2020年高考物理专题卷：专题08（磁场）答案与解析

2020年高考物理专题卷：专题08（磁场）答案与解析

‎2020年专题卷物理专题八答案与解析 ‎1．【命题立意】主要考查磁场的磁感线分布与磁感应强度大小的变化的特点。‎ ‎【思路点拨】我们可以从条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线分布看出，两极处磁感线最密，而磁铁的两极处磁场最强。因此磁感线的疏密可以反映磁场的强弱，磁感线分布密的地方磁场就强，反之则弱。‎ ‎【答案】C【解析】磁感线是为了形象地描述磁场而人为假想的曲线。其疏密程度反映磁场的强弱，磁感线越密的地方磁场越强，沿z轴正方向磁感线由密到疏再到密，即磁感应强度由大到小再到大，只有C正确。‎ ‎2．【命题立意】主要考查带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式、周期公式。‎ ‎【思路点拨】若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内，以入射速率v做匀速圆周运动。①轨道半径公式：r=mv/qB②周期公式：T=2πm/qB。‎ ‎【答案】AD【解析】作出示意图如图所示，根据几何关系可以看出，当粒子从d点射出时，轨道半径增大为原来的二倍，由半径公式可知，速度也增大为原来的二倍，选项A正确，显然选项C错误；当粒子的速度增大为原来的四倍时，才会从f点射出，选项B错误；据粒子的周期公式，可见粒子的周期与速度无关，在磁场中的运动时间取决于其轨迹圆弧所对应的圆心角，所以从e、d射出时所用时间相等，从f点射出时所用时间最短。‎ ‎3．【命题立意】主要考查洛伦兹力的特性。‎ ‎【思路点拨】洛伦兹力的大小f=qvB，条件v⊥B当v∥B时，f=0。洛伦兹力的特性：洛伦兹力始终垂直于v的方向，所以洛伦兹力一定不做功。‎ ‎【答案】B【解析】由题意知，粒子从入射孔以45°角射入匀强磁场，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。能够从出射孔射出的粒子刚好在磁场中运动周期，由几何关系知r＝R，又r＝，解得v＝＝2×106 m/s。‎ ‎4．【命题立意】主要考查安培定则和左手定则。‎ ‎【思路点拨】判断通电导线安培力方向问题的基本方法：（1）画出导线所在处的磁场方向；（2）确定电流方向；（3）根据左手定则确定受安培力的方向。‎ ‎【答案】CD【解析】导线框通过磁场区域时，根据安培定则和左手定则，导线框要受到竖直向上安培力作用，导线框既不能做自由落体运动，也不能做曲线运动，A、B错。导线框通过磁场区域时要克服安培力做功，机械能会减少，C对。导线框在穿过磁场区域时，上下两个导线受到的安培力方向都向上，D对。‎ ‎5．【命题立意】主要考查通电导线安培力方向问题。‎ ‎【思路点拨】判断安培力的方向时用左手定则。要注意左手定则与右手定则应用的区别，两个定则的应用可简单总结为：“因电而动”用左手，“因动而电”用右手，因果关系不可混淆。‎ ‎【答案】AC【解析】根据电流的方向判定可以知道B中的电流方向是向上的，那么在B导线附近的磁场方向为逆时针方向，即为A磁铁N极的受力方向；由于D磁铁产生的磁场呈现出由N极向外发散，C中的电流方向是向下的，由左手定则可知C受到的安培力方向为顺时针。故选项AC正确。‎ ‎6．【命题立意】主要考查粒子在磁场中做匀速圆周运动。‎ ‎【思路点拨】当带电粒子垂直于磁场方向射入磁场时，洛仑兹力提供向心力，粒子将作匀速圆周运动。‎ ‎【答案】D【解析】依据，粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为：。已知 - 5 -‎ ‎，电子电量为e，电子质量不计。由此可知，离子吸收的电子个数为。‎ ‎7．【命题立意】主要考查带电粒子在磁场中的偏转问题。‎ ‎【思路点拨】带电粒子在磁场中的连续运动，关键在于正确地画出带电粒子在不同磁场中的运动轨迹，而要正确地画出带电粒子的运动轨迹，则特别需要注意在不同磁场交界处带电粒子的运动方向。正确地做出粒子在交界磁场处的速度方向，成为确定带电粒子运动轨迹的关键。‎ ‎【答案】AC【解析】若电子束的初速度不为零，则qU=mv2/2- mv02/2，，轨道半径，增大偏转磁场的磁感应强度，轨道半径减小，电子束偏转到P点外侧；增大加速电压，轨道半径增大，电子束偏转回到P点；将圆形磁场区域向屏幕靠近些，电子束偏转回到P点。正确答案选AC。‎ ‎8．【命题立意】主要考查带电粒子在磁场中做圆周运动问题。‎ ‎【思路点拨】带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动类题目的解答步骤可概括为：画轨迹、找联系、用规律。带电粒子的受力遵从洛伦兹力公式，粒子的圆周运动遵从牛顿第二定律。‎ ‎【答案】BD【解析】RAcos30°+RA=d，RBcos60°+RB=d，，解得，A错B对；因，故，故，C错D对。‎ ‎9．【命题立意】主要考查带电粒子在复合场中的运动。‎ ‎【思路点拨】解带电粒子在复合场中的运动问题，首先要认识清楚是怎样的复合场，是磁场、电场与重力场中的哪两个还是三个场共存；其次要正确地对带电粒子进行受力分析；接着要对带电粒子的运动情况作出正确的判断。‎ ‎【答案】B【解析】小球在磁场中的运动可以看作一个水平方向的圆周运动和一个竖直方向的匀加速运动。在磁场中运动一周的时间为T，则，在磁场中的运动总时间 又因为已知：，所以小球在磁场中做圆周运动的圈数，又因为圆周运动的半径。投影图如右图所示：‎ 则，‎ ‎10．【命题立意】主要考查粒子速度选择器的原理。‎ ‎【思路点拨】速度选择器其工作原理：带电粒子垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场的复合场空间，所受电场力和洛仑兹力方向相反，大小相等。‎ ‎【答案】C【解析】粒子要想无偏转的通过区域Ⅱ，进入收集室的小孔O3，需要满足qE=qvB，即粒子的速度v=E/B，C正确。‎ ‎11．【命题立意】主要考查通电导线在安培力作用下的运动。‎ ‎【思路点拨】判断通电导线在安培力作用下的运动方向问题的基本方法：（1）画出导线所在处的磁场方向；（2）确定电流方向；（3）根据左手定则确定受安培力的方向；（4）根据受力情况判断运动情况。‎ ‎【答案】磁感强度B=‎ ‎【解析】由题意知，当通以电流I1时，安培力为F1=BI1L（1分）‎ - 5 -‎ 由牛顿第二定律有：F1-f1=（M+m）a又f1=kv12（1分）三式解得：k=（1分）‎ 当电流为I2时，安培力为F2=BI2L（1分）f2=kv22（1分）由题知：F2=f2 解得：B=（1分）‎ ‎12．【命题立意】主要考查洛伦兹力 ‎【思路点拨】洛伦兹力与安培力的关系：洛伦兹力是安培力的微观实质，安培力是洛伦兹力的宏观表现。所以洛伦兹力的方向与安培力的方向一样也由左手定则判定。‎ ‎【答案】（1）电场E的方向与x轴正方向成30°角斜向右上方 103m/s （2）T （3）3.1×10-2m2‎ ‎【解析】（1）由于重力忽略不计，微粒在第一象限内仅受电场力和洛伦兹力，且微粒做直线运动，速度的变化会引起洛仑兹力的变化，所以微粒必做匀速直线运动。这样，电场力和洛仑兹力大小相等，方向相反，电场E的方向与微粒运动的方向垂直，即与x轴正方向成30°角斜向右上方。‎ 由力的平衡条件有Eq=Bqv（1分）‎ 得v=m/s =103m/s（1分）‎ ‎（2）微粒从B点进入第二象限的磁场B'中，画出微粒的运动轨迹如右图。‎ 粒子在第二象限内做圆周运动的半径为R，由几何关系可知 R=cm=cm。（1分）‎ 微粒做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，即qvB′=m（1分）‎ B′=（1分）代入数据解得B′=T（1分）‎ ‎（3）由图可知，B、D 点应分别是微粒进入磁场和离开磁场的点，磁场B′的最小区域应该分布在以BD为直径的圆内。由几何关系易得BD=20cm，磁场圆的最小半径r=10cm。（1分）‎ 所以，所求磁场的最小面积为S=πr2=0.01π=3.1×10-2m2（1分）‎ ‎13．【命题立意】主要考查带电粒子在有界电磁场中的运动问题 ‎【思路点拨】带电粒子在电磁场中的运动是历年高考考查的热点之一。分析问题的关键在于分析粒子在电场、磁场中运动状态，各种运动之间的速度关联如何以及画出粒子的运动轨迹。注意粒子在边界电场、磁场中出进磁场的速度大小与方向为该题求解的突破口。本题考查考生综合应用学科内知识分析解决物理问题的能力。‎ ‎【答案】（1）（2）（3）‎ ‎【解析】（1）对带电小球进行受力分析，带电小球受重力mg和电场力F，F合=Fsinθ，mg=Fcosθ（1分）‎ 解得F合=mgtanθ（1分）‎ 根据动能定理，‎ 解得（2分）‎ （2） 带电小球进入电磁场区域后做匀速圆周运动，说明电场力和重力平衡，带电小球只在洛伦兹力作用下运动。通过几何知识可以得出，带电粒子在磁场中运动了圆周，运动时间为（2分）‎ - 5 -‎ ‎（3）带电小球在竖直方向运动的高度差等于一个半径，h=R=（2分）‎ 重力做的功为（2分）‎ ‎14．【命题立意】本题考查带电粒子在电磁场中运动。‎ ‎【思路点拨】此题构思巧妙，很好地考查了带电粒子在电磁场中运动的物理模型，对考生的审题能力、建模能力、分析综合能力、运用数学知识解决物理问题的能力等都达到了理想的考查目的。‎ ‎【答案】（1）gt0；（2）如下图所示；（3）‎ ‎【解析】（1）0~t0内，小球只受重力作用，做平抛运动。当同时加上电场和磁场时，电场力：F1=qE0=mg，方向向上（1分）因为重力和电场力恰好平衡，所以在电场和磁场同时存在时小球只受洛伦兹力而做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有：（1分）‎ 运动周期，‎ 联立解得T＝2t0（1分）‎ 电场、磁场同时存在的时间正好是小球做圆周运动周期的5倍，即在这10t0内，小球恰好做了5个完整的匀速圆周运动。所以小球在t1=12 t0时刻的速度相当于小球做平抛运动t＝2t0时的末速度。‎ vy1=g·2t0=2gt0（1分）所以12t0末（1分）‎ ‎（2）24t0内运动轨迹的示意图如右图所示。（2分）‎ ‎（3）分析可知，小球在30t0时与24t0时的位置相同，在24t0内小球做了t2=3t0的平抛运动，和半个圆周运动。‎ ‎23t0末小球平抛运动的竖直分位移大小为：‎ ‎（1分）竖直分速度vy2=3gt0（1分）‎ 所以小球与竖直方向的夹角为θ＝45°，速度大小为（1分）‎ 此后小球做匀速圆周运动的半径（1分）‎ ‎30t0末小球距x轴的最大距离：＝（1分）‎ ‎15．【命题立意】带电粒子在电磁场中发生偏转。‎ ‎【思路点拨】带电粒子在电场中的运动有三种类型：第一种，当带电粒子沿磁场方向射入磁场时，不受洛仑兹力作用，粒子只作匀速直线运动；第二种，当带电粒子与磁场方向有一定夹角（夹角）不等于90°）入射时，带电粒子将作螺旋线运动；第三种，当带电粒子垂直于磁场方向射入磁场时，洛仑兹力提供向心力，粒子将作匀速圆周运动。‎ - 5 -‎ ‎【答案】（1）（2） ‎ ‎【解析】（1）带电粒子在电场中受到电场力的作用发生偏转，做类平抛运动。‎ 竖直方向：离开电场时的速度vy=v0tan30°（1分）粒子发生偏转的位移（1分）‎ 水平方向：粒子匀速运动的时间（1分）联立以上几式解得，（1分）‎ ‎（2）在电场中粒子受到电场力，由牛顿第二定律得，qE=ma（1分）‎ 根据运动学公式有，vy=at（1分）又因为粒子运动时间t=，所以（1分）‎ 带电粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：（1分）‎ 粒子离开电场时的速度（1分）‎ 粒子在磁场中的运动轨迹如右图所示（1分）‎ 由几何关系得，（1分）解得，（1分）‎ ‎16．【命题立意】本题考查带电粒子在复合场中的运动问题。‎ ‎【思路点拨】首先要认识清楚是怎样的复合场，是磁场、电场与重力场中的哪两个还是三个场共存；其次要正确地对带电粒子进行受力分析；接着要对带电粒子的运动情况作出正确的判断；若带电粒子受力平衡，它将静止或作匀速直线运动；若带电粒子受合外力恒定，它将作匀变速运动；在对粒子的运动形式作出正确判断之后，可结合其受力特点，或运用运动学、动力学公式、或用动量知识、或用动能定理和能量守恒列出方程求解。‎ ‎【答案】（1），小球带正电；（2）PO的最小距离为：；（3）。‎ ‎【解析】（1）小球进入第一象限正交的电场和磁场后，在垂直磁场的平面内做圆周运动，说明重力与电场力平衡，qE＝mg①（1分）‎ 得② 小球带正电。（1分）‎ ‎（2）小球在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，设匀速圆周运动的速度为v、轨道半径为r。‎ 有：③（1分）‎ 小球恰能通过半圆轨道的最高点并沿轨道运动，有：④（1分）‎ 由③④得：⑤（1分）PO的最小距离为：⑥（1分）‎ ‎（3）小球由O运动到N的过程中机械能守恒：mg·2R＋mv2＝mv⑦（1分）‎ 由④⑦得：⑧（1分）‎ 根据运动的独立性可知，小球从N点进入电场区域后，在x轴方向以速度vN做匀速直线运动，沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动，则沿x轴方向有：x＝vNt⑨（1分）‎ 沿电场方向有：z＝at2⑩（1分）⑪（1分）t时刻小球距O点：（1分） ‎ - 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