磁场的最小面积

磁场中的最小面积及动态圆积问题因带电粒子在磁场中做匀速圆周运动轨迹的特殊性，时常出现最小面积问题，常见的有圆形、矩形和三角形等等，以下仅就此类问题进行专题性演练。

【例1】如图所示，一质量为m 重力不计电量为q 的带电质点, 以平行于ox 轴的速度v 从y 轴上的a 点射入图中第一象限所示的区域。

为了使该质点能从x 轴上的b 点以垂直于ox 轴的速度v 射出，可在适当的地方加一个垂直于xy 平面、磁感应强度为B 的匀强磁场。

若此磁场仅分布在一个圆形区域内，试求此圆形磁场区域的最小半径。

【解析】由牛顿第二定律有：2v qvB m R = 可得mv R qB = 圆形磁场区域面积最小的圆是带电粒子在穿越磁场过程中以入射点 和出射点为直径的圆，故22r R = 其最小面积是：222222m v S r q B ππ== 【例2】如图，质量为m 重力不计带电量为q 的带电粒子以速度0v 从O点沿y 轴正向射入垂直于纸面、磁感强度为B 的圆形匀强磁场区域，粒子飞出磁场区域后从b 处穿过x 轴，速度方向与x 轴正向夹角为30°。

试求：（1）圆形磁场区的最小面积；（2）粒子从o 到b 经历的时间。

【解析】（1）由牛顿第二定律有：200v qv B m R = 可得0mv R qB= 如图，圆形磁场区域面积最小的圆是带电粒子以入射点和出射点为直径的圆，其半径°cos30r R =故其最小面积为：22202234m v S r q B ππ== （2）粒子从o 到b 经历的时间为：0132(3)33r m t T v qB π=+=+ 【例3】图为可测定带电粒子比荷装置的简化示意图，在第一象限区域内有垂直于纸面向里磁感应强度-32.010B T =⨯的匀强磁场，在x 轴上距坐标原点0.50L m =的P 处为离子的入射口，在y 上安放接收器，现将一重力不计的带正电的粒子以43.510/v m s =⨯的速率从P 处射入磁场，若粒子在y 轴上距坐标原点0.50L m =的M处被观测到，且运动轨迹半径恰好最小，试求：（1）该带电粒子的比荷q m； （2）为了在M 处观测到按题设条件运动的上述粒子，在第一象限内的磁场可以限制在一个以PM 为边界的矩形区域内，求此矩形磁场区域的最小面积。

能力题提分练(一)一、单项选择题1.(山东临沂二模)如图所示,A、B、C是等边三角形的三个顶点,O为该三角形的中心,在A点和B点分别固定电荷量均为q的正点电荷,在O点固定某未知点电荷q'后,C点的电场强度恰好为零。

则O点处的点电荷q'为( )A.负电荷,电荷量为-qqB.负电荷,电荷量为-√33C.正电荷,电荷量为qD.正电荷,电荷量为√3q2.(山东青岛二模)如图所示,高速公路上一辆速度为90 km/h的汽车紧贴超车道的路基行驶。

驾驶员在A点发现刹车失灵,短暂反应后,控制汽车通过图中两段弧长相等的圆弧从B点紧贴避险车道左侧驶入。

已知汽车速率不变,A、B两点沿道路方向距离为105 m,超车道和行车道宽度均为3.75 m,应急车道宽度为2.5 m,路面提供的最大静摩擦力是车重的12,汽车转弯时恰好不与路面发生相对滑动,重力加速度g取10 m/s2,驾驶员的反应时间为( )A.1.6 sB.1.4 sC.1.2 sD.1.0 s3.如图所示,匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向外,其边界如图中实线所示,a、b、c、d四点共线,ab=2ac=2ae, fe与ab平行,且ae与ab成60°角。

一粒子束在纸面内从c点垂直于ac射入磁场,粒子质量均为m、电荷量均为q(q>0),具有各种不同速率。

不计重力和粒子之间的相互作用。

在磁场中运动时间最长的粒子,其运动时间为( )A.3πm2qB B.4πm3qBC.5πm4qBD.6πm5qB4.(湖南长沙二模)如图甲所示,曲面为四分之一圆弧、质量为m0的滑块静止在光滑水平地面上,一光滑小球以某一速度水平冲上滑块的圆弧面的最下端,且没有从滑块上端冲出去,若测得在水平方向上小球与滑块的速度大小分别为v1、v2,作出图像如图乙所示,重力加速度为g,不考虑任何阻力,则下列说法错误的是( )A.小球的质量为bam0B.小球运动到最高点时的速度为aba+bC.小球能够上升的最大高度为a 22(a+b)gD.若a>b,小球在与滑块分离后向左做平抛运动二、多项选择题5.(山东临沂二模)如图所示,两个半圆柱A、B紧靠着静置于水平地面上,其上有一光滑圆柱C,三者半径均为R。

普通高校招生选考科目模拟考试(二)选择题部分一、选择题Ⅰ(本题共13小题,每小题3分,共39分。

每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的,不选、多选、错选均不得分)1.下列仪器所测物理量的单位,不属于基本单位的是( )2.下列四幅图涉及不同的物理知识,下列说法正确的是( )A.图甲:黑体辐射强度的极大值随温度升高向波长较长的方向移动B.图乙:用竹竿举着蜂鸣器快速转动时听到声音频率发生变化,这是多普勒效应C.图丙:下雪时轻盈的雪花从空中飘落,说明分子在做无规则运动D.图丁:高压输电线上方架有与大地相连的两条导线,其原理是尖端放电3.“福建舰”是中国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰,采用平直通长飞行甲板。

假设某战斗机在跑道上加速时加速度大小为10 m/s2,弹射系统向战斗机提供初速度大小为30 m/s,当战斗机速度达到60 m/s时能离开航空母舰起飞,战斗机在跑道上运动可视为匀加速直线运动。

下列说法正确的是( )A.航空母舰静止,战斗机需在甲板上滑行6 s起飞B.航空母舰静止,战斗机需在甲板上滑行135 m起飞C.若航空母舰沿战斗机起飞方向航行,战斗机需相对甲板滑行135 m起飞D.战斗机在航空母舰上加速运动过程,航空母舰可以看成质点4.假如你在地球赤道上,看到天空中一颗卫星P从你头顶正上方由西向东飞过,另一颗卫星Q从东向西经过头顶正上方,恰好经过12 h两颗卫星都再次经过头顶的正上方。

假设两颗卫星的运动可视为匀速圆周运动,下列说法正确的是( )A.卫星Q比卫星P的周期要大B.卫星Q比卫星P的线速度要大C.卫星Q比卫星P的加速度要大D.卫星Q比卫星P距地球要更近5.一位学生在宿舍中练习“靠墙倒立”的情境如图所示,宿舍的地面水平粗糙,墙面光滑竖直。

针对照片,下列分析判断正确的是( )A.地面对人的作用力与人对地面的压力是一对相互作用力B.墙面对人的作用力和人对墙面的作用力是一对平衡力C.人对地面的压力是因为地面发生形变产生的D.人体的重心位置可能在身体的外部6.用杆秤称量中药,如图所示,三根长度相同的细绳对称地系于圆形秤盘上。

2023届山东省济南市高三教学质量调研（一模）物理试卷一、单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分，在每小题给出的答案中，只有一个符合题目要求。

(共8题)第(1)题1932年，查德威克用未知射线轰击氢核，发现这种射线是由质量与质子大致相等的中性粒子（即中子）组成。

如图，中子以速度分别碰撞静止的氢核和氮核，碰撞后氢核和氮核的速度分别为和。

设碰撞为弹性正碰，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（ ）A．碰撞后氮核的动量比氢核的小B．碰撞后氮核的动能比氢核的小C．大于D．大于第(2)题我国利用小型辐照装置研究病毒灭活，其主要原理是辐照源钴衰变后产生镍和X粒子，并放出射线，利用射线、X粒子束产生的电离作用，使病毒失去感染性。

已知钴60的半衰期为5.27年，下列说法正确的是（ ）A．X粒子为中子B．该衰变属于β衰变，反应放出的射线是一种电磁波C．的结合能比该反应产生的新核的大D ．1g钴60经21年后约有发生了衰变第(3)题如图甲所示，在“观察电容器的充、放电现象”实验中，将单刀双掷开关S与“1”端相接，并将电阻箱的阻值调为R1和R2（R1>R2）两种情况，两次得到的电流I随时间t变化图像如图乙中曲线所示，则（ ）A．实线是电阻箱阻值为R2的结果B．电阻箱阻值越大，电容器充电越快C．实线与横轴所围面积大于虚线与横轴所围面积D．实线与横轴所围面积等于虚线与横轴所围面积第(4)题智能手机安装适当的软件后，利用传感器可测量磁感应强度B的大小。

如图甲所示，在手机上建立三维坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。

某同学在某地对地磁场进行了两次测量，将手机显示屏朝上平放在水平桌面上测量结果如图乙，之后绕x轴旋转某一角度后测量结果如图丙，图中显示数据的单位为μT（微特斯拉）。

已知手机显示屏的面积大约为0.01m2，根据数据可知两次穿过手机显示屏磁通量的变化量约为（ ）A．B．C．D．第(5)题2022年北京冬奥会跳台滑雪空中技巧比赛场地边，有一根系有飘带的风力指示杆，教练员根据飘带的形态提示运动员现场风力的情况。

一、磁场形状为圆状的最小面积计算1.如图，在直角坐标系xOy平面内，虚线MN平行于y轴，N点坐标(－l，0)，MN与y 轴之间有沿y轴正方向的匀强电场，在第四象限的某区域有方向垂直于坐标平面的圆形有界匀强磁场(图中未画出)。

现有一质量为m、电荷量大小为e的电子，从虚线MN上的P点，以平行于x轴正方向的初速度v0射入电场，并从y轴上A点(0，0.5l)射出电场，射出时速度方向与y轴负方向成30°角，此后，电子做匀速直线运动，进入磁场并从圆形有界磁场边界上Q点(3l6，－l)射出，速度沿x轴负方向，不计电子重力。

求：(1)匀强电场的电场强度E的大小？(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小？电子在磁场中运动的时间t是多少？(3)圆形有界匀强磁场区域的最小面积S是多大？解析(1)设电子在电场中运动的加速度为a，时间为t，离开电场时沿y轴方向的速度大小为v y，则a＝eE mv y＝atl＝v0tv0＝v y tan 30°解得E＝3m v20 el。

(2)设轨迹与x轴的交点为D，OD距离为x D，则x D＝0.5l tan 30°x D＝3l 6所以DQ平行于y轴，电子在磁场中做匀速圆周运动的轨道的圆心在DQ上，电子运动轨迹如图所示。

设电子离开电场时速度为v ，在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r ， 则v 0＝v sin 30° r ＝m v eB ＝2m v 0eB r ＋r sin 30°＝l (有r ＝l3)t ＝13TT ＝2πm eB ⎝ ⎛⎭⎪⎫或T ＝2πr v ＝πl 3v 0解得B ＝6m v 0el ，t ＝πl9v 0。

(3)以切点F 、Q 为直径的圆形有界匀强磁场区域的半径最小，设为r 1，则 r 1＝r cos 30°＝3r 2＝3l6S ＝πr 21＝πl 212。

答案 (1)3m v 20el (2)6m v 0el ，πl 9v 0(3)πl 2122．如图所示，在直角坐标系xoy 中，第Ⅰ象限存在沿y 轴正方向、电场强度为E 的匀强电场，第Ⅳ象限存在一个方向垂直于纸面、磁感应强度为B 的圆形匀强磁场区域。

一模型界定带电粒子在有界磁场中运动时,要完成题目要求的运动过程,空间中有粒子必须经过的一个磁场区域,按照题目要求的边界形状或由粒子临界状态下的运动轨迹所决定的有界磁场区域,其面积存在着一个最小值,此模型着重归纳有界磁场最小面积的确定与计算方法.二模型破解在涉及最小磁场面积的题目中,主要有两种类型,一种是单一粒子的运动中所经过磁场的最小面积,这种类型的题目通常对磁场区域的形状有明确的要求,如矩形、圆形、三角形;另一种类型是大量粒子经过磁场的运动,由临界状态下的粒子运动轨迹及对粒子的特定运动形式要求所产生的对磁场边界形状的特定要求,从而形成有界磁场的面积的极值问题.(i)确定粒子在磁场运动的轨迹半径粒子在磁场运动的轨迹半径通常是已知的或是能够由题目中条件计算得出的,也可在未知时先将半径假设出来.(ii)确定粒子在有界磁场中的入射方向和出射方向粒子在有界磁场中的入射方向和出射方向通常也是由题目给出或能够从题目中条件分析得出.(iii)确定粒子在有界磁场中运动时的入射点与出射点的位置当题目中没有给定粒子在进出磁场的位置时,先延长粒子的入射方向与出射方向所在的直线得到一个交点,粒子在磁场中运动的轨迹圆心必在这两条直线所形成的两对夹角中的其中一条夹角平分线上,由粒子经过磁场前后的运动要求确定圆心所在的夹角平分线;再在此夹角平分线上取一点O,过该点作粒子入射方向、出射方向所在直线的垂线,使O点到两直线的垂直距离等于粒子的运动轨迹半径,则两垂足即分别为粒子进出磁场时的入射点与出射点.(iv)确定有界磁场的边界连接入射点与出射点得到一条线段或直线,并作出粒子在磁场处于入射点与出射点之间的一段运动轨迹圆,再由题目对磁场边界形状的要求确定磁场边界线的位置或圆形磁场的最小半径.①圆形有界磁场(I)当题目对圆形磁场区域的圆心位置有规定时,连接圆心与粒子在磁场中的出射点即得到磁场区域的半径.但是这种情况下磁场区域的大小是固定的.(II)当题目对圆形磁场区域的圆心位置无规定时,若粒子在磁场中转过的圆弧为一段劣弧时，将连接入射点a与出射点b所得的线段作为磁场区域的直径,则所得圆即为最小面积的圆形磁场区域,如图1所示.图中几何关系为θsin R r=②半圆形有界磁场(I)当粒子在磁场中运动轨迹是一段劣弧时，连接入射点a 与出射点b 所得直线与半圆形边界的直边重合，以ab 为直径作出的半圆弧即为所求,如图2甲所示.图中几何关系为θsin R r =(II)当粒子在磁场中运动轨迹是一段优弧时，连接入射点a 与出射点b 所得直线与半圆形边界的直边重合，以其中点为圆心作出与粒子运动轨迹相切的圆弧，此圆弧即为半圆形磁场区域的曲线边界,如图2乙所示．图中几何关系为)cos 1(θ+=R r(III)当粒子在磁场中运动轨迹是一个半圆弧时，磁场圆形边界与粒子运动轨迹重合.③矩形有界磁场(I)当题目对矩形磁场区域边界某个边有规定时,过入射点或过出射点作已知边界线的平行线或垂线,再作与已知边界线平行或垂直的、与粒子在磁场中运动轨迹相切的直线,则所得矩形即为题目要求的最小矩形.(II)当题目对矩形磁场区域边界无规定时,第一步:连接入射点a 与出射点b 得一条直线ab;第二步:作ab 的平行线且使其与粒子运动轨迹圆相切;图2 图1第三步:作ab 的两条垂线,若粒子在磁场中转过的是一个优弧时,应使这两条垂线也与粒子运动轨迹圆弧相切,如图3甲所示;若粒子在磁场转过的是一段劣弧时,两条垂线应分别过入射点a 和出射点b,如图3乙所示.所得矩形即为题目要求的最小矩形.甲图中几何关系为)cos 1(1θ+=R L 、R L 22=乙图中几何关系为)cos 1(1θ-=R L 、θsin 22R L =○4正三角形有界磁场 当粒子在磁场中转过的圆心角超过1200时,先作入射点a 、出射点b 连线的中垂线,再从中垂线上某点作粒子运动轨迹圆的两条切线,且使两切线间的夹角为600,则此三条直线所组成的三角形即为题目所要求的最小三角形,如图4甲所示.当粒子在磁场中转过的圆心角不超过1200时,也是先作入射点a 、出射点b 连线的中垂线,再从中垂线上某点连接入射点a 与出射点b,使其与ab 组成一正三角形,此正三角形即为所示如图4乙所示.甲图中几何关系为θcos30sin30cos 00R R L +=;乙图中几何关系为θsin 2R L =. 例1.一质量为m 、带电量为＋q 的粒子以速度v 0从O 点沿y 轴正方向射入一圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，粒子飞出磁场区域后，从b 处穿过x 轴，速度方向与x 轴正方向的夹角为30°，同时进入场强大小为大小为E ，方向沿x 轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中，通过了b 点正下方c 点，如图所示，已知 b 到O 的距离为L ，粒子的重力不计，试求：图4 图3⑴磁感应强度B⑵圆形匀强磁场区域的最小面积；⑶c 点到b 点的距离【答案】（1）qL mv B3=（2）22min 12L S r ππ==（3）Eq mv s 2034=30° v obcv 0x yyEO 例1题图例2.如图所示，在直角坐标xOy 平面y 轴左侧（含y 轴）有一沿y 轴负方向的匀强电场，一质量为m ，电荷量为q 的带正电的粒子从x 轴上P 处发速度v0沿x 轴正方向进入电场，从ｙ轴上Q 点离开电场时速度方向与ｙ轴负方向间夹角θ＝300，Q 点坐标为(0,-ｄ)，在ｙ轴右侧有一与坐标平面垂直的有界匀强磁场区域（图中未画出），磁场磁感应强度大小qd mv B 0=，粒子能从坐标原点O 沿ｘ轴负方向再进入电场，不计粒子重力，求：(1)电场强度大小E(2)如果有界匀强磁场区域为半圆形，求磁场区域的最小面积(3)粒子从P 点运动到O 点的总时间【答案】（1）qdmv E 2320=（2）24.5d π（3）0(1338d π+） 学*科网 【解析】：（1）设粒子从Q 点离开电场时速度大小v 由粒子在匀强电场中做类平抛运动得：02v v = 由动能定理得 2022121mv mv qEd -= （2分） 例2题图解得qd mv E 2320=（1分）学*科网（3）设粒子在匀强电场中运动时间为1t粒子从Q 点离开电场时沿y 轴负向速度大小为y v 有03v v y =例2答图例3.如图所示，第三象限内存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强磁场方向向里，大小为B 0，匀强电场场强为E 。

…………外………………装…………○…………订…___________ 姓名：___________ 班级：___________ 考…………内………………装…………○…………订…江西省赣州市2022-2023学年高三上学期物理1月期末试卷姓名：__________ 班级：__________考号：__________1．（2分）在雨中，当雨滴垂直落在伞面上时，伞下的人不易被雨淋着，若雨滴在空中以1.6m/s 的速度竖直下落，而打着伞的人以1.2m/s 的速度向前行走，已知tan37°=0.75，则伞下的人不易被雨淋着的打伞方式为（ ）A ．B ．C ．D ．2．（2分）宇航员汤洪波在中国空间站为全国孩子们演示了“用筷子喝茶”的实验。

这次实验中，质量约为5×10−4kg 的一滴茶水在筷子的作用下，其运动v −t 图像如图所示，4s 时茶水成功进入嘴巴。

4s 内茶水运动的位移大小为0.35m 。

则茶水在加速过程中与筷子间的作用力大小约为（ ）A ．5×10−3NB ．1×10−3NC ．5×10−5ND ．1×10−7N3．（2分）如图所示，一个盛满水的密闭容器随升降机在竖直方向上做匀速运动，容器中用两轻质弹性细绳分别悬挂一个铁球和拴着一个乒乓球，容器中的水、铁球和乒乓球都相对静止。

某时刻发现悬挂铁球的细绳变长，则（ ）A ．拴着乒乓球的细绳变短B ．容器随升降机可能向上做加速运动C ．容器随升降机可能向上做减速运动D ．容器随升降机可能向下做加速运动4．（2分）如图所示，高速公路上定速巡航（即汽车的运动速率保持不变）的汽车通过路面abcd ，其中ab 段为平直下坡路面，bc 段为水平路面，cd 段为上坡路面。

整个过程中汽车所受的阻力大小不变，且阻力大于汽车重力沿斜坡向下的分力。

如汽车在三段路面行驶的路程相同，关于汽车发动机的输出功率随时间变化的图像，下列能正确反映是（ ）A ．B ．C ．D ．5．（2分）2022年7月24日，中国问天实验舱在海南文昌航天发生场发射升空，先进入的椭圆轨道，再经过调整进入圆轨道后顺利完成状态设置，于北京时间7月25日成功对接离地面高度约为ℎ=400km 的中国空间站。

磁场区域的最小面积问题考题中多次出现求磁场的最小范围问题，这类题对学生的平面几何知识与物理知识的综合运用能力要求较高。

其难点在于带电粒子的运动轨迹不是完整的圆，其进入边界未知的磁场后一般只运动一段圆弧后就飞出磁场边界，运动过程中的临界点（如运动形式的转折点、轨迹的切点、磁场的边界点等）难以确定。

下面我们以实例对此类问题进行分析。

一、磁场范围为树叶形例1．如图所示的直角坐标系第I 、II 象限内存在方向向里的匀强磁场，磁感应强度大小B =0.5T ，处于坐标原点O 的放射源不断地放射出比荷6104⨯=mq C/kg 的正离子，不计离子之间的相互作用。

⑴求离子在匀强磁场中运动周期；⑵若某时刻一群离子自原点O 以不同速率沿x 轴正方向射出，求经过6106-⨯πs 时间这些离子所在位置构成的曲线方程；⑶若离子自原点O 以相同的速率v 0=2.0×106m/s 沿不同方向射入第I 象限，要求这些离子穿过磁场区域后都能平行于y 轴并指向y 轴正方向运动，则题干中的匀强磁场区域应怎样调整（画图说明即可）？并求出调整后磁场区域的最小面积。

15（16分）解：⑴根据牛顿第二定律 有 2mv qvB R=２分运动周期22R mT v qB ππ==610s π-=⨯ ２分 ⑵离子运动时间611066t s T π-=⨯= ２分根据左手定则，离子沿逆时针方向作半径不同的圆周运动，转过的角度均为1263πθπ⨯=＝ １分这些离子所在位置均在过坐标原点的同一条直线上， 该直线方程tan23y x x θ==２分⑶离子自原点O 以相同的速率v 0沿不 同方向射入第一象限磁场，均做逆时 针方向的匀速圆周运动 根据牛顿第二定律 有2mv qv B R =００ ２分mv R qB=1=ｍ １分这些离子的轨道圆心均在第二象限的四分之一圆弧AC 上，欲使离子穿过磁场区域后都能平行于y 轴并指向y 轴正方向运动，离开磁场时的位置在以点（１,０）为圆心、半径Ｒ＝１m 的四分之一圆弧（从原点Ｏ起顺时针转动90︒）上，磁场区域为两个四分之一圆的交集，如图所示 ２分调整后磁场区域的最小面积22min22()422R R S ππ-=⨯-=m2２分例2．如图所示的直角坐标系中，在直线x=-2l 0到y 轴区域内存在着两个大小相等、方向相反的有界匀强电场，其中x 轴上方的电场方向沿y 轴负方向，x 轴下方的电场方向沿y 轴正方向。

有界磁场区域出现“最小面积”问题归类例析
邹韩仕
【期刊名称】《高中数理化》
【年(卷),期】2015(000)010
【摘要】＂带电粒子在磁场中的运动＂是历年高考中的一个重要考点,而＂带电粒子在有界磁场中的运动＂则是此考点中的一个难点.其难点在于带电粒子进入设定的有界磁场后只运动一段圆弧就飞出磁场边界,其轨迹不一定是完整的圆,它要求考生根据带电粒子运动的几何图形去明确几何关系,然后应用数学工具和相应物理规律分析解决问题.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】邹韩仕
【作者单位】广东省汕头市澄海区苏北中学
【正文语种】中文
【相关文献】
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3.带电粒子在电、磁场中的运动问题归类例析
4.带电微粒进入有界磁场区域的最值问题分析——基于认知心理诊断和思维症结分析的问题设计
5.浅析带电粒子在有界磁场中运动的时间极值问题--以三角形有界磁场为例
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2018年全国中学生奥林匹克物理竞赛河南省预赛试卷考试时间：2018年5月27日（星期日）上午8：30～10：30注意事项：1、首先填写密封线内的市、县、学校、姓名和考号；2、用蓝色或黑色水笔、钢笔、圆珠笔直接在试卷上作答；3、答卷过程中可以使用普通型计算器；本试卷共8页，三大题，16小题，总分100分。

一、选择题（本题8小题。

每小题4分，共32分。

在每小题给出的四个选顶中，第1～4题只有一项符合题目要求．第5～8题有多项符合题目要求。

全部选对的锝4分．选对但不全的得2分，有选错的得0分，请将选出的答案序号填在下面的表格中。

1．在国际单位制（简称SI）中，力学和电学的基本单位有：m（米）、kg（千克）、s（秒）、A（安培）．则导出单位V (伏特) 用上述基本单位可表示为A．m2·kg·s-4·A-1B．m2·kg·s-3·A-1C．m2·kg·s-2·A-1D．m2·kg·s-1·A-l2．物理概念和规律的应用都有一定的前提条件，对此，下列说法中正确的是A．牛顿第二定律适用于宏观物体和微观粒子B．只要合外力的功为零，机械能就守恒C．磁感线总是闭合的D．电场线总是开放的3．一油滴静止在极板水平放置的足够大的平行板电容器中，给电容器再充上一些电荷△Q，油滴开始向上运动，经t秒后，电容器突然放电失去一部分电荷△Q'，又经过t秒，油滴回到原位置，假如在运动过程中油滴的电量一定．则A．在两个t秒内，油滴的平均速度相同B．油滴在前后两个t秒内的加速度大小之比为l ∶3C．油滴在前后两个t秒内离出发点的最大距离之比为1∶3D．△Q'∶△Q=1∶3'4、如图所示，质量均为m的两物体A、B用轻绳连接并跨过两光滑的定滑轮处于静止状态，两定滑轮间距为L；现在两定滑轮连线中点处再挂一质量也为m的物体C，从静止释放C 后，若轻绳足够长，则A ．AB ．C 的速度先增大后减小C．B 的速度一直增大 D ．A 上升的最大高度是L /85．如图所示的a 、b 分别表示一列横波上相距3 m 的两个质点A 、B 的振动图像。

磁通量与面积公式磁通量和面积是物理学中非常重要的概念。

磁通量表示通过一个物体的磁场的总流量，而面积是被磁场覆盖的区域的大小。

磁通量与面积的关系是通过一个公式来描述的，这个公式被称为磁感应强度公式。

本文将介绍磁通量与面积公式的基本知识，讨论它们在物理学中的重要性。

磁通量。

磁通量是指通过一个物体的磁场的总流量。

磁场的单位是特斯拉(Tesla)，磁通量的单位是韦伯（Weber，Wb）。

韦伯表示的是每秒钟通过一个垂直于磁场且横截面积为1平方米的表面上的磁通量。

磁通量可以用以下公式来表示：Φ = B 某 A 某cosθ。

其中Φ是磁通量，B是磁感应强度，A是覆盖磁场的区域，θ是介于磁场和法线之间的夹角。

磁感应强度。

磁感应强度是一种描述物体受到的磁场影响的物理量。

单位是特斯拉，它与磁通量以及面积有密切的关系。

磁感应强度可以通过以下公式进行计算：B=Φ/A。

其中，Φ是磁通量，A是覆盖磁场的区域。

磁通量和面积的关系是物理学中非常重要的概念，它们在计算磁场的强度和磁力的大小时起着关键作用。

磁通量和面积的关系可以被广泛应用于不同的场合。

下面是几个相关的例子。

计算磁通量。

磁通量可以用磁场的强度和其所占面积的大小来计算。

例如在电磁学中，可以在顶部和底部分别放置两个平面磁铁，然后在一个加一个铁芯变压器中将它们连接。

这里的磁通量可以通过上述公式计算。

计算磁场强度。

磁场强度就是磁感应强度的表示方式。

如果知道磁通量和被磁力线覆盖的面积，那么就可以通过上述公式计算出磁感应强度。

计算磁力大小。

根据洛伦兹力公式，可以计算出磁力的大小。

该公式为：F=q（v某B）。

其中，F为磁力的大小，q是电荷，v是速度，B是磁感应强度。

磁感应强度可以通过磁通量和面积公式进行计算。

总结。

磁通量与面积公式对于掌握物理学这门学科至关重要。

磁通量描述了通过一个物体的磁场的总流量，面积则是被磁场覆盖的区域的大小。

这两个概念之间的关系可以通过磁感应强度公式来进行描述，该公式告诉我们，磁感应强度是磁通量和面积的比值。

磁通量的公式中的面积单位
磁通量（magnetic flux）是描述磁场通过一个表面的数量的物理量。

它可以用数学公式表示为：
Φ = B * A * cos(θ)
其中，Φ表示磁通量，B表示磁场的磁感应强度（也称为磁感应度或
磁场强度），A表示通过的表面积，θ表示磁场线方向与表面垂直方向的
夹角。

在这个公式中，面积单位需要与其他物理量相匹配，确保公式计算结
果的正确性。

面积的单位通常有平方米（m^2），平方厘米（cm^2），平
方毫米（mm^2）等。

在国际单位制（SI制）中，磁感应强度的单位是特斯拉（Tesla），
面积的单位是平方米（m^2）。

因此在SI制中，磁通量的单位为特斯拉乘
以平方米：
Φ=T*m^2
在一些其他的制度中，磁通量的单位可以是其他组合单位。

例如，在
高斯制中，磁感应强度的单位是高斯（Gauss），面积的单位是平方厘米（cm^2），磁通量的单位为高斯乘以平方厘米：
Φ = G * cm^2
同样，在厘米-克-秒制（CGS制）中，磁通量的单位为高斯乘以平方
厘米：
Φ = G * cm^2
总之，磁通量的单位与磁感应强度和面积的单位相乘而得。

根据所采
用的制度和单位，磁通量可以用不同的单位进行表示。

无论使用哪种单位，磁通量公式中的面积单位需要与其他物理量的单位相匹配，以确保公式计
算的正确性。

确定磁场最小面积的方法电磁场内容历来是高考中的重点和难点。

近年来求磁场的问题屡屡成为高考中的热点，而这类问题单纯从物理的角度又比较难求解，下面介绍几种数学方法。

一、几何法例1. 一质量为m、电荷量为+q的粒子以速度，从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为B的圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，粒子飞出磁场区域后，从b处穿过x轴，速度方向与x轴正方向的夹角为30°,同时进入场强为E、方向沿与x轴负方向成60°角斜向下的匀强电场中，通过了b点正下方的c点，如图1所示，粒子的重力不计，试求：（1）圆形匀强磁场区域的最小面积；（2）c点到b点的距离.图1解析：(1）先找圆心，过b点逆着速度v的方向作直线bd,交y轴于d，由于粒子在磁场中偏转的半径一定，且圆心位于Ob连线上，距O点距离为圆的半径，据牛顿第二定律有：①解得②过圆心作bd的垂线,粒子在磁场中运动的轨迹如图2所示：要使磁场的区域有最小面积,则Oa应为磁场区域的直径，由几何关系知：图2③由②③得所以圆形匀强磁场的最小面积为：(2）带电粒子进入电场后，由于速度方向与电场力方向垂直，故做类平抛运动，由运动的合成知识有：④⑤而⑥联立④⑤⑥解得二、参数方法例2。

在xOy平面内有许多电子（质量为m、电荷量为e），从坐标原点O不断地以相同的速率沿不同方向射入第一象限，如图3所示.现加一个垂直于平面向里，磁感应强度为B的匀强磁场,要使这些电子穿过磁场区域后都能平行于x轴向x轴正向运动.求符合该条件磁场的最小面积。

图3解析:由题意可知,电子是以一定速度从原点O沿任意方向射入第一象限时,先考察速度沿+y方向的电子，其运动轨迹是圆心在x轴上的A1点、半径为的圆。

该电子沿圆弧OCP运动至最高点P时即朝x轴的正向，可见这段圆弧就是符合条件磁场的上边界，见图5.当电子速度方向与x轴正向成角度时,作出轨迹图4，当电子达到磁场边界时，速度方向必须平行于x轴方向，设边界任一点的坐标为，由图4可知：图4，消去参数得：可以看出随着的变化，S的轨迹是圆心为（0,R)，半径为R的圆,即是磁场区域的下边界。

磁场大小计算公式
磁场大小的计算公式是非常重要的，因为它可以帮助我们确定磁场的强度和方向。

首先，要明白一个基本的概念，那就是磁场是由带电粒子运动产生的。

当电子在运动时，它们会产生磁场，这是由于电荷的运动导致了电场的变化，从而产生了磁场。

那么，如何计算磁场的大小呢？根据磁场的定义，我们知道磁场的大小是由磁场力线的密度来决定的。

换言之，磁场的大小与磁通量密度有关。

磁通量密度是指在一个垂直于磁场方向的面上通过的磁通量与这个面积的比值，用符号B表示。

具体的计算公式是：
B = Φ / A
其中Φ是通过这个面积的磁通量，A是这个面积的大小。

如果我们知道磁场力线的密度，就可以用这个公式来计算出磁通量密度。

反过来，如果我们知道磁通量密度，就可以用这个公式来计算出磁场力线的密度。

另外，还有一种计算磁场大小的方法，那就是根据磁场的源头来计算。

磁场的源头是指产生磁场的物质，例如磁铁、电流等。

根据毕奥-沙伐定律，产生磁场的物质会对周围的空间产生一个磁场，磁场的大小与磁场源头的性质有关。

如果我们知道磁场源头的性质，例如磁体的磁感应强度或电流的大小，就可以用相应的公式来计算出磁场的大小。

总之，磁场大小的计算公式是一项非常重要的知识，在研究磁场的性质和应用中都具有重要的指导意义。

希望大家能够好好掌握这一知识点，为未来的科学研究和应用奠定坚实的基础。

25题练习〔3〕--磁场的最小面积1.如以下图,第四象限内有互相正交的匀强电场E 与匀强磁场B 1,E 的大小为1.5×103 V/m,B 1大小为0.5 T ；第一象限的某个矩形区域内,有方向垂直纸面的匀强磁场,磁场的下边界与x 轴重合.一质量m ＝1×10－14 kg,电荷量q ＝2×10－10 C 的带正电微粒以某一速度v 沿与y 轴正方向60°角从M 点射入,沿直线运动,经P 点后即进入处于第一象限内的磁场B 2区域.一段时间后,微粒经过y 轴上的N点并与y 轴正方向成60°角的方向飞出.M 点的坐标为<0,－10>,N点的坐标为<0,30>,不计微粒重力,g 取10 m/s 2.如此求：<1>微粒运动速度v 的大小；<2>匀强磁场B 2的大小；<3>B 2磁场区域的最小面积.解析：<1>带正电微粒在电场和磁场复合场中沿直线运动,qE ＝qvB 1,解得v ＝E/B 1＝3×103 m/s.<2>画出微粒的运动轨迹如图,粒子做圆周运动的半径为R ＝错误! m.由qvB 2＝mv 2/R,解得B 2＝3错误!/4 T.<3>由图可知,磁场B 2的最小区域应该分布在图示的矩形PACD 内,由几何关系易得PD ＝2Rsin 60°＝20 cm ＝0.2 m,PA ＝R<1－cos60°>＝错误!/30 m.所以,所求磁场的最小面积为S ＝PD ·PA ＝错误! m 2.答案：<1>3×103 m/s <2>错误! T<3>错误! m 22．如图甲所示,x 轴正方向水平向右,y 轴正方向竖直向上.在xoy 平面内有与y 轴平行的匀强电场,在半径为R 的圆形区域内加有与xoy 平面垂直的匀强磁场.在坐标原点O 处放置一带电微粒发射装置,它可以连续不断地发射具有一样质量m 、电荷量q 〔0>q 〕和初速为0v 的带电粒子.重力加速度大小为g.〔1〕当带电微粒发射装置连续不断地沿y 轴正方向发射这种带电微粒时,带电微粒将沿圆形磁场区域的水平直径方向离开磁场,并继续沿x 轴正方向运动.求电场强度和磁场强度的大小和方向.〔2〕调节坐标原点0处的带电微粒发射装置,使其在xoy 平面内不断地以一样的速率v 0沿不同方向将这种带电微粒射入第1象限,如图乙所示.现要求带电微粒最终都能平行于x 轴正方向运动,如此在保证匀强电场、匀强磁场的强度和方向不变的条件下,应如何改变匀强磁场的分布区域？并求出符合条件的磁场区域的最小面积.解〔1〕由题目中"带电粒子从坐标原点O 处沿y 轴正方向进入磁场后,最终沿圆形磁场区 域的水平直径离开磁场并继续沿x 轴正方向运动〞可知,带电微粒所受重力与电场力平衡.设电场强度大小为E,由平衡条件得：qE mg =1分 N ∴q mg E =1分 电场方向沿y 轴正方向 带电微粒进入磁场后,做匀速圆周运动,且圆运动半径r=R.设匀强磁场的磁感应强度大小为B.由牛顿第二定律得：R mv B qv 200=1分 ∴qR mv B 0=1分 磁场方向垂直于纸面向外1分〔2〕设由带电微粒发射装置射入第Ⅰ象限的带电微粒的初速度方向与x 轴承夹角θ, 如此θ满足0≤2πθ<,由于带电微粒最终将沿x 轴正方向运动,故B 应垂直于xoy 平面向外,带电微粒在磁场内做半径为qBmv R 0=匀速圆周运动. 由于带电微粒的入射方向不同,假如磁场充满纸面,它们所对应的运动的轨迹如以下图.2分为使带电微粒经磁场偏转后沿x 轴正方向运动.由图可知,它们必须从经O 点作圆运动的各圆的最高点飞离磁场.这样磁场边界上P 点的坐标P 〔x,y 〕应满足方程：θsin R x =,)cos 1(θ-=R y ,所以磁场边界的方程为：222)(R R y x =-+2分由题中0≤2πθ<的条件可知, 以2πθ→的角度射入磁场区域的微粒的运动轨迹即为所求磁场的另一侧的边界.2分因此,符合题目要求的最小磁场的X 围应是圆222)(R R y x =-+与圆222)(R y R x =+-的交集局部〔图影局部〕.1分由几何关系,可以求得符合条件的磁场的最小面积为：22202min )12(B q v m S -=π1分 3.如以下图,在平面直角坐标系xOy 中的第一象限内存在磁感应强度大小为B 、方向垂直于坐标平面向内的有界圆形匀强磁场区域〔图中未画出〕；在第二象限内存在沿x 轴负方向的匀强电场．一粒子源固定在x 轴上的A 点,A 点坐标为〔-L,0〕．粒子源沿y 轴正方向释放出速度大小为v 的电子,电子恰好能通过y 轴上的C 点,C 点坐标为〔0,2L 〕,电子经过磁场偏转后方向恰好垂直ON,ON 是与x 轴正方向成15°角的射线．〔电子的质量为m,电荷量为e,不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用．〕求：〔1〕第二象限内电场强度E 的大小．〔2〕电子离开电场时的速度方向与y 轴正方向的夹角θ．〔3〕圆形磁场的最小半径R min ．解：〔1〕22mv EeL〔2〕=45°〔3〕电子的运动轨迹如图,电子在磁场中做匀速圆周运动的半径电子在磁场中偏转120°后垂直于ON射出,如此磁场最小半径：由以上两式可得：4.〔某某适应性测试>在如右图所示的平面直角坐标系中,存在一个半径R＝0.2m的圆形匀强磁场区域,磁感应强度B＝1.0T,方向垂直纸面向外,该磁场区域的右边缘与坐标原点O 相切．y轴右侧存在电场强度大小为E＝1.0×104N/C的匀强电场,方向沿y轴正方向,电场区域宽度l＝0.1m．现从坐标为<－0.2m,－0.2m>的P点发射出质量m＝2.0×10－9kg、带电荷量q＝5.0×10－5C的带正电粒子,沿y轴正方向射入匀强磁场,速度大小v0＝5.0×103m/s.重力不计．<1>求该带电粒子射出电场时的位置坐标；<2>为了使该带电粒子能从坐标为<0.1m,－0.05m>的点回到电场后,可在紧邻电场的右侧一正方形区域内加匀强磁场,试求所加匀强磁场的磁感应强度大小和正方形区域的最小面积．解析：<1>带正电粒子在磁场中做匀速圆周运动,有qv0B＝m错误!解得r＝0.20m＝R根据几何关系可知,带电粒子恰从O点沿x轴进入电场,带电粒子做类平抛运动．设粒子到达电场边缘时,竖直方向的位移为y,有l＝v0t,y＝错误!·错误!t2联立解得y＝0.05m所以粒子射出电场时的位置坐标为<0.1m,0.05m>．<2>粒子飞离电场时,沿电场方向速度v y＝at＝5.0×103m/s＝v0粒子射出电场时速度v＝错误!v0由几何关系可知,粒子在正方形区域磁场中做圆周运动半径r′＝0.05错误!m由qvB′＝m错误!,解得B′＝4T正方形区域最小面积S＝<2r′>2解得S＝0.02m2.答案：<1><0.1m,0.05m> <2>0.02m25.如以下图,在坐标系第一象限内有正交的匀强电、磁场,电场强度E＝1.0×103 V/m,方向未知,磁感应强度B＝1.0 T,方向垂直纸面向里；第二象限的某个圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场B′<图中未画出>．一质量m＝1×10－14 kg、电荷量q＝1×10－10 C的带正电粒子以某一速度v沿与x轴负方向成60°角的方向从A点进入第一象限,在第一象限内做直线运动,而后从B点进入磁场B′区域．一段时间后,粒子经过x轴上的C点并与x轴负方向成60°角飞出．A点坐标为<10,0>,C点坐标为<－30,0>,不计粒子重力．<1>判断匀强电场E的方向并求出粒子的速度v.<2>画出粒子在第二象限的运动轨迹,并求出磁感应强度B′.<3>求第二象限磁场B′区域的最小面积．解析<1>粒子在第一象限内做直线运动,速度的变化会引起洛伦兹力的变化,所以粒子必做匀速直线运动．这样,电场力和洛伦兹力大小相等,方向相反,电场E的方向与微粒运动的方向垂直,即与x轴正向成30°角斜向右上方．由平衡条件有Eq＝Bqv得v＝错误!＝错误! m/s＝103 m/s<2>粒子从B点进入第二象限的磁场B′中,轨迹如图粒子做圆周运动的半径为R,由几何关系可知R＝错误! cm＝错误! cm由qvB′＝m错误!,解得B′＝错误!＝错误!,代入数据解得B′＝错误! T.<3>由图可知,B、D点应分别是粒子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．由几何关系得BD＝20 cm,即磁场圆的最小半径r＝10 cm,所以,所求磁场的最小面积为S＝πr2＝3.14×10－2 m2答案<1>与x轴正向成30°角斜向右上方103 m/s <2>运动轨迹见解析图错误! T <3>3.14×10－2 m26．如图甲所示,在xOy平面内有足够大的匀强电场,电场方向竖直向上,电场强度E＝40 N/C,在y轴左侧平面内有足够大的瞬时磁场,磁感应强度B1随时间t变化的规律如图乙所示,15π s后磁场消失,选定磁场垂直纸面向里为正方向．在y轴右侧平面内还有方向垂直纸面向外的恒定的匀强磁场,分布在一个半径为r＝0.3 m的圆形区域<图中未画出>,且圆的左侧与y轴相切,磁感应强度B2＝0.8 T．t＝0时刻,一质量m＝8×10－4 kg、电荷量q＝2×10－4 C的微粒从x轴上x P＝－0.8 m处的P点以速度v＝0.12 m/s向x轴正方向入射．<g取10 m/s2,计算结果保存两位有效数字><1>求微粒在第二象限运动过程中离y轴、x轴的最大距离．<2>假如微粒穿过y轴右侧圆形磁场时,速度方向的偏转角度最大,求此圆形磁场的圆心坐标<xy>．解析<1>因为微粒射入电磁场后受到的电场力F＝Eq＝8×10－3 N,G＝mg＝8×10－3 N电F＝G,所以微粒在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动电因为qvB1＝m错误!所以R1＝错误!＝0.6 mT＝错误!＝10π s从图乙可知在0～5 π s内微粒向左做匀速圆周运动在5π s～10π s内微粒向左匀速运动,运动位移x＝v错误!＝0.6π m1在10π s～15π s内,微粒又做匀速圆周运动,15π s以后向右匀速运动,之后穿过y轴．所以,离y轴的最大距离s＝0.8 m＋x＋R1＝1.4 m＋0.6π m≈3.3 m1离x轴的最大距离s′＝2R1×2＝4R1＝2.4 m<2>如图,微粒穿过圆形磁场要求偏转角最大,〔因为R=2r〕入射点A与出射点B的连线必须为磁场圆的直径因为qvB2＝错误!所以R2＝错误!＝0.6 m＝2r所以最大偏转角θ＝60°所以圆心坐标x＝0.30 my＝s′－r cos 60°＝2.4 m－0.3 m×错误!≈2.3 m,即磁场的圆心坐标为<0.30,2.3>答案<1>3.3 m,2.4 m <2><0.30,2.3>7.如以下图,虚线MO与水平线PQ相较于O点,二者夹角θ=300,在MO右侧某个区域存在着磁感应强度为B、垂直纸面向里的匀强磁场,在MO左侧存在着垂直纸面向里的另一匀强磁场,磁感应强度为B’.现有一群质量为m、电量为+q的带电粒子在纸面内以速度v〔0≤v≤EB〕垂直于MO从O点射入磁场,所有粒子通过直线MO时,速度方向均平行于PQ向左,不计粒子的重力和粒子间的相互作用力．求：〔1〕磁场区域的最小面积．〔2〕速度最大的粒子从O开始射入磁场至返回水平线POQ所用的时间．。