高考物理一轮复习第九章磁场习题课新教材真情境折射出的命题新导向学案新人教版

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习题课　新教材、真情境折射出的命题新导向(一)常见磁场的认识(选自人教版新教材必修第三册P106)在条形磁体上方放置一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑，细铁屑就在磁场里磁化成了“小磁针”。轻敲玻璃板，细铁屑就会有规则地排列起来。再将通电直导线穿过另一块玻璃板。重复以上操作。观察条形磁体和通电直导线周围细铁屑的分布情况。　　[精要解读]1．磁体和电流周围存在磁场。2．用来描述磁场的磁感线为假想曲线。 [创新训练]1．当导线中分别通以图示方向的电流，小磁针的N极向纸外偏转的是(　　)解析：选C　A选项中，通电直导线的电流方向从左向右，根据右手螺旋定则，可知小磁针所处的位置的磁感应强度方向垂直纸面向里，所以小磁针的N极向纸内偏转，A错误；B选项中，根据右手螺旋定则，磁感应强度的方向为逆时针(从上向下看)，因此小磁针的N极向纸内偏转，B错误；C选项中，根据右手螺旋定则，小磁针所处位置的磁感应强度方向垂直纸面向外，所以小磁针的N极向纸外偏转，C正确；D选项中，根据右手螺旋定则，结合电流的方向，可知通电螺线管的内部磁感应强度方向为从右向左，则小磁针的N极指向左边，D错误。2.在城市建设施工中，经常需要确定地下金属管线的位置，如图所示。有一种探测方法是，首先给金属长直管线通上电流，再用可以测量磁场强弱、方向的仪器进行以下操作：①用测量仪在金属管线附近的水平地面上找到磁感应强度最强的某点，记为a；②在 a 点附近的地面上，找到与a点磁感应强度相同的若干点，将这些点连成直线 EF；③在地面上过 a 点垂直于 EF 的直线上，找到磁场方向与地面夹角为 45°的 b、c两点，测得b、c两点距离为L。由此可确定金属管线(　　)A．平行于 EF，深度为B．平行于 EF，深度为LC．垂直于EF，深度为D．垂直于 EF，深度为L解析：选A　根据直导线磁场分布特征，只有平行于导线的直线上才有可能磁感应强度相同，所以金属管线应该平行于EF，故C、D错误；如图为金属管线的切面图，可知a点磁场最强，离金属管线最近，b、c两点磁感应强度大小相同，所以在同一圆周上，根据几何关系，可知管线的深度为，故A正确。(二)地磁场的认识(选自人教版新教材必修第三册P112  STSE)磁针能够指向南北，是因为地磁场的存在，指南针的广泛使用，促进了人们对地球磁场的认识。　　[精要解读]1．地球周围存在磁场。2．地理两极与地磁两极不重合，地理北极附近为地磁S极，地理南极附近为地磁N极。 [创新训练]1．在地磁场的作用下处于水平静止的小磁针正上方，水平放置一直导线，且直导线平行于小磁针指向。若导线中通有电流I1时，小磁针偏转30°；若导线中通有电流I2时，小磁针向同一方向偏转60°，已知通电直导线在某处产生的磁感应强度与导线中电流成正比，则为(　　) A．2　　　　　　　　　 B.C.  D．3解析：选D 当通过直导线的电流为I1时，根据题意可知地磁场、电流形成的磁场与合磁场之间的关系如图所示，当夹角为30°时，有B1＝kI1＝B地tan 30°，当夹角为60°时，有B2＝kI2＝B地tan 60°，解得I2＝3I1，故A、B、C错误，D正确。2．(2021·绵阳二诊)如图所示是我国最早期的指南仪器——司南，静止时它的长柄指向南方，是由于地球表面有地磁场。下列与地磁场有关的说法，正确的是(　　)A．地磁场是假想的，客观上不存在B．地球表面上任意位置的地磁场方向都与地面平行C．通电导线在地磁场中可能不受安培力作用D．运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力可以对运动电荷做正功解析：选C　地磁场是客观存在的，磁感线是人们为了研究方便而假想出来的，故A错误；磁场是闭合的曲线，地球磁场从南极附近发出，从北极附近进入地球，组成闭合曲线，不是地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行，故B错误；当通电导线与地磁场平行放置时，导线不受安培力，故C正确；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，所以运动电荷在地磁场中受到的洛伦兹力不做功，故D错误。(一)安培力在现代生活中的应用通电导线在磁场中会受到安培力的作用，安培力在现代生活中应用比较广，如电磁炮、电磁推进装置、电流天平等。 [创新训练]1．(2021·河南名校协作体联考)如图甲所示为“海影号”电磁推进试验舰艇，舰艇下部的大洞使海水前后贯通。舰艇沿海平面截面图如图乙所示，其与海水接触的两侧壁M和N分别连接舰艇内电源的正极和负极，舰艇内超导体在M、N间产生强磁场，使M、N间海水受到磁场力作用被推出，舰艇因此前进。要使图乙中的舰艇向右前进，则所加磁场的方向应为(　　)A．水平向左　　　　　 B．水平向右C．竖直向上  D．竖直向下解析：选C　根据题意，M、N分别接电源的正、负极，所以有从M到N的电流，要使舰艇向右运动，即受到向右的作用力，根据牛顿第三定律知，海水受到向左的力，根据左手定则可判断磁场方向竖直向上，故C正确。2.如图所示，挂在天平底部的矩形线圈abcd的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流I时， 调节天平两盘中的砝码，使天平平衡。然后使电流I反向， 这时要在天平的左盘上加质量为2 × 10－2 kg的砝码，才能使天平重新平衡。若已知矩形线圈共10匝，通入的电流I＝0.1 A，bc边长度为10 cm，g取10 m/s2，则磁场对bc边作用力F的大小和该磁场的磁感应强度B的大小分别是(　　)A．F＝0.2 N，B＝20 TB．F＝0.2 N，B＝2 TC．F＝0.1 N，B＝1 TD．F＝0.1 N，B＝10 T解析：选C　当线圈中通入电流后，右盘下面的矩形线圈abcd受到的安培力为F＝nBIL，方向向上；设左盘砝码的质量为M，右盘砝码的质量为m，此时根据天平处于平衡状态有：Mg＝mg－nBIL，当通有反向电流时，矩形线圈abcd受到的安培力为F＝nBIL，方向向下，此时根据天平处于平衡状态有：Mg ＋ (2 ×10－2×10)N＝mg＋nBIL，联立以上两式解得：B＝1 T，所以F＝0.1 N，故A、B、D错误，C正确。(二)复合场在现代生活中的应用带电体在复合场中的运动和受力较为复杂，因此在现代生活中应用时，其工作原理也较复杂，是带电体多体运动和综合受力的综合体。 [创新训练]1．喷墨打印机的部分结构可简化为如图所示的装置。两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上，两板之间的右侧、长度为3d的区域还存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。喷墨打印机的喷口可在两板左侧上下自由移动，并且从喷口连续不断喷出质量均为m、速度水平且大小相等、带等量电荷的墨滴。调节电源电压至U，使墨滴在两板之间左侧的电场区域恰能沿水平方向向右做匀速直线运动。重力加速度为g。(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)要使墨滴不从两板间射出，求墨滴的入射速率应满足的条件。解析：(1)墨滴在电场左侧区域做匀速直线运动，有：q＝mg，解得：q＝，由于电场方向向下，电荷所受电场力向上，可知墨滴带负电荷；(2)墨滴进入电场、磁场共存区域后，重力与电场力平衡，洛伦兹力提供匀速圆周运动的向心力：qvB＝m，从上极板边缘射进的墨滴最容易从两板间射出，只要这个墨滴没有射出，其他墨滴就都不会射出。若墨滴刚好由极板左侧射出，则有：R1＝d，联立解得：v1＝，同理，墨滴刚好从极板右侧射出，有：R22＝(3d)2＋(R2－d)2，解得：v2＝，可见，要使墨滴不会从两板间射出，速率应该满足：＜v＜。答案：(1)墨滴带负电　　(2)＜v＜2．现在很多家庭或者单位刚装修结束，都要进行空气检测和治理。某环保设备装置可用于气体中有害离子的检测和分离。离子检测的简化原理如图甲所示，Ⅰ区为电场加速区，Ⅱ区为无场区，Ⅲ区为电场检测区。已知Ⅰ区中AB与CD两极的电势差为U，距离为L，Ⅱ区中CE与DF两板的间距为d，板长为4L，Ⅲ区中EF与GH间距足够大，其内部匀强电场的电场强度为，方向水平向左。假设大量相同的正离子在AB极均匀分布，初速度为零开始加速，不考虑离子间的相互作用和重力影响，则(1)AB与CD哪一极电势高？若正离子的比荷为k，求该离子到达CD极时的速度大小；(2)该装置可以测出离子从AB极出发，经过Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，最后返回EF端的总时间为t，由此可以确定离子的比荷为k，试写出k与t的函数关系式；(3)若将Ⅲ区的匀强电场换成如图乙所示的匀强磁场，则电场检测区变成了磁场分离区，为收集分离出的离子，需在EF边上放置收集板EP，收集板下端留有狭缝PF，离子只能通过狭缝进入磁场进行分离。假设在AB极上有两种正离子，质量分别为m、M，且1<≤4，电荷量均为q，现要将两种离子在收集板上完全分离，同时为收集更多离子，狭缝尽可能大，试讨论狭缝PF宽度的最大值与m、M、d的关系式。(磁感应强度大小可调，不考虑出Ⅲ区后再次返回的离子)解析：(1)因正离子从AB极与CD极间加速，则知AB极电势高，离子在AB与CD两极间加速，由动能定理有qU＝mv2，离子到达CD极时的速度v＝。(2)正离子在Ⅰ区做匀加速直线运动，设所用时间为t1，则t1＝＝ ，设离子在Ⅱ区做匀速直线运动的时间为t2，则t2＝＝2，离子在Ⅲ区先匀减速，后反向匀加速，设加速度为a，所用时间为t3，有a＝＝，t3＝2，解得t3＝4 ，则总时间t＝t1＋t2＋t3则k＝。(3)设两种离子在磁场中的圆周运动的半径为R1和R2，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，可得R1＝ ，R2＝ ，半径关系＝，因为1<≤4，故1<≤2，作出两种离子在磁场中运动的临界情况(即质量为M的正离子在收集板上的最低点与质量为m的正离子在收集板上的最高点重合)如图所示：此时狭缝最大值x应满足x＝2R1－2R2，d＝2R1＋x，解得x＝ d。答案：(1)AB极电势高　　(2)k＝(3)x＝ d