（新课标)2022年高考物理 考前预测核心考点专项突破 安培力

新课标2022年高考考前预测核心考点专项突破安培力【核心考点解读】磁场对电流的作用叫做安培力，安培力大小F=BILsinα，式中α是电流与磁场方向的夹角，L为导线的有效长度。闭合通电线圈在匀强磁场中所受的安培力的矢量和为零。两平行直导线通有同向电流时相互吸引，通有反向电流时相互排斥。两平行通电直导线之间的作用力大小正比于电流大小。对于放在磁场中的通电导线，分析受力时要考虑它受到的安培力。若通电导线在安培力和其他力作用下处于平衡状态，则利用平衡条件列方程解之；预测题1．如图2所示为电磁轨道炮的工作原理图。待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在两平行轨道之间无摩擦滑动。电流从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道。轨道电流在弹体处形成垂直于轨道平面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与电流强度I成正比。弹体在安培力的作用下滑行L后离开轨道A．弹体向左高速射出B．I为原来2倍，弹体射出的速度也为原来2倍C．弹体的质量为原来2倍，射出的速度也为原来2倍D．L为原来4倍，弹体射出的速度为原来2倍解析：由安培定则可判断出电流产生的磁场处于弹体左侧且垂直纸面向里，由左手定则可判断出弹体所受安培力向右，所以弹体向右高速射出，选项A错误；由动能定理BId·L=mv2/2，B∝I，所以I为原来2倍，弹体射出的速度也为原来2倍，选项B正确；弹体的质量为原来2倍，射出的速度也为原来1/，选项C错误；L为原来4倍，弹体射出的速度为原来2倍，选项D正确。【答案】：BD【名师点评】通电导体垂直磁场方向放入匀强磁场，所受安培力F=BIL，在安培力作用下，导体垂直磁场方向移动x，安培力做功W=Fx。预测题2．如图所示，A、B、C是等边三角形的三个顶点，O是A、B连线的中点。以O为坐标原点，A、B连线为x轴，O、C连线为y轴，建立坐标系。过A、B、C、O四个点各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等、方向向里的电流。则过O-10-\n点的通电直导线所受安培力的方向为A．沿y轴正方向B．沿y轴负方向C．沿x轴正方向D．沿x轴负方向解析：由安培定则和对称性可知，A、B在O点产生的磁场大小相等方向相反，抵消；C在O点产生的磁场方向沿x轴负方向，由左手定则可知，过O点的通电直导线所受安培力的方向为沿y轴正方向，选项A正确。答案：A【名师点评】此题考查磁场叠加、安培定则和左手定则等。预测题3.如图所示,平行于纸面水平向右的匀强磁场,磁感应强度B1=1T。.位于纸面内的细直导线,长L=1m,通有I=1A的恒定电流。.当导线与B1成60°夹角时,发现其受到的安培力为零。.则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的可能值(　)A．TB．TC．1TD．T解析：当导线与B1成60°夹角时,发现其受到的安培力为零，说明该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2与B1合磁场的磁感应强度方向沿导线方向。该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B2的不可能值为T，选项BCD正确。答案：BCD【名师点评】此题考查磁场叠加和左手定则等。预测题4．如图11甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为α的光滑-10-\n平行导电轨道，轨道间的距离为l，两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源。将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上，且与两轨道垂直。已知轨道和导体棒的电阻及电源的内电阻均不能忽略，通过导体棒的恒定电流大小为I，方向由a到b，图11乙为图甲沿a→b方向观察的平面图。若重力加速度为g，在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止。（1）请在图11乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；（2）求出磁场对导体棒的安培力的大小；（3）如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值的大小和方向。解析：（1）如图答-2所示………………（3分）（2）根据共点力平衡条件可知，磁场对导体棒的安培力的大小F=mgtanα………………（2分）（3）要使磁感应强度最小，则要求安培力最小。根据受力情况可知，最小安培力Fmin=mgsinα，方向平行于轨道斜向上……………（1分）所以最小磁感应强度Bmin==……………（1分）根据左手定则可判断出，此时的磁感应强度的方向为垂直轨道平面斜向上。…（1分）【名师点评】此题考查安培力作用下物体的平衡问题。核心考点二、质谱仪【核心考点解读】质谱仪是分析同位素的重要工具，带电粒子经过加速电场加速，经过速度选择器后垂直边界进入匀强磁场中做匀速圆周运动，根据带电粒子在匀强磁场中的运动半径和加速电场电压，可确定粒子的比荷。-10-\n预测题1、1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。.若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图8所示，则下列相关说法中正确的是A.该束带电粒子带负电B.速度选择器的P1极板带正电C.在B2磁场中运动半径越大的粒子,质量越大D.在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷q/m越小解析：根据带电粒子在磁场中偏转情况，由左手定则可知，该束带电粒子带正电，选项A错误；速度选择器的P1极板带正电，选项B正确；粒子进入B2磁场，洛伦兹力提供向心力，由R=mv/Bq可知，在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷q/m越小，选项C错误D正确。答案：BD【名师点评】此题考查质谱仪的工作原理及其相关知识。预测题2.下图是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子a、b经电压U加速（在A点初速度为零）后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则  -10-\nA．a的质量一定大于b的质量B．a的电荷量一定大于b的电荷量C．a运动的时间大于b运动的时间D．a的比荷（qa/ma）大于b的比荷（qb/mb）解析：离子经电压为U的电场加速，由qU=解得。离子进入磁场后做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，R=x，联立解得，由此可知，a的比荷（qa/ma）大于b的比荷（qb/mb），选项D正确AB错误。a、b粒子在匀强磁场中运动均为半个周期，由带电粒子在匀强磁场中运动周期公式T=2πm/qB可知。a运动的时间小于b运动的时间，选项C错误。答案：D【名师点评】此题考查质谱仪的构造原理及其相关知识。预测题3.如图19所示为一质谱仪的构造原理示意图，整个装置处于真空环境中，离子源N可释放出质量均为m、电荷量均为q（q＞0）的离子。离子的初速度很小，可忽略不计。离子经S1、S2间电压为U的电场加速后，从狭缝S3进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中，沿着半圆运动到照相底片上的P点处，测得P到S3的距离为x。求：PS3S2S1NxB图19(1)离子经电压为U的电场加速后的速度v；(2)离子的荷质比(q/m)解：（1）离子经S1、S2间电压为U的电场加速，根据动能定理qU=所以①(2）设离子进入磁场后做匀速圆周运动速率为v，半径为R。洛伦兹力提供向心力②又因R=x③-10-\n联立①②③，解得【名师点评】此题重点考查质谱仪的构造原理。预测题4.如题图所示为某种质谱仪的结构示意图。其中加速电场的电压为U，静电分析器中与圆心O1等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O1。磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器。而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器。测量出Q点与圆心O2的距离为d。(1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；(2）求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向；(3）通过分析和必要的数学推导，请你说明如果离子的质量为2m，电荷量仍为q，其他条件不变，这个离子射出电场和射出磁场的位置是否变化。【解析】（1）离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律有①（2分）设离子进入静电分析器时的速度为v，离子在加速电场中加速的过程中，由动能定理有-10-\n②（2分）由①②解得③（1分）(2）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律有④（2分）由题意可知，圆周运动的轨道半径r=d⑤（1分）由②④⑤式解得⑥磁场方向为垂直纸面向外。（2分）(3）设质量为2m的离子经加速电场加速后，速度为v′，由动能定理可得⑦由②⑦式可得2mv‘2=mv2⑧（2分）新离子进入电场时与O1的距离仍为R，新离子如果在电场中做半径为R的匀速圆周运动，所需要的向心力⑨（1分）由①⑧⑨式可得【名师点评】此题考查带电粒子在电场中的加速、在电场中的匀速圆周运动、在匀强磁场中的匀速圆周运动等，涉及的知识点由动能定理、圆周运动、电场力、洛伦兹力等。解答此题容易产生的误区有三：一是没有认真审题，不能得出圆周运动的轨道半径r=d-10-\n；二是不能利用数学推导得出质量为2m的离子仍然在静电分析器中做半径为R的匀速圆周运动，仍从N点射出；三是不能利用分析得出离子在匀强磁场中运动轨道半径与离子质量有关。核心考点三、回旋加速器【核心考点解读】回旋加速器是加速带电粒子的装置，离子由加速器的中心附近进入加速器，经过回旋加速后从加速器的边缘出加速器，离子通过电场加速从电场中获得能量。回旋加速器粒子运动周期与狭缝上所加交变电压的周期相等。回旋加速器狭缝所加交变电压的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期，粒子回旋一周加速两次。由可知粒子加速后的最大动能Ekm=，与加速电压无关。预测题1.如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核（）和氦核（）。下列说法中正确的是()A．它们的最大速度相同B．它们的最大动能相同C．它们在D形盒中运动的周期相同D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能解析：由洛伦兹力提高向心力解得它们的最大速度v=qBR/m，由于氘核和氦核的比荷相同，质量不同，所以它们的最大速度相同，最大动能不同，选项A正确B错误。由T=2πm/qB可得它们在D形盒中运动的周期相同，选项C正确；仅增大高频电源的频率不能增大粒子的最大动能，选项D错误。答案：AC【名师点评】此题以医用回旋加速器切入，意在考查回旋加速器原理与粒子获得的最大动能相关的因素。-10-\n预测题2．图甲是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电源相连。加速时某带电粒子的动能EK随时间t变化规律如下图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D．D形盒中的高频电源电压越大，粒子获得的最大动能越大解析：根据回旋加速器的原理可知，离子由加速器的中心附近进入加速器，粒子运动一周，加速两次，高频电源的变化周期应该等于tn－tn-2，选项A正确B错误；粒子的最大动能只与回旋加速器的D型盒半径和磁感应强度有关，与加速电压和加速次数无关，选项CD错误。答案A【名师点评】此题重点考查回旋加速器原理与粒子获得的最大动能相关的因素。核心考点四、显像管【核心考点解读】显像管是电子枪发射电子，由电场加速，磁场偏转来达到扫描显示出图象的。预测题1.显像管原理的示意图如图6所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。.设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使电子打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是-10-\n解析：根据左手定则，能够使电子发生上述偏转的是图A。答案：A【名师点评】此题从理论上说明了电子束扫描的磁场磁感应强度变化规律。预测题2.电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，磁场方向垂直于圆面。不加磁场时，电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的中心M，加磁场后电子束偏转到P点外侧。现要使电子束偏转回到P点，可行的办法是()A．增大加速电压B．增加偏转磁场的磁感应强度C．将圆形磁场区域向屏幕靠近些D．将圆形磁场的半径增大些解析：现要使电子束偏转回到P点，可行的办法是增大加速电压，提高射入磁场时粒子的速度；减小偏转磁场的磁感应强度，或将圆形磁场的半径减小些，或将圆形磁场区域向屏幕靠近些；选项AC正确。答案：AC【名师点评】此题从理论上说明了影响电子束偏转的因素。-10-