（新課標)2013年高考物理 考前預測核心考點專項突破 安培力 (2)

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1、新課標2013年高考考前預測核心考點專項突破 安培力 【核心考點解讀】磁場對電流的作用叫做安培力，安培力大小F=BILsinα，式中α是電流與磁場方向的夾角，L為導線的有效長度。閉合通電線圈在勻強磁場中所受的安培力的矢量和為零。兩平行直導線通有同向電流時相互吸引，通有反向電流時相互排斥。兩平行通電直導線之間的作用力大小正比于電流大小。對于放在磁場中的通電導線，分析受力時要考慮它受到的安培力。若通電導線在安培力和其他力作用下處于平衡狀態(tài)，則利用平衡條件列方程解之； 預測題1．如圖2所示為電磁軌道炮的工作原理圖。待發(fā)射彈體與軌道保持良好接觸，并可在兩平行軌道之間無摩擦滑動。電流從一條軌道流入

2、，通過彈體流回另一條軌道。軌道電流在彈體處形成垂直于軌道平面的磁場（可視為勻強磁場），磁感應強度的大小與電流強度I成正比。彈體在安培力的作用下滑行L后離開軌道 A．彈體向左高速射出 B．I為原來2倍，彈體射出的速度也為原來2倍 C．彈體的質(zhì)量為原來2倍，射出的速度也為原來2倍 D．L為原來4倍，彈體射出的速度為原來2倍 解析：由安培定則可判斷出電流產(chǎn)生的磁場處于彈體左側(cè)且垂直紙面向里，由左手定則可判斷出彈體所受安培力向右，所以彈體向右高速射出，選項A錯誤；由動能定理BId·L=mv2/2，B∝I，所以I為原來2倍，彈體射出的速度也為原來2倍，選項B正確；彈體的質(zhì)量為原來2倍，射出

3、的速度也為原來1/，選項C錯誤；L為原來4倍，彈體射出的速度為原來2倍，選項D正確。 【答案】：BD 【名師點評】通電導體垂直磁場方向放入勻強磁場，所受安培力F=BIL，在安培力作用下，導體垂直磁場方向移動x，安培力做功W=Fx。 預測題2．如圖所示，A、B、C是等邊三角形的三個頂點，O是A、B連線的中點。以O(shè)為坐標原點，A、B連線為x軸，O、C連線為y軸，建立坐標系。過A、B、C、O四個點各有一條長直導線垂直穿過紙面，導線中通有大小相等、方向向里的電流。則過O點的通電直導線所受安培力的方向為 A．沿y軸正方向 B．沿y軸負方向 C．沿x軸正方向

4、 D．沿x軸負方向 解析：由安培定則和對稱性可知，A、B在O點產(chǎn)生的磁場大小相等方向相反，抵消；C在O點產(chǎn)生的磁場方向沿x軸負方向，由左手定則可知，過O點的通電直導線所受安培力的方向為沿y軸正方向，選項A正確。 答案：A 【名師點評】此題考查磁場疊加、安培定則和左手定則等。 預測題3. 如圖所示,平行于紙面水平向右的勻強磁場,磁感應強度B1=1T。.位于紙面內(nèi)的細直導線,長L=1 m,通有I=1 A的恒定電流。.當導線與B1成60°夾角時,發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零。.則該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應強度B2的可能值 (　 ) A．T B．T C．1T

5、 D．T 解析：當導線與B1成60°夾角時,發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零，說明該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應強度B2與B1合磁場的磁感應強度方向沿導線方向。該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應強度B2的不可能值為T，選項BCD正確。 答案：BCD 【名師點評】此題考查磁場疊加和左手定則等。 預測題4．如圖11甲所示，在水平地面上固定一對與水平面傾角為α的光滑平行導電軌道，軌道間的距離為l，兩軌道底端的連線與軌道垂直，頂端接有電源。將一根質(zhì)量為m的直導體棒ab放在兩軌道上，且與兩軌道垂直。已知軌道和導體棒的電阻及電源的內(nèi)電阻均不能忽略，通過導體棒的恒定電流大小為I，方向由a到b，圖11乙

6、為圖甲沿a→b方向觀察的平面圖。若重力加速度為g，在軌道所在空間加一豎直向上的勻強磁場，使導體棒在軌道上保持靜止。 （1）請在圖11乙所示的平面圖中畫出導體棒受力的示意圖； （2）求出磁場對導體棒的安培力的大?。? （3）如果改變導軌所在空間的磁場方向，試確定使導體棒在軌道上保持靜止的勻強磁場磁感應強度B的最小值的大小和方向。 解析： （1）如圖答-2所示………………（3分） （2）根據(jù)共點力平衡條件可知，磁場對導體棒的安培力的大小 F=mgtanα………………（2分） （3）要使磁感應強度最小，則要求安培力最小。根據(jù)受力情況可知，最小安培力 Fmin=mgsinα，方向平

7、行于軌道斜向上……………（1分） 所以最小磁感應強度Bmin==……………（1分） 根據(jù)左手定則可判斷出，此時的磁感應強度的方向為垂直軌道平面斜向上?！?分） 【名師點評】此題考查安培力作用下物體的平衡問題。 核心考點二、質(zhì)譜儀 【核心考點解讀】質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具，帶電粒子經(jīng)過加速電場加速，經(jīng)過速度選擇器后垂直邊界進入勻強磁場中做勻速圓周運動，根據(jù)帶電粒子在勻強磁場中的運動半徑和加速電場電壓，可確定粒子的比荷。 預測題1、1922年英國物理學家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學獎。.若速度相同的同一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后的運動軌跡如圖8所示，

8、則下列相關(guān)說法中正確的是 A. 該束帶電粒子帶負電 B. 速度選擇器的P1極板帶正電 C. 在B2磁場中運動半徑越大的粒子,質(zhì)量越大 D. 在B2磁場中運動半徑越大的粒子,比荷q/m越小 解析：根據(jù)帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)情況，由左手定則可知，該束帶電粒子帶正電，選項A錯誤；速度選擇器的P1極板帶正電，選項B正確；粒子進入B2磁場，洛倫茲力提供向心力，由R=mv/Bq可知，在B2磁場中運動半徑越大的粒子,比荷q/m越小，選項C錯誤D正確。 答案：BD 【名師點評】此題考查質(zhì)譜儀的工作原理及其相關(guān)知識。 預測題2.下圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖。帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速（在A點初速度

9、為零）后，進入磁感應強度為B的勻強磁場做勻速圓周運動，最后分別打在感光板S上的x1、x2處。圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則?? A．a(chǎn)的質(zhì)量一定大于b的質(zhì)量 B．a(chǎn)的電荷量一定大于b的電荷量 C．a(chǎn)運動的時間大于b運動的時間 D．a(chǎn)的比荷（q a /ma）大于b的比荷（qb /mb） 解析：離子經(jīng)電壓為U的電場加速，由qU=解得 。離子進入磁場后做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力，R=x ，聯(lián)立解得，由此可知，a的比荷（q a /ma）大于b的比荷（qb /mb），選項D正確AB錯誤 。a、b粒子

10、在勻強磁場中運動均為半個周期，由帶電粒子在勻強磁場中運動周期公式T=2πm/qB可知。a運動的時間小于b運動的時間，選項C錯誤。 答案：D 【名師點評】此題考查質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理及其相關(guān)知識。 預測題3.如圖19所示為一質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理示意圖，整個裝置處于真空環(huán)境中，離子源N可釋放出質(zhì)量均為m、電荷量均為q（q＞0）的離子。離子的初速度很小，可忽略不計。離子經(jīng)S1、S2間電壓為U的電場加速后，從狹縫S3進入磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向外的勻強磁場中，沿著半圓運動到照相底片上的P點處，測得P到S3的距離為x。求： P S3 S2 S1 N x B 圖19 (1)

11、離子經(jīng)電壓為U的電場加速后的速度v； (2) 離子的荷質(zhì)比 (q/m) 解：（1）離子經(jīng)S1、S2間電壓為U的電場加速，根據(jù)動能定理 qU= 所以 ① (2）設(shè)離子進入磁場后做勻速圓周運動速率為v，半徑為R。 洛倫茲力提供向心力 ② 又因 R=x ③ 聯(lián)立

12、①②③，解得 【名師點評】此題重點考查質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理。 預測題4.如題圖所示為某種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。其中加速電場的電壓為U，靜電分析器中與圓心O1等距各點的電場強度大小相同，方向沿徑向指向圓心O1。磁分析器中以O(shè)2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)，分布著方向垂直于紙面的勻強磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計），經(jīng)加速電場加速后，從M點沿垂直于該點的場強方向進入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運動，并從N

13、點射出靜電分析器。而后離子由P點沿著既垂直于磁分析器的左邊界，又垂直于磁場方向射入磁分析器中，最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出，并進入收集器。測量出Q點與圓心O2的距離為d。 (1）求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大小； (2）求磁分析器中磁場的磁感應強度B的大小和方向； (3）通過分析和必要的數(shù)學推導，請你說明如果離子的質(zhì)量為2m，電荷量仍為q，其他條件不變，這個離子射出電場和射出磁場的位置是否變化。 【解析】（1）離子在靜電分析器中做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律有 ①（2分）

14、 設(shè)離子進入靜電分析器時的速度為v，離子在加速電場中加速的過程中，由動能定理有 ②（2分） 由①②解得 ③ （1分） (2）離子在磁分析器中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律有 ④（2分） 由題意可知，圓周運動的軌道半徑 r=d ⑤（1分） 由②④⑤式解得 ⑥

15、 磁場方向為垂直紙面向外。 （2分） (3）設(shè)質(zhì)量為2m的離子經(jīng)加速電場加速后，速度為v′，由動能定理可得 ⑦ 由②⑦式可得 2mv‘2 =mv2 ⑧（2分） 新離子進入電場時與O1的距離仍為R，新離子如果在電場中做半徑為R的勻速圓周運動，所需要的向心力 ⑨（1分） 由①⑧⑨式可得 【名師點評】此題考查帶電粒子在電場中的加速、在電場中的勻速圓周運動、在勻強磁場中的勻速圓周運動等

16、，涉及的知識點由動能定理、圓周運動、電場力、洛倫茲力等。解答此題容易產(chǎn)生的誤區(qū)有三：一是沒有認真審題，不能得出圓周運動的軌道半徑r=d；二是不能利用數(shù)學推導得出質(zhì)量為2m的離子仍然在靜電分析器中做半徑為R的勻速圓周運動，仍從N點射出；三是不能利用分析得出離子在勻強磁場中運動軌道半徑與離子質(zhì)量有關(guān)。 核心考點三、回旋加速器 【核心考點解讀】回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，離子由加速器的中心附近進入加速器，經(jīng)過回旋加速后從加速器的邊緣出加速器，離子通過電場加速從電場中獲得能量。回旋加速器粒子運動周期與狹縫上所加交變電壓的周期相等?；匦铀倨鳘M縫所加交變電壓的周期等于粒子做勻速圓周運動的周期，粒

17、子回旋一周加速兩次。由可知粒子加速后的最大動能Ekm=，與加速電壓無關(guān)。 預測題1. 如圖是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高頻電源相連?，F(xiàn)分別加速氘核（）和氦核（）。下列說法中正確的是( ) A．它們的最大速度相同 B．它們的最大動能相同 C．它們在D形盒中運動的周期相同 D．僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能 解析：由洛倫茲力提高向心力解得它們的最大速度v=qBR/m，由于氘核和氦核的比荷相同，質(zhì)量不同，所以它們的最大速度相同，最大動能不同，選項A正確B錯誤。由T=2πm/qB可得它們在D形盒中運動的周期相同

18、，選項C正確；僅增大高頻電源的頻率不能增大粒子的最大動能，選項D錯誤。 答案：AC 【名師點評】此題以醫(yī)用回旋加速器切入，意在考查回旋加速器原理與粒子獲得的最大動能相關(guān)的因素。 預測題2．圖甲是回旋加速器的原理示意圖。其核心部分是兩個D型金屬盒， 在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中（磁感應強度大小恒定），并分別與高頻電源相連。加速時某帶電粒子的動能EK隨時間t變化規(guī)律如下圖乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷正確的是 C．粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動能一定越大 D．D形盒中的高頻電源電壓越大，粒子獲得的最大動能越大 解析：根據(jù)回旋加速器的原理可知，

19、離子由加速器的中心附近進入加速器，粒子運動一周，加速兩次，高頻電源的變化周期應該等于tn－tn-2，選項A正確B錯誤；粒子的最大動能只與回旋加速器的D型盒半徑和磁感應強度有關(guān)，與加速電壓和加速次數(shù)無關(guān)，選項CD錯誤。 答案A 【名師點評】此題重點考查回旋加速器原理與粒子獲得的最大動能相關(guān)的因素。 核心考點四、顯像管 【核心考點解讀】顯像管是電子槍發(fā)射電子，由電場加速，磁場偏轉(zhuǎn)來達到掃描顯示出圖象的。 預測題1. 顯像管原理的示意圖如圖6所示，當沒有磁場時，電子束將打在熒光屏正中的O點，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。.設(shè)垂直紙面向里的磁場方向為正方向，若使電子打

20、在熒光屏上的位置由a點逐漸移動到b點，下列變化的磁場能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是 解析：根據(jù)左手定則，能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是圖A。 答案：A 【名師點評】此題從理論上說明了電子束掃描的磁場磁感應強度變化規(guī)律。 預測題2. 電視機的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，磁場方向垂直于圓面。不加磁場時，電子束將通過磁場中心O點而打到屏幕上的中心M，加磁場后電子束偏轉(zhuǎn)到P點外側(cè)。現(xiàn)要使電子束偏轉(zhuǎn)回到P點，可行的辦法是( ) A．增大加速電壓 B．增加偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度 C．將圓形磁場區(qū)域向屏幕靠近些 D．將圓形磁場的半徑增大些 解析：現(xiàn)要使電子束偏轉(zhuǎn)回到P點，可行的辦法是增大加速電壓，提高射入磁場時粒子的速度；減小偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度，或?qū)A形磁場的半徑減小些，或?qū)A形磁場區(qū)域向屏幕靠近些；選項AC正確。 答案： AC 【名師點評】此題從理論上說明了影響電子束偏轉(zhuǎn)的因素。