高考一轮复习【第八章】《磁场》专题讲座(含答案)

第八章磁场一、选择题(每小题4分，共40分)1．磁场中某区域的磁感线，如图8－1所示，则()A.a、b两处的磁感应强度的大小不等，B a＞B bB．a、b两处的磁感应强度的大小不等，B a＜B bC．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力大D．同一通电导线放在a处受力一定比放在b处受力小解析：磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，由题图知b处的磁感线疏密程度较a 处大，所以B a＜B b，A错，B对；导线放在磁场中的受力与导线放置的方向有关，而不仅与B或I的大小有关，C、D错．答案：B2．(·文登模拟)如图8－2所示，磁场方向竖直向下，通电直导线ab由图示位置1绕a 点在竖直平面内转到位置2，这个过程中通电直导线所受的安培力()图8－2A.数值变大，方向不变B．数值变小，方向改变C．数值不变，方向改变D．数值、方向均改变解析：通电直导线ab从位置1转到位置2，即从导线与磁场成一定角度到导线与磁场垂直，根据安培力F＝BIL cosθ，安培力数值增大，根据左手定则判断，安培力的方向仍垂直于纸面，即安培力的方向不变．答案：A3．如图8－3为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是()A.电磁铁的上端为N 极，小磁铁的下端为N 极 B ．电磁铁的上端为S 极，小磁铁的下端为S 极 C ．电磁铁的上端为N 极，小磁铁的下端为S 极 D ．电磁铁的上端为S 极，小磁铁的下端为N 极解析：当电流从a 端流入电磁铁时，据安培定则可判断出电磁铁的上端为S 极，此时能吸引小磁铁向下运动，说明小磁铁的下端为N 极，答案为D.答案：D4.如图8－4所示的OX 和MN 是匀强磁场中两条平行的边界线，速率不同的同种带电粒子从O 点沿OX 方向同时射向磁场，其中穿过a 点的粒子速度v 1方向与MN 垂直，穿过b 点的粒子速度v 2方向与MN 成60°角．设两粒子从O 点到MN 所需时间分别为t 1和t 2，则t 1∶t 2为( )A ．3∶2B ．4∶3C ．1∶1D ．1∶3解析：作出两粒子在磁场中的运动轨迹，可知t 1＝T 14，t 2＝T 26，且由T ＝2πmBq 知T 1＝T 2.所以t 1t 2＝32，选项A 正确．答案：A5．(·泰安模拟)如图8－5所示，从S 处发出的热电子经加速电压U 加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转，不考虑电子本身的重力．设两极板间电场强度为E ，磁感应强度为B .欲使电子沿直线从电场和磁场区域中通过，只采取下列措施，其中可行的是( )图8－5A.适当减小电场强度E B ．适当减小磁感应强度B C ．适当增大加速电场的宽度 D ．适当增大加速电压U解析：要想使电子沿直线通过，则必须有qvB ＝qE ，而电子经过加速电场加速时，qU ＝12mv 2，现在发现电子向上极板偏转，说明电场力大于洛伦兹力，因此需减小电场力或增大洛伦兹力，A 、D 选项正确．答案：AD6．如图8－6所示，空间的某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由A 点进入这个区域沿直线运动，从C 点离开区域；如果这个区域只有电场则粒子从B 点离开场区；如果这个区域只有磁场，则粒子从D 点离开场区；设粒子在上述3种情况下，从A 到B 点、A 到C 点和A 到D 点所用的时间分别是t 1、t 2和t 3，比较t 1、t 2和t 3的大小，则有(粒子重力忽略不计)( )图8－6A.t 1＝t 2＝t 3 B ．t 2＜t 1＜t 3 C ．t 1＝t 2＜t 3 D ．t 1＝t 3＞t 2解析：只有电场时，粒子做类平抛运动，水平方向为匀速直线运动，故t 1＝t 2；只有磁场时做匀速圆周运动，速度大小不变，但沿AC 方向的分速度越来越小，故t 3＞t 2.综上所述可知，选项C 对．答案：C 7．(·镇江模拟)如图8－7所示，某一真空室内充满竖直向下的匀强电场E ，在竖直平面内建立坐标系xOy ，在y ＜0的空间里有与电场E 垂直的匀强磁场B ，在y ＞0的空间内，将一质量m 的带电液滴(可视为质点)自由释放，此液滴沿y 轴的负方向，以加速度a ＝2g (g 为重力加速度)做匀加速直线运动，当液滴运动到坐标原点时，瞬间被安置在原点的一个装置改变了带电性质(液滴所带电荷量和质量均不变)，随后液滴进入y ＜0的空间运动．液滴在y＜0的空间内的运动过程中( )图8－7A.重力势能一定不断减小 B ．电势能一定先减小后增大 C ．动能不断增大 D ．动能保持不变解析：带电液滴在y ＞0的空间内以加速度a ＝2g 做匀加速直线运动，可知液滴带正电且所受电场力等于重力，当液滴运动到坐标原点时变为负电荷，液滴进入y ＜0的空间内运动，电场力等于重力，液滴做匀速圆周运动，重力势能先减小后增大，电场力先做负功后做正功，电势能先增大后减小，动能保持不变．答案：D8．平行金属板M 、N 的距离为d ，其中匀强磁场中的磁感应强度为B ，方向垂直于纸面向外(如图8－8所示)，等离子群的速度为v ，沿图示方向射入，电容器电容为C ，则( )图8－8A.当S 断开时，电容器的带电荷量Q ≥BvdC B ．当S 闭合时，电容器的带电荷量Q ＝BvdC C ．当S 闭合时，电容器的带电荷量Q ＜BvdC D ．当S 闭合时，电容器的带电荷量Q ＞BvdC解析：当S 断开时，电容器极板间的电压等于平行金属板间的电压．等离子群做匀速直线运动时，电压达到稳定状态，由qvB ＝q Ud ，得U ＝Bvd ，此时电容器的带电荷量Q ＝BvdC ，S 闭合时，平行板上的电荷通过R 放电，电场力小于洛伦兹力，使等离子群不断向极板偏转，达到稳定电压，电容器两板间电压仍为U ，电容器的电荷量仍为BvdC .答案：B9.如图8－9所示，质量为m 、带正电荷量q 的粒子，垂直磁场方向从A 射入匀强磁场，磁感应强度为B ，途经P 点，已知AP 连线与入射方向成α角，则粒子从A 到P 经历的时间为( )A.mαqBB.2πmαqBC.mα2πqBD.2mαqB解析：正电荷从A 射入匀强磁场，立即受到洛伦兹力，其方向与v 垂直，充当圆周运动的向心力．粒子做匀速圆周运动，圆轨迹顺时针方向，洛伦兹力垂直于速度方向，据左手定则，匀强磁场一定是垂直纸面向外，圆心在O 处，OA ＝R ＝mvBq ，连接OP ，P 点的速率等于A 点的速率，且垂直于OP .因AP 连线与入射方向成α角，据几何知识，圆心角∠AOP ＝2α，又周期T ＝2πmBq 为匀速转动一周(2π)的时间，则设转2α角度所用时间为t ，有T 2π＝t 2α，所以t ＝απ·T ＝2πmαπqB ＝2mαqB .答案：D10．已知一质量为m 的带电液滴，经电压U 加速后，水平进入互相垂直的匀强电场E 和匀强磁场B 中，液滴在此空间的竖直平面内做匀速圆周运动，如图8－10所示，则( )A.液滴在空间可能受4个力作用 B ．液滴一定带负电C ．液滴做圆周运动的半径r ＝1B2UEgD ．液滴在场中运动时总能量不变[解析：液滴受到重力、电场力和洛伦兹力的作用，所以选项A 错误．由于液滴做匀速圆周运动，所以电场力与重力为平衡力，电场力方向向上，可以判定液滴带负电，B 正确．根据qU ＝12mv 2，r ＝mv qB ，Eq ＝mg ，解得r ＝1B 2UEg，选项C 正确．整个过程能量守恒，选项D 正确．答案：BCD二、实验题(共16分)11.(8分)如图8－11所示，单匝线框abcd ，bc 边长为l ，线框的下半部处在匀强磁场中，弹簧的劲度系数为k ，磁感应强度大小为B ，方向与线框平面垂直，线框中通以电流I ，方向如图8－11所示．开始时线框处于平衡状态．令磁场反向，磁感应强度的大小仍为B ，线框达到新的平衡．在此过程中线框位移的大小Δx ＝__________，方向__________．解析：设线框的质量为m ，当通以图示电流时，弹簧伸长为x 1，线框处于平衡状态，故 kx 1＋BIl ＝mg ①当磁场反向时，安培力向下，线框达到新的平衡，弹簧的伸长为x 2，由平衡条件得 kx 2＝mg ＋BIl ②由①②两式得x 2－x 1＝2BIlk ，即Δx ＝2BIlk.电流反向后，弹簧的伸长量x 2＞x 1，位移方向向下． 答案：2BIl k向下12.(8分)2007年10月我国发射的月球“嫦娥一号”空间探测卫星，运用最新科技手段对月球进行近距离勘探，在月球重力分布、磁场分布及元素测定方面取得最新成果．月球上的磁场极其微弱，探测器通过测量运动电子在月球磁场中轨迹来推算磁场强弱的分布，如图8－12所示是探测卫星通过月球a 、b 、c 、d 位置磁场时电子的轨迹(a 轨迹恰为一个半圆)．设电子速率相同，且与磁场方向垂直．据此可判断磁场最弱的是__________位置．所得照片是边长为20 cm 的正方形，电子比荷为1.8×1011 C/kg ，速率为90 m/s ，则a 点的磁感应强度为__________T.解析：由于电子速率相同，其轨道半径r＝mv/Bq，与B的强弱有关系．又因为r d＞r c ＞r b＞r a，所以d点磁感应强度最小(磁场最弱)．对a的圆周运动来说，必须满足条件Bqv ＝mv2/r，从而求得B＝mv/qr＝5.0×10－9 T.答案：d 5.0×10－9三、计算题(共44分)13．(8分)(·郑州模拟)图8－13所示，在同一个水平面上的两导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，一根质量为3.6 kg、有效长度为2 m的金属棒垂直放在导轨上，当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速运动；当金属棒中的电流增加到8 A时，金属棒的加速度为2 m/s2，求磁场的磁感应强度．图8－13解析：在求解加速度问题中首要问题是受力分析并求解合力．此题中电流的方向对结果并不影响，可假设如图8－14所示为其侧面受力图：两种情况受力方向是相同的．初态时有F合＝F1－μmg＝0，末态时有F合′＝F2－μmg＝ma，且F1＝BI1L，F2＝BI2L，联立方程解得B＝1.2 T.答案：1.2 T14．(10分)如图8－15所示，质量为m、带电荷量为q的小球用长为l的绝缘细线悬挂于O点，处于垂直于纸面向里的磁感应强度为B1的匀强磁场中．将小球拉至悬线与竖直方向成θ角，由静止释放，小球运动到最低点A时，悬线断开，小球对水平面的压力恰好为零．小球沿光滑水平面向左运动进入正交的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B2，且做匀速直线运动．求：图8－15(1)小球所带电荷的电性； (2)磁感应强度B 1为多大？ (3)电场强度E 等于多少？解析：(1)根据小球在A 点对水平面的压力恰好为零，此时洛伦兹力方向向上，所以小球带负电．(2)小球由静止运动到最低点A 的过程中，机械能守恒，故有mgl (1－cos θ)＝12mv 2①在A 点：mg ＝qvB 1②解得B 1＝mg qv ＝mgq 2gl (1－cos θ).(3)小球在复合场中做匀速直线运动，则有mg ＝qE ＋qvB 2③ 解①③式得E ＝mgq－B 22gl (1－cos θ).[答案：(1)负电 (2)mg q 2gl (1－cos θ)[ (3)mgq －B 22gl (1－cos θ)15．(12分)(·潍坊模拟)在电脑显示器的真空示波管内，控制电子束扫描的偏转场是匀强磁场，磁场区域是宽度为3.0 c m 的矩形，右边界距荧光屏20.0 cm ，高度足够，某段时间内磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度B ＝4.55×10－3T 不变．电子初速度不计，经U ＝4 550 V 电压加速后沿中心线射入磁场，偏转后打在屏上产生亮点(若无磁场，亮点在屏中心)，已知电子质量m ＝0.91×10－30kg ，电荷量e ＝1.6×10－19C.图8－16(1)在图8－16中大致画出电子运动的轨迹； (2)求亮点偏离荧光屏中心的距离．解析：(1)电子运动的轨迹如图8－17所示．(2)电子经U 加速得到速度v 0， 由eU ＝12mv 20得v 0＝2eUm＝2×1.6×10－19×4 5500.91×10－30m/s ＝4×107 m/s. 由ev 0B ＝m v 20r得r ＝mv 0Be ＝0.91×10－30×4×1074.55×10－3×1.6×10－19m ＝0.05 m ＝5 cm.sin α＝35，cos α＝45，tan α＝34.亮点偏离屏中心的距离y ＝(r －r cos α)＋20.0tan α cm ＝5×(1－45)cm ＋20.0×34cm ＝16 cm.答案：(1)见图8－17 (2)16 cm16．(14分)(·重庆卷)如图8－18所示，离子源A 产生的初速度为零、带电荷量均为e 、质量不同的正离子被电压为U 0的加速电场加速后匀速通过准直管，垂直射入匀强偏转电场，偏转后通过极板HM 上的小孔S 离开电场，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN 进入磁感应强度为B 的匀强磁场．已知HO ＝d ，HS ＝2d ，∠MNQ ＝90°.(忽略粒子所受重力)图8－18[(1)求偏转电场场强E 0的大小以及HM 与MN 的夹角φ； (2)求质量为m 的离子在磁场中做圆周运动的半径；(3)若质量为4m 的离子垂直打在NQ 的中点S 1处，质量为16m 的离子打在S 2处．求S 1和S 2之间的距离．解析：(1)正离子被电压为U 0的加速电场加速后速度设为v 1，应用动能定理有eU 0＝12mv 21，正离子垂直射入匀强偏转电场，做类平抛运动．受到电场力F ＝qE 0，产生的加速度为a ＝qE 0m ，垂直电场方向匀速运动，有2d ＝v 1t ，沿场强方向：d ＝12at 2，联立解得E 0＝U 0d ，又ta n φ＝v 1at ，解得φ＝45°.(2)正离子进入磁场时的速度大小为v 2＝v 21＋(at )2，正离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，qv 2B ＝mv 22R，解得离子在磁场中做圆周运动的半径R ＝2mU 0eB 2； (3)根据R ＝2mU 0eB 2可知， 质量为4 m 的离子在磁场中运动打在S 1处，运动半径为R 1＝2(4m )U 0eB 2， 质量为16 m 的离子在磁场中运动打在S 2处，运动半径为R 2＝2(16m )U 0eB 2， 又O ′N ＝R 2－R 1，由几何关系可知S 1和S 2之间的距离Δs ＝R 22－O ′N 2－R 1，联立解得Δs ＝4(3－1)mU 0eB 2.用心 爱心 专心11图8－19答案：(1)U 0d ，45° (2)2mU 0eB 2 (3)4(3－1)mU 0eB 2。

第八章磁场第1讲磁场的描述及磁场对电流的作用1．关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()．A．磁场中某点B的大小，与放在该点的试探电流元的情况有关B．磁场中某点B的方向，与放在该点的试探电流元所受磁场力方向一致C．在磁场中某点的试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零D．在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大解析磁感应强度是磁场本身的属性，在磁场中某处为一恒量，其大小可由B＝FIL计算，但与试探电流元的F、I、L的情况无关；B的方向规定为小磁针N极所受磁场力的方向，与放在该处的电流元受力方向并不一致；当试探电流元的方向与磁场方向平行时，虽磁感应强度不为零，但电流元所受磁场力却为零；在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大．答案 D2．如图4所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为()．图4A.BL22 B.NBL22C．BL2D．NBL2解析穿过线圈的磁通量Φ＝BS＝12BL2，故A正确．答案 A3．某同学在做“探究通电直导线产生的磁场”实验时，先在水平实验台上放置一枚小磁针，发现小磁针N极指北，然后他把一直导线沿南北方向置于小磁针正上方，并通入电流强度为I的恒定电流，发现小磁针的N极指向为北偏西60°，他通过查阅资料知当地的地磁场磁感应强度的水平分量为B，则通电导线产生的磁场在小磁针所在处的磁感应强度和通入的电流方向为()．A．2B由南向北 B.3B由南向北C．2B由北向南 D.33B由北向南解析由题意可知，导线在小磁针处产生的磁场方向指向正西，由矢量合成可得，电流在小磁针处产生的磁感应强度为3B，由安培定则可知电流方向由南向北，故B选项正确．答案 B4．三根平行的长直通电导线，分别通过一个等腰直角三角形的三个顶点且与三角形所在平面垂直，如图所示．现在使每根通电导线在斜边中点O处所产生的磁感应强度大小均为B，则下列说法中正确的有()图3A．O点处实际磁感应强度的大小为BB．O点处实际磁感应强度的大小为5BC．O点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为90°D．O点处实际磁感应强度的方向与斜边夹角为arctan 2解析先根据安培定则确定每根通电导线在O点所产生的磁感应强度的方向，再根据矢量合成法则求出结果．根据安培定则，I1与I3在O点处产生的磁感应强度B1、B3方向相同，I2在O点处产生的磁感应强度方向与B1、B3方向垂直，如图所示，故O点处实际磁感应强度大小为B0＝(B1＋B3)2＋B22＝5B，A错误、B正确；由几何关系可知O点处实际磁感应强度方向与斜边夹角为arctan 2，C错误、D正确．答案BD5．有两根长直导线a、b互相平行放置，如图6所示为垂直于导线的截面图．在图中所示的平面内，O点为两根导线连线的中点，M、N为两根导线附近的两点，它们在两导线连线的中垂线上，且与O点的距离相等．若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I，则关于线段MN上各点的磁感应强度的说法中正确的是()．图6A．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相同B．M点和N点的磁感应强度大小相等，方向相反C．在线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D．在线段MN上只有一点的磁感应强度为零解析两根导线分别在M点和N点产生的磁感应强度大小相等，方向相反，所以M点、N点的磁感应强度大小相等，方向相反，选项B正确；线段MN中点O的磁感应强度为零，选项D正确．答案BD6．在匀强磁场中某处P放一个长度为L＝20 cm，通电电流I＝0.5 A的直导线，测得它受到的最大磁场力F＝1.0 N，其方向竖直向上，现将该通电导线从磁场中撤走，则P处磁感应强度为()．A．零B．10 T，方向竖直向上C．0.1 T，方向竖直向上D．10 T，方向肯定不是竖直向上解析由公式B＝FIL可知，把数值代入可以得到B＝10 T，公式中L是与B垂直的，所以P处磁感应强度的方向肯定不是竖直向上的．答案 D7．如图7所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力()图7A．方向沿纸面向上，大小为(2＋1)ILBB．方向沿纸面向上，大小为(2－1)ILBC．方向沿纸面向下，大小为(2＋1)ILBD．方向沿纸面向下，大小为(2－1)ILB解析安培力的合力F＝BIad＝BI(ab·cos 45°＋bc＋cd·cos 45°)＝(2＋1)BIL，故A正确．答案A8．如图8所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是()．图8A．静止不动B．向纸外平动C．N极向纸外、S极向纸内转动D．N极向纸内、S极向纸外转动解析画出导线所在位置的磁感线分布情况，如图所示，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分．由左手定则可知左边的导线受到向纸内的作用力，右边的导线受到向纸外的作用力，所以导线左边向纸内转动，右边向纸外转动，若导线固定，蹄形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的N极向纸外转动，S极向纸内转动，C项正确．答案 C9．电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图9所示，利用这种装置可以把质量为m＝2.0 g的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到6 km/s，若这种装置的轨道宽为d＝2 m，长L＝100 m，电流I＝10 A，轨道摩擦不计且金属杆EF与轨道始终接触良好，则下列有关轨道间所加匀强磁场的磁感应强度和磁场力的最大功率结果正确的是()．图8A．B＝18 T，P m＝1.08×108 WB．B＝0.6 T，P m＝7.2×104 WC．B＝0.6 T，P m＝3.6×106 WD．B＝18 T，P m＝2.16×106 W解析通电金属杆在磁场中受安培力的作用而对弹体加速，由功能关系得BIdL＝12m v2m，代入数值解得B＝18 T；当速度最大时磁场力的功率也最大，即P m＝BId v m，代入数值得P m＝2.16×106 W，故D项正确．答案D图8--1-209．电磁轨道炮工作原理如图所示．待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的方法是()图10A．只将轨道长度L变为原来的2倍B．只将电流I增加至原来的2倍C．只将弹体质量减至原来的一半D．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L变为原来的2倍，其他量不变解析：设轨道长度为L，弹体质量为m，电流为I，轨道宽度为d，发射速度为v，此时B＝kI，根据动能定理，kI·I·d·L＝12m v2.解得v＝I2kdLm，由此可确定，B、D正确．答案：BD11．如图1所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．导线中通以沿x轴正方向的电流I，悬线与竖直方向的夹角为θ，且导线保持静止，则磁感应强度的方向和大小可能为()．图11A．z轴正向，mgIL tan θB．y轴正向，mgILC．z轴负向，mgIL tan θD．沿悬线向上，mgIL sin θ解析当匀强磁场的方向沿y轴正方向时，由左手定则判断可知，安培力方向竖直向上，则BIL＝mg，解得B＝mgIL；当匀强磁场的方向沿z轴负方向时，由左手定则判断可知，安培力沿水平方向，逆着电流方向看，受力如图所示，其中安培力F安＝BIL，则BIL＝mg tan θ，解得B＝mgIL tan θ.答案BC12．如图2所示，在倾角为θ＝30°的斜面上，固定一宽L＝0.25 m的平行金属导轨，在导轨上端接入电源和滑动变阻器R.电源电动势E＝12 V，内阻r＝1 Ω，一质量m＝20 g的金属棒ab与两导轨垂直并接触良好．整个装置处于磁感应强度B＝0.80 T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计)．金属导轨是光滑的，取g＝10 m/s2，要保持金属棒在导轨上静止，求：图12(1)金属棒所受到的安培力的大小． (2)通过金属棒的电流的大小． (3)滑动变阻器R 接入电路中的阻值．解析 (1)金属棒静止在金属导轨上受力平衡，如图所示 F 安＝mg sin 30°，代入数据得F 安＝0.1 N. (2)由F 安＝BIL 得I ＝F 安BL ＝0.5 A.(3)设滑动变阻器接入电路的阻值为R 0，根据闭合电路欧姆定律得： E ＝I (R 0＋r )解得R 0＝EI －r ＝23 Ω.答案 (1)0.1 N (2)0.5 A (3)23 Ω。

权掇市安稳阳光实验学校第八章高频考点真题验收全通关高频考点一：磁场安培力1．(2013·上海高考)如图1，通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面，位置靠近ab且相互绝缘。

当MN中电流突然减小时，线圈所受安培力的合力方向( )图1A．向左B．向右C．垂直纸面向外 D．垂直纸面向里2．(多选)(2012·海南高考)图2中装置可演示磁场对通电导线的作用。

电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆。

当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动。

下列说法正确的是( )图2A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动3. (2012·大纲卷)如图3所示，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流。

a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等。

关于以下几点处的磁场，下列说法正确的是( )图3A．O点处的磁感应强度为零B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D．a、c两点处磁感应强度的方向不同高频考点二：带电粒子在匀强磁场中的运动4．(2014·北京高考)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q a、q b，质量分别为m a、m b，周期分别为T a、T b。

则一定有( ) A．q a<q b B．m a<m bC．T a<T b D.q am a＜q bm b5．(多选)(2011·浙江高考)利用如图4所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。

考试内容范围及要求高考命题解读内容要求说明1。

考查方式高考对本章内容考查命题频率极高，常以选择题和计算题两种形式出题，选择题一般考查磁场的基础知识和基础规律，一般难度不大;计算题主要是考查安培力、带电粒子在磁场中的运动与力学、电学、能量知识的综合应用，难度较大，较多是高考的压轴题．2．命题趋势（1)磁场的基础知识及规律的考查(2）安培力、洛伦兹力的考查（3）带电粒子在有界磁场中的临界问题，在组合场、复合场中的运动问题（4)磁场与现代科学知识的综合应用35。

磁场磁感应强度磁感线磁通量Ⅰ1。

计算限于直导线跟匀强磁场平行或垂直两种情况2．计算限于带电粒子的速度与磁感应强度平行或垂直两种情况36.通电直导线和通电线圈周围磁场的方向Ⅰ37.安培力Ⅱ38.洛仑兹力Ⅱ39。

带电粒子在匀强磁场中的运动Ⅱ40.质谱仪和回旋加速器的工作原理Ⅰ第1讲磁场及其对电流的作用一、对磁场的理解1．磁场(1）基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用．(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向，或自由小磁针静止时N 极的指向．2．磁感应强度(1）定义式:B＝错误!（通电导线垂直于磁场）．（2）方向：小磁针静止时N极的指向．(3)磁感应强度是反映磁场性质的物理量,由磁场本身决定，是用比值法定义的．3．磁感线(1)引入：在磁场中画出一些曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁感应强度的方向一致．(2）特点：磁感线的特点与电场线的特点类似，主要区别在于磁感线是闭合的曲线．(3）条形磁铁和蹄形磁铁的磁场(如图1所示)．图1二、安培定则的应用及磁场的叠加1．安培定则的应用直线电流的磁场通电螺线管的磁场环形电流的磁场特点无磁极、非匀强，且距导线越远处磁场越弱与条形磁铁的磁场相似,管内为匀强磁场且磁场最强，管外为非匀强磁场环形电流的两侧是N极和S极，且离圆环中心越远，磁场越弱安培定则立体图横截面图2．磁场的叠加磁感应强度是矢量,计算时与力的计算方法相同，利用平行四边形定则或正交分解法进行合成与分解．三、安培力1．安培力的方向（1)左手定则:伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内．让磁感线从掌心进入，并使四指指向电流的方向,这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向．（2）注意问题：磁感线方向不一定垂直于电流方向，但安培力方向一定与磁场方向和电流方向垂直,即大拇指一定要垂直于磁场方向和电流方向决定的平面．2．安培力的大小当磁感应强度B的方向与导线方向成θ角时,F＝ILB sin_θ。

专题8磁场考点一：基本概念及规律 一 磁场 1．定义：2．磁场的方向的规定：① ② 二．磁感线1什么叫磁感线?对磁感线有何要求？ 2熟记几种常见磁场的磁感线的分布：“内外有别”．．．．．．练习：请画出条形磁体、直线电流、环形电流、通电螺线管的磁感线的分布？思考：有人说：“磁感线总是从北极出发，回到南极”对吗？“同名磁极相互排斥，异名磁极相互”不完全正确，你怎么看？说明：①电流产生的磁场 安培定则电流与磁场间的方向关系安培定则Ⅰ： 安培定则Ⅱ： ②地磁场的说明ⅰ、地磁场的N （S ）极在地球南（北）极附近；ⅱ、地磁场的水平分量总是从南极指向北极,而竖直分量在南半球向上,在北半球向下；ⅲ、在赤道平面(中性面)上, 距离地球表面相等的各点磁感应强度相等,方向水平；练习： A 组 1．关于地磁场，下列说法正确的是（ ） A ．地球是一个巨大的磁体，地磁N 极在地南极附近，S 极在地北极附近 B ．地磁场在地表附近某处，有两个分量，水平分量指向地北极附近，竖直分量一定竖直向下．若指南针放在地心，则它的N 极指向地球北极D ．若指南针放在地心，则它的N 极指向地球南极2．下列描述哪些是正确的（ ） A ．磁感线从磁体的N 极出发到磁体的S 极终止B ．自由转动的小磁针放在通电螺线管内部，其N 极指向螺线管的北极 ．磁感线的方向就是磁场方向D ．两条磁感线空隙处不存在磁场 3 磁场中某区域的磁感线如图3-26所示．则（ ）A ．、b 两处磁感强度大小不等，B ＞Bb ． B ．、b 两处磁感强度大小不等，B ＜Bb ． ．同一小段通电导线放在处时受力一定比b 处时大．D．同一小段通电导线放在处时受力可能比b处时小4．如图所示，一束带电粒子沿水平方向平行地飞过磁针上方时，磁针的S 极向纸外偏转，这一带电粒子束可能是（）A．向右飞行的正离子束 B．向左飞行的正离子束．向右飞行的负离子束 D．向左飞行的负离子束5 (07广东)磁体之间的相互作用是通过磁场发生的。

绝密★启用前2019年高三物理一轮复习测试第八章磁场本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

第Ⅰ卷一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)1.有人根据公式B＝，提出以下看法，其中正确的是()A．磁感应强度的数值跟通电导线受到的磁场力F的大小成正比B．磁感应强度的数值跟通电导线的电流I成反比C．磁感应强度的数值跟通电导线的长度L成反比D．磁感应强度是表示磁场强弱的物理量，它是客观存在的，它与外加导线的长度、电流的强弱和受力情况均无关2.如图所示，在A点的东、西、南、北方向相同距离处，各有一无限长直线电流，电流大小相同，方向如图，则A点的磁场方向为()A．正北方B．东南方C．正东方D．正南方3.下列几幅图中，由电流产生的磁场方向正确的是()A．B．C．D．4.如图所示的甲、乙、丙图中，MN、PQ是固定在同一水平面内足够长的平行金属导轨．导体棒ab 垂直放在导轨上，导轨都处于垂直水平面向下的匀强磁场中．导体棒和导轨间接触良好且摩擦不计，导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，甲图中的电容器C原来不带电．今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在甲、乙、丙图中导体棒ab在磁场中的最终运动状态是()A．甲、丙中，棒ab最终将以相同速度做匀速运动；乙中ab棒最终静止B．甲、丙中，棒ab最终将以不同速度做匀速运动；乙中ab棒最终静止C．甲、乙、丙中，棒ab最终均做匀速运动D．甲、乙、丙中，棒ab最终都静止5.如图所示，真空中两点电荷＋q和－q以共同的角速度绕轴OO′匀速运动，P点距＋q近，则P点磁感应强度的方向为()A．沿O′O向上B．沿OO′向下C．从＋q指向－qD．磁感应强度为06.如图是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图．三块相同马蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中轻而柔软的细导线1、2、3、4悬挂起来，它们之中的任意两根都可与导体棒和电源构成回路．可认为导体棒所在位置附近的磁场为匀强磁场，最初导线1、4接在直流电源上，电源没有在图中画出．关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是()A．改变电流方向的同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变B．仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变C．增大电流同时改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大D．仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变7.如图所示，在重力、电场力和洛伦兹力作用下，一带电液滴做直线运动，下列关于带电液滴的电性和运动的说法不正确的是( )A．液滴可能带负电B．液滴一定做匀速直线运动C．不论液滴带正电还是负电，运动轨迹为同一条直线D．液滴不可能在垂直电场的方向上运动8.通有电流的导线L1、L2处在同一平面(纸面)内，L1是固定的，L2可绕垂直纸面的固定转轴O转动(O为L2的中心)，各自的电流方向如图所示．下列哪种情况将会发生()A．因L2不受磁场力的作用，故L2不动B．因L2上、下两部分所受的磁场力平衡，故L2不动C．L2绕轴O按顺时针方向转动D．L2绕轴O按逆时针方向转动9.如图所示空间有垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m=1 kg的带正电的绝缘小滑块，沿斜面先向上运动，当滑到最高点后又沿斜面下滑。

第八章　磁　场 (1)从近三年的高考试题考查点分布可以看出，高考对磁场专题知识的考查频率很高，其中包括磁场的基本性质和安培力的应用，洛伦兹力和带电粒子在磁场中的运动、带电粒子在复合场中的运动等，其中复合场问题的综合性较强，覆盖考点较多(一般可综合考查重力、电场力、磁场力的分析，各种力做功、能量转化的关系，圆周运动、动力学知识以及考生分析问题的能力和综合应用能力)，是现今理综试卷的一个命题热点，常以大型计算题出现，并且占有较大的分值。

(2)高考题对安培力的考查以选择题为主，对带电粒子在匀强磁场中的运动或在复合场中的运动的考查以综合计算题为主，题目难度中等偏上。

2015高考考向前瞻 第1节磁场的描述__磁场对电流的作用 磁场　磁感应强度 [想一想] 磁感应强度的定义式B＝的条件是什么？检验电流元的受力方向是磁感应强度B的方向吗？B的方向是如何定义的？ 提示：磁感应强度的定义式B＝的条件是检验电流元I很小，L很短，且IB；检验电流元I所受力F的方向，不是磁感应强度B的方向；B的方向为小磁针静止时北极的指向。

[记一记] 1．磁场 (1)基本特性：磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。

(2)方向：小磁针的N极所受磁场力的方向。

2．磁感应强度 (1)物理意义：描述磁场的强弱和方向。

(2)大小：B＝(通电导线垂直于磁场)。

(3)方向：小磁针静止时N极的指向。

(4)单位：特斯拉(T)。

3．匀强磁场 (1)定义：磁感应强度的大小处处相等、方向处处相同的磁场称为匀强磁场。

(2)特点：匀强磁场中的磁感线是疏密程度相同的、方向相同的平行直线。

4．磁通量 (1)概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积。

(2)公式：Φ＝BS。

(3)单位：1 Wb＝1_T·m2。

[试一试] 1．(多选)下列说法中正确的是( ) A．电荷在某处不受电场力的作用，则该处电场强度为零 B．一小段通电导线在某处不受磁场力作用，则该处磁感应强度一定为零 C．表征电场中某点电场的强弱，是把一个检验电荷放在该点时受到的电场力与检验电荷本身电荷量的比值 D．表征磁场中某点磁场的强弱，是把一小段通电导线放在该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值 解析：选AC　电场和磁场有一个明显的区别是：电场对放入其中的电荷有力的作用，而磁场仅对在磁场中运动且速度方向和磁感应强度方向不平行的带电粒子有力的作用；磁场对通电导线有力的作用的条件是磁场方向不能和电流方向平行，因此A对B错。

专题强化九带电粒子在叠加场和组合场中的运动专题解读 1.本专题是磁场、力学、电场等知识的综合应用，高考往往以计算压轴题的形式出现．2．学习本专题，可以培养同学们的审题能力、推理能力和规范表达能力．针对性的专题训练，可以提高同学们解决难题压轴题的信心．3．用到的知识有：动力学观点(牛顿运动定律)、运动学观点、能量观点(动能定理、能量守恒)、电场的观点(类平抛运动的规律)、磁场的观点(带电粒子在磁场中运动的规律)．命题点一带电粒子在叠加场中的运动1．带电体在叠加场中无约束情况下的运动(1)洛伦兹力、重力并存①若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动．②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，故机械能守恒，由此可求解问题．(2)静电力、洛伦兹力并存(不计重力的微观粒子)①若静电力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动．②若静电力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用动能定理求解问题．(3)静电力、洛伦兹力、重力并存①若三力平衡，一定做匀速直线运动．②若重力与静电力平衡，一定做匀速圆周运动．③若合力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂的曲线运动，因洛伦兹力不做功，可用能量守恒定律或动能定理求解问题．2．带电体在叠加场中有约束情况下的运动带电体在叠加场中受轻杆、轻绳、圆环、轨道等约束的情况下，常见的运动形式有直线运动和圆周运动，此时解题要通过受力分析明确变力、恒力做功情况，并注意洛伦兹力不做功的特点，运用动能定理、能量守恒定律结合牛顿运动定律求解．例1 在如图1所示的竖直平面内，水平轨道CD 和倾斜轨道GH 与半径r ＝944m 的光滑圆弧轨道分别相切于D 点和G 点，GH 与水平面的夹角θ＝37°.过G 点、垂直于水平面的竖直平面左侧有匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度B ＝1.25 T ；过D 点、垂直于水平面的竖直平面右侧有匀强电场，电场方向水平向右，电场强度E ＝1×118 N /C.小物体P 1质量m ＝2×10－3 kg 、带电荷量q ＝＋8×10－6 C ，受到水平向右的推力F ＝9.98×10－3 N的作用，沿CD 向右做匀速直线运动，到达D 点后撤去推力．当P 1到达倾斜轨道底端G 点时，不带电的小物体P 2在GH 顶端由静止释放，经过时间t ＝0.1 s 与P 1相遇．P 1和P 2与轨道CD 、GH 间的动摩擦因数均为μ＝0.5，g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，物体电荷量保持不变，不计空气阻力．求：图1(1)小物体P 1在水平轨道CD 上运动速度v 的大小； (2)倾斜轨道GH 的长度s .①沿CD 向右匀速直线运动；②经过时间t ＝0.1 s 与P 1相遇．答案 (1)4 m/s (2)0.56 m解析 (1)设小物体P 1在匀强磁场中运动的速度为v ，受到向上的洛伦兹力为F 1，受到的摩擦力为F f ，则F 1＝q v B ① F f ＝μ(mg －F 1)②由题意知，水平方向合力为零，F －F f ＝0③ 联立①②③式，代入数据解得v ＝4 m/s ④(2)设P 1在G 点的速度大小为v G ，由于洛伦兹力不做功，根据动能定理有 qEr sin θ－mgr (1－cos θ)＝12m v 2G －12m v 2⑤ P 1在GH 上运动，受到重力、电场力和摩擦力的作用，设加速度为 a 1，根据牛顿第二定律有qE cos θ－mg sin θ－μ(mg cos θ＋qE sin θ)＝ma 1⑥P 1与P 2在GH 上相遇时，设P 1在GH 上运动的距离为s 1，则 s 1＝v G t ＋12a 1t 2⑦设P 2质量为m 2，在GH 上运动的加速度为a 2，则 m 2g sin θ－μm 2g cos θ＝m 2a 2⑧P 1与P 2在GH 上相遇时，设P 2在GH 上运动的距离s 2，则s 2＝12a 2t 2⑨s ＝s 1＋s 2⑩联立⑤～⑩式，代入数据得s ＝0.56 m.1．如图2所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E ＝5 3 N /C ，同时存在着垂直纸面向里的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B ＝0.5 T ．有一带正电的小球，质量m ＝1×10－6 kg ，电荷量q ＝2×10－6 C ，正以速度v 在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P 点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)，取g ＝10 m/s 2，求：图2(1)小球做匀速直线运动的速度v 的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过P 点所在的这条电场线经历的时间t . 答案 (1)20 m/s 方向与电场方向成60°角斜向上 (2)3.5 s解析 (1)小球做匀速直线运动时受力如图甲，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有q v B ＝q 2E 2＋m 2g 2①甲代入数据解得v ＝20 m/s ②速度v 的方向与电场E 的方向之间的夹角满足tan θ＝qE mg③代入数据解得tan θ＝ 3 θ＝60°④(2)解法一 撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，如图乙所示，设其加速度为a ，有乙a ＝q 2E 2＋m 2g 2m⑤设撤去磁场后小球在初速度方向上的分位移为x ，有 x ＝v t ⑥设小球在重力与电场力的合力方向上的分位移为y ，有 y ＝12at 2⑦ tan θ＝y x⑧联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据解得 t ＝2 3 s ≈3.5 s ⑨解法二 撤去磁场后，由于电场力垂直于竖直方向，它对竖直方向的分运动没有影响，以P 点为坐标原点，竖直向上为正方向，小球在竖直方向上做匀减速运动，其初速度为 v y ＝v sin θ⑤若使小球再次穿过P 点所在的电场线，仅需小球的竖直方向上分位移为零，则有v y t －12gt 2＝0⑥联立⑤⑥式，代入数据解得t ＝2 3 s ≈3.5 s.2．如图3所示，在竖直平面内，水平x 轴的上方和下方分别存在方向垂直纸面向外和方向垂直纸面向里的匀强磁场，其中x 轴上方的匀强磁场磁感应强度大小为B 1，并且在第一象限和第二象限有方向相反、强弱相同的平行于x 轴的匀强电场，电场强度大小为E 1，已知一质量为m 的带电小球从y 轴上的A (0，L )位置斜向下与y 轴负半轴成60°角射入第一象限，恰能做匀速直线运动．图3(1)判定带电小球的电性，并求出所带电荷量q 及入射的速度大小；(2)为使得带电小球在x 轴下方的磁场中能做匀速圆周运动，需要在x 轴下方空间加一匀强电场，试求所加匀强电场的方向和电场强度的大小；(3)在满足第(2)问的基础上，若在x 轴上安装有一绝缘弹性薄板，并且调节x 轴下方的磁场强弱，使带电小球恰好与绝缘弹性板碰撞两次从x 轴上的某一位置返回到x 轴的上方(带电小球与弹性板碰撞时，既无电荷转移，也无能量损失，并且入射方向和反射方向与弹性板的夹角相同)，然后恰能做匀速直线运动至y 轴上的A (0，L )位置，则：弹性板至少多长？带电小球从A 位置出发到返回至A 位置过程所经历的时间为多少？ 答案 (1)负电 q ＝3mg 3E 1 v ＝2E 1B 1(2)竖直向下 3E 1 (3)233L 53πB 1L 3E 1＋2B 1LE 1解析 (1)小球在第一象限中的受力分析如图所示，所以带电小球带负电．mg ＝qE 1tan 60°，q ＝3mg 3E 1.又qE 1＝q v B 1cos 60°，得v ＝2E 1B 1(2)小球若在x 轴下方的磁场中做匀速圆周运动，必须使得电场力与重力二力平衡，即应施加一竖直向下的匀强电场，且电场强度大小满足qE ＝mg ，即E ＝3E 1.(3)要想让小球恰好与弹性板发生两次碰撞，并且碰撞后返回x 轴上方空间匀速运动到A 点，则其轨迹应该如图所示，且由几何关系可知3PD ＝2ON ，ON OA ＝ONL＝tan 60°，联立上述方程解得 PD ＝DN ＝233L ，R ＝233L .设x 轴下方的磁感应强度为B ，则满足q v B ＝m v 2R ，T ＝2πmqB .从N 点运动到C 点的时间为t ＝3×360°－60°360°T .联立上式解得t ＝53πB 1L3E 1.由几何关系可知LAN＝cos 60°.在第一象限运动的时间t 1和第二象限中的运动的时间t 2相等，且t 1＝t 2＝AN v ＝2L v ＝B 1LE 1.所以带电小球从A 点出发至回到A 点的过程中所经历的总时间为t 总＝t ＋t 1＋t 2. 联立上述方程解得t 总＝53πB 1L 3E 1＋2B 1LE 1.命题点二 带电粒子在组合场中的运动1．组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，电场、磁场交替出现． 2．分析思路(1)划分过程：将粒子运动的过程划分为几个不同的阶段，对不同的阶段选取不同的规律处理．(2)找关键点：确定带电粒子在场区边界的速度(包括大小和方向)是解决该类问题的关键． (3)画运动轨迹：根据受力分析和运动分析，大致画出粒子的运动轨迹图，有利于形象、直观地解决问题．例2 在如图4所示的直角坐标系xOy 中，矩形区域OACD 内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B ＝5.0×10－2 T ；第一象限内有沿y 轴负方向的匀强电场，场强大小为E ＝1.0×118 N /C.已知矩形区域OA 边长为0.60 m ，AC 边长为0.20 m ．在CD 边中点N 处有一放射源，某时刻，放射源沿纸面向磁场中的各个方向均匀辐射出速率均为v ＝2.0×118 m/s 的某种带正电粒子，带电粒子的质量为m ＝1.6×10－27kg 、电荷量为q ＝3.2×10－19C ，不计粒子重力，计算结果均保留两位有效数字，试求：图4(1)粒子在磁场中运动的半径；(2)从N 处射出的粒子在磁场中运动的最短路程；(3)沿x 轴负方向射出的粒子，从射出到从y 轴离开所经历的时间．①各个方向均匀辐射；②不计粒子重力．答案 (1)0.20 m (2)0.21 m (3)4.6×10－7 s解析 (1)设粒子在磁场中做圆周运动的半径为r ，由牛顿第二定律可得 q v B ＝m v 2r代入数据解得r ＝0.20 m.(2)设粒子在磁场中运动的最短路程为s ，由数学知识可知，最短弦长对应最短的弧长，粒子运动轨迹如图甲所示，由几何关系可知，α＝60°，最短的弧长即最短路程，则有s ＝16×2πr＝0.21 m.甲 乙(3)如图乙所示，粒子在磁场中运动的周期T ＝2πr v ＝6.28×10－7 s ，设沿x 轴负方向射出的粒子在磁场中沿弧NP 运动的时间为t 1，则有t 1＝T 4＝1.57×10－7 s设粒子在电场中运动的时间为t 2，加速度大小为a ，则有t 2＝2v a ，a ＝qEm ，代入数据解得t 2＝2.0×10－7 s由几何关系可知，cos θ＝12，所以θ＝60°，设粒子沿弧PH 运动的时间为t 3，则t 3＝T6，t 3＝1.18×10－7 s故沿x 轴负方向射出的粒子，从射出到从y 轴离开所经历的时间t ＝t 1＋t 2＋t 3＝4.6×10－7 s.带电粒子在组合场中运动的分析思路第1步：分阶段(分过程)按照时间顺序和进入不同的区域分成几个不同的阶段； 第2步：受力和运动分析，主要涉及两种典型运动，如下： 匀速圆周运动←粒子垂直于磁感线进入匀强磁场←磁偏转←组合场中两种典型的偏转→电偏转→粒子垂直于电场线进入匀强电场→类平抛运动 第3步：用规律磁偏转→匀速圆周运动→圆轨迹→找半径→定圆心⎩⎪⎨⎪⎧半径公式周期公式电偏转→类平抛运动⎩⎪⎨⎪⎧初速度方向→匀速直线运动电场方向→匀变速直线运动3．如图5所示，直角坐标系xOy 第一象限的区域存在沿y 轴正方向的匀强电场．现有一质量为m ，电荷量为e 的电子从第一象限的某点P (L ，38L )以初速度v 0沿x 轴的负方向开始运动，经过x 轴上的点Q (L4，0)进入第四象限，先做匀速直线运动然后进入垂直纸面的矩形匀强磁场区域(图中未画出)，磁场左边界和上边界分别与y 轴、x 轴重合，电子偏转后恰好经过坐标原点O ，并沿y 轴的正方向运动，不计电子的重力．求：图5(1)电子经过Q 点时的速度v ；(2)该匀强磁场的磁感应强度B 和最小面积S . 答案 见解析解析 (1)电子从P 点开始在电场力作用下做类平抛运动到Q 点，可知竖直方向y ＝38L ＝12at 2，水平方向x ＝34L ＝v 0t ，解得a ＝43v 209L而v y ＝at ＝33v 0，所以电子经过Q 点时的速度为 v ＝v 20＋v 2y ＝233v 0设v 与x 轴负方向的夹角为θ，可知tan θ＝v y v 0＝33，所以θ＝30°.(2)如图所示，电子以与x 轴负方向成30°角的方向进入第四象限后先沿QM 做匀速直线运动，然后进入匀强磁场区域做匀速圆周运动，恰好以沿y 轴向上的速度经过O 点．可知圆周运动的圆心O ′一定在x 轴上，且O ′点到O 点的距离与O ′点到直线QM 上M 点(M 点即磁场的边界点)的距离相等，找出O ′点，画出其运动的部分轨迹为弧MNO ，所以面积最小的磁场的右边界和下边界就确定了设偏转半径为R ，e v B ＝m v 2R ，由图知OQ ＝14L ＝3R ，解得B ＝83m v 0eL ，方向垂直纸面向里面积最小的磁场的长度L OC ＝32R ＝18L ，宽度L OA ＝R ＝112L矩形磁场的最小面积为：S min ＝L OC ·L OA ＝196L 2. 4．x 轴下方有两个关于直线x ＝－0.5a 对称的沿x 轴的匀强电场(大小相等，方向相反)．如图6甲所示，一质量为m 、带电荷量为－q 的粒子(不计重力)，以初速度v 沿y 轴正方向从P 点进入电场，后从原点O 以与过P 点时相同的速度进入磁场(图中未画出)．粒子过O 点的同时在MN 和x 轴之间加上按图乙所示的规律发生周期性变化的磁场，规定垂直纸面向里为正方向．正向磁场与反向磁场的磁感应强度大小相等，且持续的时间相同．粒子在磁场中运动一段时间后到达Q 点，并且速度也与过P 点时速度相同．已知P 、O 、Q 在一条直线上，与水平方向夹角为θ，且P 、Q 两点横坐标分别为－a 、a .试计算：图6(1)电场强度E 的大小； (2)磁场的磁感应强度B 的大小； (3)粒子从P 到Q 的总时间．答案 (1)4m v 2aq tan 2 θ (2)4nm v cos 2 θqa (n ＝1,2,3，…)(3)a tan θv ＋(π－2θ)α2v cos 2θ解析 (1)带电粒子在第三象限的运动为两个阶段的匀变速曲线运动，且时间相等，设为t ，对该运动分析得 y 方向：a tan θ＝2v t x 方向：12a ＝qE2mt 2，解得：E ＝4m v 2aq tan 2 θ，t ＝a tan θ2v. (2)带电粒子在第一象限的磁场中做匀速圆周运动，轨迹如图所示(只画出一个周期的情况)设半径为R ，由几何关系可知 acos θ＝4nR cos θ(n ＝1,2,3，…)， Bq v ＝m v 2R，解得B ＝4nm v cos 2θqa(n ＝1,2,3，…)．(3)带电粒子在电场中运动的时间t 电＝2t ＝a tan θv .研究带电粒子在磁场中的匀速圆周运动，设时间为t 磁，设单元圆弧对应的圆心角为α，由几何关系可知α＝π－2θ， 则t 磁＝2n (π－2θ)R v ＝(π－2θ)a2v cos 2θ， 所以粒子从P 到Q 的总时间 t 总＝t 电＋t 磁＝a tan θv ＋(π－2θ)a 2v cos 2θ.题组1 带电粒子在叠加场中的运动1．如图1所示，在竖直平面内建立直角坐标系xOy ，其第一象限存在着正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度的方向水平向右，磁感应强度的方向垂直纸面向里．一带电荷量为＋q 、质量为m 的微粒从原点出发进入复合场中，初速度方向与x 轴正方向的夹角为45°，正好做直线运动，当微粒运动到A (l ，l )时，电场方向突然变为竖直向上(不计电场变化的时间)，微粒继续运动一段时间后，正好垂直于y 轴穿出复合场．不计一切阻力，求：图1(1)电场强度E 的大小； (2)磁感应强度B 的大小； (3)微粒在复合场中的运动时间． 答案 (1)mg q (2)m qg l (3)(3π4＋1)lg解析 (1)微粒到达A (l ，l )之前做匀速直线运动，对微粒受力分析如图甲：由几何关系知Eq ＝mg ，得：E ＝mgq(2)由平衡条件：q v B ＝2mg电场方向变化后，微粒所受重力与电场力平衡，微粒在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，轨迹如图乙q v B ＝m v 2r由几何知识可得：r ＝2l 联立解得：v ＝2gl ，B ＝mqg l(3)微粒做匀速运动时间：t 1＝2lv ＝l g 做匀速圆周运动时间：t 2＝34π·2l v ＝3π4l g故微粒在复合场中的运动时间： t ＝t 1＋t 2＝(3π4＋1)l g. 2．如图2所示，与水平面成37°的倾斜轨道AC ，其延长线在D 点与半圆轨道DF 相切，全部轨道为绝缘材料制成且位于竖直面内，整个空间存在水平向左的匀强电场，MN 的右侧存在垂直纸面向里的匀强磁场(C 点处于MN 边界上)．一质量为0.4 kg 的带电小球沿轨道AC 下滑，至C 点时速度为v C ＝1007m /s ，接着沿直线CD 运动到D 处进入半圆轨道，进入时无动能损失，且恰好能通过F 点，在F 点速度为v F ＝4 m/s(不计空气阻力，g ＝10 m/s 2，cos 37°＝0.8)．求：图2(1)小球带何种电荷？(2)小球在半圆轨道部分克服摩擦力所做的功；(3)小球从F 点飞出时磁场同时消失，小球离开F 点后的运动轨迹与直线AC (或延长线)的交点为G 点(未标出)，求G 点到D 点的距离． 答案 (1)正电荷 (2)27.6 J (3)2.26 m解析 (1)依题意可知小球在CD 间做匀速直线运动，在CD 段受重力、电场力、洛伦兹力且合力为零，若小球带负电，小球受到的合力不为零，因此带电小球应带正电荷． (2)小球在D 点速度为v D ＝v C ＝1007m/s设重力与电场力的合力为F 1，如图所示，则F 1＝F 洛＝q v C B 又F 1＝mgcos 37°＝5 N解得qB ＝F 1v C ＝720 C·T在F 处由牛顿第二定律可得 q v F B ＋F 1＝m v 2FR把qB ＝720C·T 代入得R ＝1 m小球在DF 段克服摩擦力做功W f ，由动能定理可得 －W f －2F 1R ＝12m v 2F －12m v 2D 解得W f ≈27.6 J(3)小球离开F 点后做类平抛运动，其加速度为a ＝F 1m由2R ＝at 22解得t ＝4mR F 1＝225s 交点G 与D 点的距离GD ＝v F t ＝825m ≈2.26 m. 题组2 带电粒子在组合场中的运动3．如图3所示，在xOy 平面内y 轴与MN 边界之间有沿x 轴负方向的匀强电场，y 轴左侧和MN 边界右侧的空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小相等的匀强磁场，MN 边界与y 轴平行且间距保持不变．一质量为m 、电荷量为－q 的粒子以速度v 0从坐标原点O 沿x 轴负方向射入磁场，每次经过磁场的时间均为t 0，粒子重力不计．图3(1)求磁感应强度的大小B ；(2)若t ＝5t 0时粒子回到原点O ，求电场区域的宽度d 和此时的电场强度E 0； (3)若带电粒子能够回到原点O ，则电场强度E 应满足什么条件？ 答案 (1)πm qt 0 (2)32v 0t 0 m v 0qt 0 (3)E ＝(2n ＋1)m v 03n 2qt 0(n ＝1,2,3，…)解析 (1)粒子在磁场中做圆周运动的周期T ＝2πmqB ，粒子每次经过磁场的时间为半个周期，则T ＝2t 0，解得B ＝πmqt 0(2)t ＝5t 0时粒子回到原点，轨迹如图甲所示，由几何关系有r 2＝2r 1由向心力公式有qB v 0＝m v 20r 1，qB v 2＝m v 22r 2电场宽度d ＝v 0＋v 22t 0，解得d ＝32v 0t 0又v 2＝v 0＋qE 0m t 0，解得E 0＝m v 0qt 0(3)如图乙所示，由几何关系可知，要使粒子能够回到原点，则应满足n (2r 2′－2r 1)＝2r 1(n ＝1,2,3，…)由向心力公式有qB v 2′＝m v 2′2r 2′，解得v 2′＝n ＋1n v 0根据动能定理有qEd ＝12m v 2′2－12m v 2解得E ＝(2n ＋1)m v 03n 2qt 0(n ＝1,2,3，…)．4．如图4甲所示，相隔一定距离的竖直边界两侧为相同的匀强磁场区，磁场方向垂直纸面向里，在边界上固定两长为L 的平行金属极板MN 和PQ ，两极板中心各有一小孔S 1、S 2，两极板间电压的变化规律如图乙所示，正反向电压的大小均为U 0，周期为T 0.在t ＝0时刻将一个质量为m 、电荷量为－q (q >0)的粒子由S 1静止释放，粒子在电场力的作用下向右运动，在t ＝T 02时刻通过S 2垂直于边界进入右侧磁场区．(不计粒子重力，不考虑极板外的电场)图4(1)求粒子到达S 2时的速度大小v 和极板间距d ；(2)为使粒子不与极板相撞，求磁感应强度的大小应满足的条件；(3)若已保证了粒子未与极板相撞，为使粒子在t ＝3T 0时刻再次到达S 2，且速度恰好为零，求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小． 答案 (1) 2qU 0m T 042qU 0m (2)B <4L2mU 0q(3)74T 0 8πm 7qT 0解析 (1)粒子由S 1到S 2的过程，根据动能定理得 qU 0＝12m v 2①由①式得v ＝2qU 0m ② 设粒子的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得 qU 0d＝ma ③ 由运动学公式得d ＝12a ⎝⎛⎭⎫T 022④联立③④式得d ＝T 042qU 0m⑤ (2)设磁感应强度大小为B ，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R ，由牛顿第二定律得q v B ＝m v 2R⑥要使粒子在磁场中运动时不与极板相撞，应满足 2R >L 2⑦联立②⑥⑦式得B <4L2mU 0q⑧ (3)设粒子在两边界之间无场区向左匀速运动的过程用时为t 1，有d ＝v t 1⑨ 联立②⑤⑨式得t 1＝T 04⑩若粒子再次到达S 2时速度恰好为零，粒子回到极板间做匀减速运动，设匀减速运动的时间为t 2，根据运动学公式得 d ＝v 2t 2⑪ 联立⑨⑩⑪式得t 2＝T 02⑫设粒子在磁场中运动的时间t ＝3T 0－T 02－t 1－t 2⑬联立○10⑫⑬式得t ＝7T 04⑭则粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T ，由⑥式结合运动学公式得T ＝2πmqB ⑮由题意可知T ＝t ＝7T 04⑯联立⑭⑮⑯式得B ＝8πm7qT 0.。