的连线 BC ，圆心与两条速度直线交点的连线 AO . (3) 三角：速度偏转角 ∠ COD 、圆心角 ∠ BAC ( 回旋角 ) 、弦切角 ∠ OBC ，其中偏转角等于圆心角． 热点题源预测 带电粒子在有界磁场中的临界和极值问题 考向 预测 带电粒子在有界磁场中的圆周运动往往会出现临界和极值问题，有时还会出现多解问题．这类问题对考生分析能力，判断能力和综合运用知识能力要求极高，受到命题者的青睐 解题 关键 (1) 解决本类问题的一般思路： ① 首先要明确带电粒子的电性和磁场的方向． ② 正确地找出带电粒子运动的临界状态，以题目中的关键词“恰好”“最高”“最长”“至少”等为突破口． ③ 画出粒子的运动轨迹，确定圆心、半径，由几何关系确定边角关系． (2) 巧解带电粒子在磁场运动的临界轨迹的方法： ① 动态放缩法：定点粒子源发射速度大小不同、方向相同的同种粒子，速度越大半径越大，圆心在垂直初速度方向的直线上． ② 旋转平移法：定点粒子源发射速度大小相等、方向不同的同种粒子的运动轨迹的圆心在以入射点为圆心，半径为 R ＝的圆上 失分 防范 (1) 解决带电粒子在磁场中运动的临界和极值问题极易从以下几点失分： ① 审题过程出现多层思维障碍，不能把粒子的运动和磁场的分布相结合分析问题； ② 对定圆心、求半径、找转角、画轨迹、求时间的方法不熟练； ③ 找不出临界点，挖掘不出临界条件； ④ 数学功底薄弱，求不出临界极值． (2) 可从以下几点进行防范： ① 正确判定洛伦兹力方向，确定轨迹的弯曲方向； ② 熟练掌握圆心、半径、轨迹、转角、时间的求解或确定方法； ③ 灵活运用物理方程、几何知识找出等量关系，求出临界极值 【预测 】 如图所示，空间存在一个半径为 R 0 的圆形匀强磁场区域．磁场的方向垂直于纸面向里，磁感应强度的大小为 B ，有一个粒子源在纸面内沿各个方向以一定速率发射大量粒子，粒子的质量为 m 、电荷量为＋ q . 将粒子源置于圆心，则所有粒子刚好都不离开磁场，不考虑粒子之间的相互作用． 思维导航 规范答题