（新課標(biāo))2013年高考物理 考前預(yù)測核心考點專項突破 安培力 (2)

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1、新課標(biāo)2013年高考考前預(yù)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(dǎo)線的有效長度。閉合通電線圈在勻強(qiáng)磁場中所受的安培力的矢量和為零。兩平行直導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線，分析受力時要考慮它受到的安培力。若通電導(dǎo)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(yù)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(qiáng)磁場），磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與電流強(qiáng)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(dǎo)體垂直磁場方向放入勻強(qiáng)磁場，所受安培力F=BIL，在安培力作用下，導(dǎo)體垂直磁場方向移動x，安培力做功W=Fx。 預(yù)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(biāo)原點，A、B連線為x軸，O、C連線為y軸，建立坐標(biāo)系。過A、B、C、O四個點各有一條長直導(dǎo)線垂直穿過紙面，導(dǎo)線中通有大小相等、方向向里的電流。則過O點的通電直導(dǎo)線所受安培力的方向為 A．沿y軸正方向 B．沿y軸負(fù)方向 C．沿x軸正方向

4、 D．沿x軸負(fù)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(fù)方向，由左手定則可知，過O點的通電直導(dǎo)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(yù)測題3. 如圖所示,平行于紙面水平向右的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=1T。.位于紙面內(nèi)的細(xì)直導(dǎo)線,長L=1 m,通有I=1 A的恒定電流。.當(dāng)導(dǎo)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的可能值 (　 ) A．T B．T C．1T

5、 D．T 解析：當(dāng)導(dǎo)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(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2與B1合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向沿導(dǎo)線方向。該區(qū)域同時存在的另一勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yù)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(dǎo)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(dǎo)體棒ab放在兩軌道上，且與兩軌道垂直。已知軌道和導(dǎo)體棒的電阻及電源的內(nèi)電阻均不能忽略，通過導(dǎo)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(qiáng)磁場，使導(dǎo)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(dǎo)體棒受力的示意圖； （2）求出磁場對導(dǎo)體棒的安培力的大??； （3）如果改變導(dǎo)軌所在空間的磁場方向，試確定使導(dǎo)體棒在軌道上保持靜止的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)體棒的安培力的大小 F=mgtanα………………（2分） （3）要使磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度Bmin==……………（1分） 根據(jù)左手定則可判斷出，此時的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向為垂直軌道平面斜向上。…（1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(jìn)入勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動，根據(jù)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運動半徑和加速電場電壓，可確定粒子的比荷。 預(yù)測題1、1922年英國物理學(xué)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(xué)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(fù)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(jìn)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(yù)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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)磁場中運動均為半個周期，由帶電粒子在勻強(qiáng)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(yù)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(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)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(jìn)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(yù)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)方向進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度E的大小； (2）求磁分析器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向； (3）通過分析和必要的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，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(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(rèn)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(xué)推導(dǎo)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(qiáng)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(jìn)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?；匦铀倨髁Ｗ舆\動周期與狹縫上所加交變電壓的周期相等。回旋加速器狹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(yù)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(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連。現(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(yù)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(qiáng)磁場中（磁感應(yīng)強(qiáng)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(jìn)入加速器，粒子運動一周，加速兩次，高頻電源的變化周期應(yīng)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(yīng)強(qiáng)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(dá)到掃描顯示出圖象的。 預(yù)測題1. 顯像管原理的示意圖如圖6所示，當(dāng)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(yīng)強(qiáng)度變化規(guī)律。 預(yù)測題2. 電視機(jī)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(jìn)入一圓形勻強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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。