新高考物理二輪復習重難點專練重難點10 磁場（原卷版）

重難點10磁場1.命題情境源自生產(chǎn)生活中的與磁場的相關(guān)的情境或科學探究情境，解題時能從具體情境中抽象出物理模型，正確應用磁場知識、安培力、洛倫茲力、動力學等解決物理實際問題。2.選擇題命題中主要考查磁感應強度的疊加，安培力、洛倫茲力大小和方向等知識點。立體空間的磁場加大了立體空間的思維能的考查。3.命題中經(jīng)常注重物理建模思想的應用，具體問題情境中，抽象出物體模型。帶電粒子在有界磁場中的運動，帶電粒子在電場和磁場組合場或復合場中運動的考查，利用動力學和功能關(guān)系、動量守恒等思想分析問題和解決問題。4.命題中經(jīng)常出現(xiàn)巧妙利用三類動態(tài)圓模型（平移圓、旋轉(zhuǎn)圓、縮放圓）解決大量帶電粒子沿不同方向進入有界磁場運動的問題。（建議用時：30分鐘）一、單選題1．（2023·黑龍江·校聯(lián)考模擬預測）智能手機安裝適當?shù)能浖?，利用傳感器可測量磁感應強度B的大小。如圖甲所示，在手機上建立三維坐標系，手機顯示屏所在平面為xOy面。某同學在某地對地磁場進行了兩次測量，將手機顯示屏朝上平放在水平桌面上測量結(jié)果如圖乙，之后繞x軸旋轉(zhuǎn)某一角度后測量結(jié)果如圖丙，圖中顯示數(shù)據(jù)的單位為μT（微特斯拉）。已知手機顯示屏的面積大約為0.01m2，根據(jù)數(shù)據(jù)可知兩次穿過手機顯示屏磁通量的變化量約為（）

A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02．（2023·河北·校聯(lián)考模擬預測）如圖所示，重物放在電子稱上，跨過定滑輪的細繩一端系住重物，另一端系住多匝矩形通電線圈（為線圈供電的電源沒有畫出）。矩形線圈下部放在勻強磁場中，線圈平面與勻強磁場垂直，線圈的匝數(shù)為n，水平邊長為L，當線圈中通過順時針方向的恒定電流為I時，電子稱顯示的力的值為SKIPIF1<0，改變線圈中電流的方向，但不改變線圈電流的大小，電子稱顯示的力的值為SKIPIF1<0，整個過程中細繩沒有松弛。則磁感應強度B的大小為（

）

A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<03．（2023·河南開封·?？寄M預測）虛線OM和虛線ON之間的夾角為30°，如圖所示，虛線OM上方存在方向垂直于紙面向里的勻強磁場。一帶負電的粒子沿紙面以大小為v的速度從O點右側(cè)距離為L的A點向左上方射人磁場，速度與OM成30°角。已知該粒子在磁場中的運動軌跡與ON只有一個交點，并從OM上另一點射出磁場，不計重力。則粒子在磁場中做圓周運動的半徑為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．2L D．3L4．（2023·云南·一模）空間存在勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直于紙面，線段SKIPIF1<0是屏與紙面的交線，長度為SKIPIF1<0，其左側(cè)有一粒子源S，可沿紙面內(nèi)各個方向不斷發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q、速率相同的粒子；SKIPIF1<0，P為垂足，如圖所示，已知SKIPIF1<0，若SKIPIF1<0上所有的點都能被粒子從其右側(cè)直接打中，則粒子的速率至少為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0二、多選題5．（2023·江西贛州·校聯(lián)考模擬預測）如圖中，邊長為L的正六邊形內(nèi)有一勻強磁場，方向如圖，正中央有一粒子源O，它朝紙面各個方向發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為SKIPIF1<0、速度為v的粒子，恰好沒有一個粒子飛出邊界。不計所有粒子的重力，不計所有粒子之間的相互作用，則下列說法正確的是（

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A．所有粒子能到達的區(qū)域面積為SKIPIF1<0B．磁感應強度SKIPIF1<0C．若磁感應強度調(diào)整為SKIPIF1<0，將有粒子從A點離開磁場D．若豎直向上射出的粒子，剛好沒有離開磁場，則磁感應強度調(diào)整為SKIPIF1<06．（2024·江西景德鎮(zhèn)·江西省樂平中學校聯(lián)考一模）光滑絕緣水平桌面上有一個可視為質(zhì)點的帶正電小球，桌面右側(cè)存在由勻強電場和勻強磁場組成的復合場，復合場的下邊界是水平面，到桌面的距離為h，電場強度為E、方向豎直向上，磁感應強度為B、方向垂直紙面向外，重力加速度為g，帶電小球的比荷為SKIPIF1<0，如圖所示。現(xiàn)給小球一個向右的初速度，離開桌邊緣立刻進入復合場運動，從下邊界射出，射出時的速度方向與下邊界的夾角為SKIPIF1<0。下列說法正確的是（

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A．小球在復合場中的運動時間可能是SKIPIF1<0B．小球在復合場中運動的加速度大小可能是SKIPIF1<0C．小球在復合場中運動的路程可能是SKIPIF1<0D．小球的初速度大小可能是SKIPIF1<0三、解答題7．（2024·湖南·湖南師大附中校聯(lián)考一模）世界上最早最精確的極光觀測記錄可追溯到漢朝《漢書·天文志》中的史料記載。極光是高能粒子流（太陽風）射向地球時，由于地磁場作用，部分進入地球極區(qū)，使空氣中的分子或原子受激躍遷到激發(fā)態(tài)后輻射光子，而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。假設(shè)地磁場邊界到地心的距離為地球半徑的SKIPIF1<0倍。如圖所示是赤道所在平面的示意圖，地球半徑為R，勻強磁場垂直紙面向外，MN為磁場圓的直徑，MN左側(cè)寬度為SKIPIF1<0的區(qū)域內(nèi)有一群均勻分布、質(zhì)量為m、帶電荷量為+q的粒子垂直MN以速度v射入地磁場，正對地心O的粒子恰好打到地球表面，不計粒子重力及粒子間的相互作用。已知若SKIPIF1<0，則x可表示為SKIPIF1<0。求：（1）地磁場的磁感應強度大??；（2）正對地心射入的粒子從進入磁場到打到地球表面的時間；（3）在地磁場中打到地面的粒子從進入磁場到打到地球表面的最短時間。8．（2023·廣西·校聯(lián)考模擬預測）如圖所示，在豎直面內(nèi)的直角坐標系SKIPIF1<0中，y軸豎直，A、B兩點的坐標分別為SKIPIF1<0與SKIPIF1<0。SKIPIF1<0的區(qū)域內(nèi)有沿x軸負方向的勻強電場；第二象限內(nèi)有方向垂直坐標平面向里的勻強磁場（圖中未畫出）；第四象限內(nèi)有方向垂直坐標平面向里的勻強磁場和豎直方向的勻強電場（圖中均未畫出）。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球（視為質(zhì)點）從A點以大小SKIPIF1<0（g為重力加速度大?。┑乃俣妊豐KIPIF1<0做直線運動，通過O點（第一次通過x軸）后在第四象限內(nèi)做勻速圓周運動，恰好通過B點（第二次通過x軸）。求：（1）第二象限內(nèi)磁場的磁感應強度大小SKIPIF1<0；（2）小球從O點到第四次通過x軸的時間t；（3）小球第五次通過x軸時的位置坐標以及第四次通過x軸后在第一象限內(nèi)運動過程中到x軸的最大距離SKIPIF1<0。一、磁場疊加問題的解題思路(1)確定磁場場源，如通電導線．(2)定位空間中需要求解磁場的點，利用安培定則判定各個場源在這一點上產(chǎn)生的磁場的大小和方向．如圖所示為M、N在c點產(chǎn)生的磁場BM、BN.(3)應用平行四邊形定則進行合成，如圖中的B為合磁場．二、安培力作用下的平衡和加速問題解題思路：(1)選定研究對象．(2)受力分析時，變立體圖為平面圖，如側(cè)視圖、剖面圖或俯視圖等，并畫出平面受力分析圖，安培力的方向F安⊥B、F安⊥I.如圖所示：三、帶電粒子在有界磁場中運動的臨界、極值問題的四個結(jié)論(1)剛好穿出磁場邊界的條件是帶電粒子在磁場中運動的軌跡與邊界相切。(2)當速度v一定時，弧長(或弦長)越長或者圓心角越大，則帶電粒子在有界磁場中運動的時間越長。(3)當速率v變化時，圓心角越大，運動時間越長。(4)在圓形勻強磁場中，當軌跡圓的半徑大于磁場圓的半徑、且入射點和出射點位于磁場圓同一直徑的兩個端點時，軌跡對應的偏轉(zhuǎn)角最大，運動時間最長。四、帶電粒子在有界磁場中運動的多解問題1．帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，由于帶電粒子的電性、磁場方向、臨界狀態(tài)等多種因素的影響，問題往往存在多解問題。根據(jù)多解形成的原因，常見的有如下三種情況：類型分析圖例帶電粒子電性不確定受洛倫茲力作用的帶電粒子，可能帶正電荷，也可能帶負電荷，在相同的初速度下，正、負粒子在磁場中運動軌跡不同，形成多解如圖，帶電粒子以速度v垂直進入勻強磁場，如帶正電，其軌跡為a；如帶負電，其軌跡為b磁場方向不確定只知道磁感應強度大小，而未具體指出磁感應強度的方向，此時必須要考慮磁感應強度方向不確定而形成多解如圖，帶正電粒子以速度v垂直進入勻強磁場，若B垂直紙面向里，其軌跡為a，若B垂直紙面向外，其軌跡為b臨界狀態(tài)不唯一帶電粒子在洛倫茲力作用下飛越有界磁場時，由于粒子運動軌跡是圓弧狀，因此，它可能穿過磁場飛出，也可能轉(zhuǎn)過180°從入射界面一側(cè)反向飛出，于是形成多解2.解答多解問題的關(guān)鍵(1)找出多解的原因。(2)畫出粒子的可能軌跡，找出圓心、半徑的可能情況。五、三類動態(tài)圓模型1．“平移圓”模型模型界定將半徑為R＝eq\f(mv0,qB)的圓進行平移，從而探索出粒子運動的臨界條件，即為“平移圓”法模型條件粒子源發(fā)射速度大小、方向一定，入射點不同但在同一直線上的同種帶電粒子進入勻強磁場時，它們做勻速圓周運動的半徑相同，若入射速度大小為v0，則半徑R＝eq\f(mv0,qB)，如圖所示模型特點帶電粒子軌跡圓的圓心在同一直線上、且該直線與入射點的連線平行(或共線)2．“放縮圓”模型模型界定以入射點P為定點，圓心位于PP′直線上，將半徑放縮作軌跡圓，從而探索出粒子運動的臨界條件，即為“放縮圓”法模型條件粒子源發(fā)射速度方向一定，大小不同的同種帶電粒子進入勻強磁場時，這些帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌跡半徑隨速度的變化而變化特點軌跡圓的圓心共線：如圖所示(圖中只畫出粒子帶正電的情景)，速度v越大，運動半徑也越大?？梢园l(fā)現(xiàn)這些帶電粒子射入磁場后，它們運動軌跡的圓心在垂直初速度方向的直線PP