2023新課標版物理高考第二輪復習-專題十磁場

2023新課標版物理高考第二輪復習專題十磁場一、選擇題1.物理科技1（2022遼寧大連二模）質譜儀又稱質譜計,是分離和檢測不同同位素的儀器。某質譜儀的原理圖如圖所示，速度選擇器中勻強電場的電場強度大小為E,勻強磁場的磁感應強度大小為Bi,偏轉磁場（勻強磁場）的磁感應強度大小為B2。Si中心處每隔工時間放出一個初速度為零、電荷量為q的同種粒子,粒子經(jīng)Si、S2間的加速電場加速后進入速度選擇器，恰好能勻速通過速度選擇器進入偏轉磁場做半徑為R的勻速圓周運動。粒子重力不計，空氣阻力不計。以下說法正確的是（）A.粒子的質量為嘿空B.Si、S2間的電壓為察LD1C.S1、S2間的電壓為宇D.粒子流在偏轉磁場中運動時形成的等效電流為島答案B粒子在速度選擇器中做勻速直線運動，有qE=qvBi,可得粒子速度v=/，粒子在偏轉磁場中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律得qvB2=m。,解得m=^誓，故A錯誤;粒子在加速電場中加速,由動能定理得qU=：mv2,解得U=^，故B正確,C錯誤;粒子在偏轉磁場中運動軌跡的每個截面每隔At時間經(jīng)過的電荷量為q,形成的等效電流為古故D錯誤。2物理科技|（2022江蘇連云港二模）利用霍爾元件可以制作位移傳感器。如圖甲所示，將霍爾元件置于兩塊磁性強弱相同、同名磁極相對放置的磁體間隙中,以中間位置為坐標原點建立如圖乙所示空間坐標系。當物體沿X軸方向移動時，霍爾元件將產生不同的霍爾電壓U。已知在小范圍內，磁感應強度B的大小與x成正比。電流I沿+z方向且保持不變。下列說法正確的是（）A.電流I越小，霍爾電壓U越大B.位移傳感器無法確定位移的方向C.位移傳感器的刻度線是均勻的D.當霍爾元件處于x>0的位置時,上表面電勢高答案C根據(jù)題意得qvB=q^,Xl=nqSv廨得U=熱電流I越小，霍爾電壓U越小,A錯誤;根據(jù)題意B=kx廨得U=/x,電壓與位移成正比，位移傳感器的刻度線是均勻的,C正確;若載流子所帶電荷的正負確定，根據(jù)左手定則,可以確定上表面電勢的高低，故位移傳感器可以確定位移的方向,B錯誤;載流子所帶電荷的正負未知，當霍爾元件處于x>0的位置時,如果載流子帶正電荷，則正電荷在洛倫茲力作用下向上偏轉，上表面電勢高,如果載流子帶負電荷，負電荷在洛倫茲力作用下也是向上偏轉，則下表面電勢高，因此無法確定上表面電勢高低,D錯誤。3.物理探索|（2022遼寧沈陽模擬）（多選）將長方體金屬導體板水平放在勻強磁場中，磁場垂直前后側面向里穿過，當左右側面接入電路、通入電流時，在導體板的上下兩表面間會出現(xiàn)電勢差，此現(xiàn)象稱為霍爾效應,上下兩表面間的電壓稱為霍爾電壓Uh.某同學利用霍爾效應的原理設計一個電路自動控制開關，部分電路如圖所示。閉合電路開關，通入電流時，若上表面電勢低于下表面電勢,顯示器會提示"電流方向錯誤"，同時控制器將斷開電路開關。若通入了正確方向的電流，當Uh<Uo時顯示器顯示“正?！?，開關保持接通;當Uh>Uo時顯示器會提示“電流過大"，同時控制器也將斷開電路開關。則通入“正常"電流時（）A.電流方向向左B.導體板上表面因得到正電荷而帶正電C.通入導體板的電流大小變?yōu)樵瓉淼囊话霑r,Uh也變?yōu)樵瓉淼囊话隓.換用上下表面間距較大的同種金屬長方體導體板，上下表面間電勢差Uh變大答案AC金屬導體板中能自由運動的粒子是電子,當通入"正常"電流時產生的霍爾效應使導體板上表面電勢高于下表面電勢，說明電子受到的洛倫茲力方向向下，根據(jù)左手定則可判斷出電子向右定向移動，所以"正常"電流方向向左，故A正確;金屬導體中正電荷不移動，通入“正?！彪娏鲿r上表面因失去電子而帶正電，故B錯誤;穩(wěn)定時電子勻速經(jīng)過，有q^=qvB,可得UH=Bdv,d是上下表面間的距離,v是電子定向移動的速率，根據(jù)電流的微觀表達式I=neSv可得v=￡廁③=需，通入導體板的電流I大小變?yōu)樵瓉淼囊话霑r,Uh也變?yōu)樵瓉淼囊话耄蔆正確;設導體板前后側面間的距離為1,則S=dl,所以加=北，說明Uh與上下表面間的距離d無關，故D錯誤。4.（2022山東濰坊一模,7）如圖所示,正六邊形區(qū)域內存在垂直紙面向里的勻強磁場。一帶正電粒子以速度vi從a點沿ad方向射入磁場，從c點離開磁場;若該粒子以速度V2從a點沿ae方向射入磁場，則從d點離開磁場。不計粒子重力3的值為（）也bA.V3 B.當 C.f答案C帶正電粒子以速度vi從a點沿ad方向射入磁場，從c點離開磁場，設六邊形的邊長為L,則由幾何關系得Ri=V5L;若該粒子以速度V2從a點沿ae方向射入磁場，則從d點離開磁場,則由幾何關系得R2=2L,由洛倫茲力提供向心力得Bqv=m4,則R=^，故速度之比即半徑之比代吟=噂故選Co5.（2022山東聊城一模,9）（多選）如圖所示,勻強磁場方向垂直紙面向里，上端開口、下端封閉的玻璃管豎直放置，玻璃管內壁光滑，管底有一帶正電的小球（未畫出）,在外力作用下，玻璃管垂直進入磁場并保持速度不變，小球最終從上端管口飛出。從進入磁場到小球飛出玻璃管的過程中，下列說法正確的是（）II:XXX“卜XXL：xx?x

：xXX

o：xxxA.洛倫茲力對小球做正功B.小球的機械能增加C.小球的運動軌跡是一條拋物線D.小球在玻璃管中的運動時間與玻璃管速度無關答案BC洛倫茲力的方向與速度方向垂直，永遠不做功，故A錯誤;設小球豎直分速度為Vy、水平分速度為％小球受力如圖所示，玻璃管對帶電小球的彈力水平向右,小球的速度方向斜向右上方，彈力對小球做正功，小球的機械能增加，故B正確;小球隨玻璃管在水平方向做勻速直線運動，小球在豎直方向所受的洛倫茲力Fi=qvB是恒力，在豎直方向，由牛頓第二定律得qvB-mg=ma,解得小球的加速度大小a=*-g,小球的加速度不隨時間變化，恒定不變,小球在豎直方向做勻加速直線運動，合運動為勻變速曲線運動，運動軌跡是一條拋物線，故C正確;小球在豎直方向做勻加速運動，根據(jù)h=；at2,可知1=舊=則小球在玻璃管中的運動時間與玻璃管速度有關，選項D錯誤。qvB[

嗎8"_? 右mg6.物理科技1（2022廣東佛山二模,10）（多選）據(jù)報道，我國空間站安裝了現(xiàn)代最先進的霍爾推進器用以空間站的軌道維持。如圖乙，在很窄的圓環(huán)空間內有沿半徑向外的磁場L其磁感應強度大小可近似認為處處相等;垂直圓環(huán)平面同時加有勻強磁場2和勻強電場（圖中沒畫出），磁場1與磁場2的磁感應強度大小相等，已知電子電荷量為e,質量為m,若電子恰好可以在圓環(huán)內沿順時針方向做半徑為R、速率為V的勻速圓周運動，則以下說法正確的是（）甲A.電場方向垂直環(huán)平面向外B.電子運動周期為等C.垂直環(huán)平面的磁感應強度大小為寫D.電場強度大小為雪答案BCD根據(jù)左手定則可知電子在圓環(huán)內受到磁場1的洛倫茲力垂直環(huán)平面向里，電場力與該洛倫茲力平衡，電場力應垂直環(huán)平面向外，由于電子帶負電，故電場方向垂直環(huán)平面向里,A錯誤;電子在圓環(huán)內沿順時針方向做半徑為R、速率為v的勻速圓周運動，則電子運動周期為T=年,B正確;電子在圓環(huán)內受到磁場2的洛倫茲力提供電子做圓周運動的向心力，則有evB=m5,解得B=胃,C正確;電子在垂直R eR環(huán)平面方向受力平衡，則有eE=evB,解得E二喘~,D正確。eR7.自然現(xiàn)象1（2022廣東深圳二模,8）（多選）如圖為地球赤道剖面圖，地球半徑為R,把地面上高度為g區(qū)域內的地磁場視為磁感應強度為B、方向垂直于剖面的勻強磁場，一帶電粒子以速度v正對地心射入該磁場區(qū)域，軌跡恰好與地面相切。則（）A.粒子帶正電荷B.軌跡半徑為整OC.粒子的比荷為總DKD.若粒子速度減小，在該磁場區(qū)域的運動時間增大答案BD由左手定則知，粒子帶負電,A錯誤而幾何關系知r2+（R+/=（R+r）2,解得r卷,B正確;根據(jù)qvB=mJ,解得2=券,C錯誤;若粒子速度減小，則運動半徑減小，在磁場中運動的圓心角變大,粒子的周期丁=等不變廁由t=^T知，在該磁場區(qū)域的運動時間變大,D正確。Zx*x，xx x A入射方向睜號.蚓Mt；Xx/xx/粒子軌跡“8.（2022臨澧一中開學考,5）磁單極子是物理學家設想的一種僅帶有單一磁極（N極或S極）的粒子，它們的磁感線分布類似于點電荷的電場線分布，目前科學家還沒有證實磁單極子的存在。若自然界中存在磁單極子，以其為球心畫出兩個球面1和2,如圖所示,a點位于球面1上,b點位于球面2上,則下列說法正確的是（）A.a點比b點的磁感應強度大B.a點比b點的磁感應強度小C.球面1比球面2的磁通量大D.球面1比球面2的磁通量小答案A由于磁單極子的磁感線分布類似于點電荷的電場線分布，磁感線越密集的地方,磁感應強度越大,A正確,B錯誤;由于磁感線都是發(fā)散射線,中間沒有斷開，穿過兩個面的磁感線的條數(shù)相等，因此兩個面的磁通量相等,C、D錯誤。9.（2022長沙長郡中學月考六,9）（多選）自行車速度計可以利用霍爾效應傳感器獲知自行車的運動速率。如圖甲所示，一塊磁鐵安裝在前輪上,輪子每轉一圈，磁鐵就靠近傳感器一次,傳感器就會輸出一個脈沖電壓。如圖乙所示，電源輸出電壓為Ui,當磁場靠近霍爾元件時，在導體前后表面間出現(xiàn)電勢差6（前表面的電勢低于后表面的電勢）.下列說法中正確的是（）連接到速度計霍爾傳感器自行車前叉圖甲磁場8T卜圖乙A.圖乙中霍爾元件的載流子帶正電B.已知自行車車輪的半徑,再根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)，即獲得車速大小C.若傳感器的電源輸出電壓Ui變大，則霍爾電壓6變大D.自行車的車速越大，則霍爾電壓6越大答案BC霍爾元件的電流I是由負電荷定向運動形成的，選項A錯誤;根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)，可求得車輪轉動周期，從而求得車輪的角速度，最后由線速度公式v=r。結合車輪半徑，即可求解車輪的速度大小，選項B正確;根據(jù)qvB=q%得L）2=vdB,由電流的微觀表達式I=nqSv,v=^，解得6=緇霍爾電壓5與車速大小無關，選項D錯誤;由公式6=緇若傳感器的電源輸出電壓Ui變大，那么電流I變大，則霍爾電壓6將變大，選項C正確。10.（2020塘沽一中期末）如圖所示為一種質譜儀的示意圖，該質譜儀由速度選擇器、靜電分析器和磁分析器組成。若速度選擇器中電場強度大小為Ei,磁感應強度大小為Bi,方向垂直紙面向里,靜電分析器通道中心線為:圓弧，圓弧的半徑（OP）為R,通道內有均勻輻射的電場，在中心線處的電場強度大小為E,磁分析器中有范圍足夠大的有界勻強磁場，磁感應強度大小為B、方向垂直于紙面向外。一帶電粒子以速度v沿直線經(jīng)過速度選擇器后沿中心線通過靜電分析器，由P點垂直邊界進入磁分析器，最終打到膠片上的Q點，不計粒子重力。下列說法正確的是（）A.速度選擇器的極板P1的電勢比極板P2的電勢低B.粒子的速度v晤C.粒子的比荷為嘉CnDjD.P、Q兩點間的距離為誓C|D答案c根據(jù)圖可知,粒子在磁分析器內向左偏轉，則粒子受到的洛倫茲力的方向向左,由左手定則可知，該粒子帶正電;粒子在速度選擇器內向右運動，根據(jù)左手定則可知，粒子受到的洛倫茲力的方向向上;因為粒子勻速穿過速度選擇器，所以粒子受到的電場力的方向向下，則電場的方向向下，所以極板P1的電勢比極板P2的電勢高，故A項錯誤。粒子在速度選擇器內勻速運動，受力平衡，則有qEi=qvBi,解得v=^,9 2口2故B項錯誤。粒子在靜電分析器內做勻速圓周運動，則有qE=*,聯(lián)立可得粒子的比荷蒜，故C項正確。粒子在磁分析器內做勻速圓周運動，有qvB=^，聯(lián)立解得「=翳，由幾何關系知P、Q之間的距離為2「=警，故D項錯誤。1L物理科技1（2022濱海七校聯(lián)考,5）新型冠狀病毒傳播能力非常強,因此研究新冠肺炎病毒株的實驗室必須是全程都在高度無接觸物理防護性條件下操作。武漢病毒研究所是我國防護等級最高的P4實驗室，在該實驗室中有一種污水流量計，其原理可以簡化為如圖所示模型:污水內含有大量正、負離子，從直徑為d的圓柱形容器右側流入，左側流出。流量Q等于單位時間通過橫截面的液體的體積?？臻g有垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場，下列說法正確的是（）BXXI/XX）XXXX

xx/vxxA.所有離子所受洛倫茲力方向均由M指向NB.M點的電勢高于N點的電勢C.污水流量計也可以用于測量不帶電的液體的流速D.若再測量出M、N兩點間的電壓就能夠推算出污水的流量答案D根據(jù)左手定則可知,正離子受到的洛倫茲力向下，負離子受到的洛倫茲力向上,因此正離子向下聚集，負離子向上聚集,N點電勢高于M點電勢，故A、B均錯誤;不帶電的粒子不會受洛倫茲力，因此也不會偏轉,M、N之間不會出現(xiàn)電勢差，故C錯誤;當M、N兩點間電壓U穩(wěn)定時，根據(jù)平衡條件有qvB=qE,根據(jù)勻強電場中電勢差與場強的關系有U=Ed,由題意可知。益=加2%聯(lián)立解得Q=喘由該式可知只需要知道磁感應強度B、直徑d及M、N兩點間的電壓U,就能夠推算出污水的流量，故D正確。.物理技術|（2022浙江寧波十校聯(lián)考）為了降低潛艇噪音，科學家設想用電磁推進器替代螺旋槳。裝置的截面圖如圖所示，電磁推進器用絕緣材料制成海水管道，馬鞍形超導線圈形成如圖所示的磁場,現(xiàn)潛艇在前進過程中海水正源源不斷地被推向紙外。則下列說法正確的是（）A.圖中所接電源為直流電源,a極為電源正極B.同時改變磁場方向和電源正負極可實現(xiàn)潛艇倒退C.加速階段，海水對潛艇的力與潛艇對海水的力大小相等D.電源輸出的能量完全轉化為海水的動能和潛艇的動能答案C海水被推向紙外，根據(jù)左手定則可知，電流方向由b指向a,b為電源正極,A錯誤;同時改變電流和磁場方向，海水受到的安培力不變，航行方向不變,B錯誤;根據(jù)牛頓第三定律，海水對潛艇的力與潛艇對海水的力大小相等，方向相反,C正確;電源輸出的能量不可能完全轉化為動能，有焦耳熱損耗,D錯誤。.物理生活|（2022江蘇南京期中,3）某磁懸浮地球儀的磁懸浮原理如圖所示,地球儀中有一個磁鐵，底座中有一個線圈（線圈電阻不計），給線圈通電，地球儀可以懸浮起來。下列說法正確的是（）A.線圈必須連接交流電源B.地球儀懸浮時，線圈a端接正極,b端接負極C.若僅增加線圈匝數(shù)，可增加地球儀穩(wěn)定懸浮的高度D.減小地球儀與底座的距離，地球儀穩(wěn)定懸浮時，地球儀受到的斥力增大答案C磁鐵穩(wěn)定懸浮，線圈一定接的是直流電源，而且螺線管的上端為等效磁鐵的里雙，根據(jù)右手螺旋定則可知線圈a端接負極,b端接正極,A、B錯誤;若僅增加線圈匝數(shù),可使螺線管周圍的磁場增強，因此地球儀穩(wěn)定懸浮的高度增加,C正確;減小地球儀與底座的距離，地球儀穩(wěn)定懸浮時才非斥力仍等于重力,D錯誤。14.物理學史|（2022江蘇鹽城調研,5）安培曾做過如圖所示的實驗:把絕緣導線繞制成線圈,在線圈內部懸掛一個用薄銅片做成的圓環(huán)，圓環(huán)所在平面與線圈軸線垂直，取一條形磁鐵置于銅環(huán)的右側，條形磁鐵的右端為N極。閉合開關，電路穩(wěn)定后，發(fā)現(xiàn)銅環(huán)靜止不動，安培由此錯失發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象的機會。實際上，在電路閉合的瞬間（）A.從右側看，銅環(huán)中有逆時針方向的感應電流B.從右側看，銅環(huán)中有順時針方向的感應電流C.銅環(huán)仍保持不動D.銅環(huán)會遠離磁鐵答案A根據(jù)楞次定律，當接通開關瞬間時，導致穿過線圈的磁通量向左增大，則從右側看，線圈的感應電流為逆時針方向，故A正確,B錯誤;當線圈中有逆時針方向的電流時，可等效為右側為N極的磁體，則當處于左側是S極的條形磁鐵的磁場中時，銅環(huán)會靠近磁鐵，故C、D錯誤。二、非選擇題15.物理科技|（2022浙江金華模擬預測）在芯片制造過程中,離子注入是其中一道重要的工序。如圖所示是部分離子注入工作原理示意圖,離子經(jīng)加速后沿水平方向進入速度選擇器，選擇出一定速度的離子，然后通過磁分析器I,選擇出特定比荷的離子，經(jīng)偏轉系統(tǒng)n后注入水平放置的硅片上。速度選擇器、磁分析器中的勻強磁場的磁感應強度大小均為B,方向均垂直紙面向外;速度選擇器中的勻強電場場強大小為E,方向豎直向上。磁分析器的截面是矩形，矩形長為2L,寬為（4-2次）L。其寬和長的中心位置C和D處各有一個小孔;半徑為L的圓形偏轉系統(tǒng)II內存在垂直紙面向外，磁感應強度大小可調的勻強磁場,D、M、N在一條豎直線上,DM為圓形偏轉系統(tǒng)的直徑,最低點M到硅片的距離MN=，,不計離子重力。磁分析器偏轉系統(tǒng)偏轉系統(tǒng)NQ）求離子通過速度選擇器后的速度大??；（2）求磁分析器選擇出來的離子的比荷；（3）若偏轉系統(tǒng)磁感應強度大小的取值范圍為竽B4B偏48B,求硅片上離子注入的寬度。答案（琮⑵券（3）V3L解析Q)由題意可知qvB=qE解得v=5D(2)離子在磁分析器中做勻速圓周運動由幾何關系:R2=L2+[R-(2-g)L]2得R=2L2又因為洛倫茲力充當向心力:qvB=^解得旦=3(3)結合上述分析，粒子在D處以與豎直方向成60。角的方向射入偏轉系統(tǒng)H,離子在偏轉系統(tǒng)中軌跡的半徑滿足竽Lsr4HL由幾何知識可得粒子的臨界軌跡如圖所示，當ri=V3L時，離子豎直向下離開磁場，落點P到N點的距離Xi=^L當寰=竽1_時,離子從M點與水平方向成30°離開磁場，落點Q到N點的距離X2=yL故硅片上離子注入的寬度X=X1+X2=V3L16.物理科技|(2022廣東二模,13)如圖(a)是一種防止宇宙射線危害宇航員的裝置,在航天器內建立半徑分別為R和百R的同心圓柱，圓柱之間加上沿軸向方向的磁場，其橫截面如圖(b)所示.宇宙射線中含有大量的質子，質子沿各個方向運動的速率均為vo,質子的電荷量為e、質量為m0圖(b)圖(b)Q)若設置磁感應強度大小為某值時，恰好所有方向入射的質子都無法進入防護區(qū),求這種情況下磁感應強度的大小.(2)若設置磁感應強度大小使得正對防護區(qū)圓心入射的質子，恰好無法進入防護區(qū),求這種情況下質子從進入磁場到離開磁場的時間.答案Q)(嗎m% 等解析Q)設磁感應強度為B時，運動半徑為r的質子滲透最深入時都無法進入防護區(qū)，其在磁場中的運動軌跡如圖甲所示。甲由幾何關系可知r=竽①洛倫茲力提供向心力evOB=噂②聯(lián)立①②解得b=(8：A。(2)設磁感應強度為Bi,質子的運動半徑為n如圖乙所示。由幾何關系可知斤+（遮R）2=（r1+R）2③又tana=—@rl質子在磁場中運動的時間⑤聯(lián)立③④⑤解得1=等"017.（2022常德統(tǒng)考,14）物理氣相沉積鍍膜是芯片制作的關鍵環(huán)節(jié)之一，如圖是該設備的平面結構簡圖。初速度不計的氮離子（比荷￡=2.4x106C/kg）經(jīng)電壓Uo=^|xlO3V的電場加速后，從C點水平向右進入豎直向下的場強為E=|xl04V/m的勻強電場，恰好打到電場、磁場的豎直分界線I最下方M點（未進入磁場）并被位于該處的金屬靶材全部吸收,C、M兩點的水平距離為0.5m0靶材濺射出的部分金屬離子（比荷色=2.0x106C/kg）沿各個方向進入兩勻強磁場區(qū)域,速度大小均為1.0x104m/s,并沉積在固定基底上,M點到基底的距離為ym?；着c水平方向夾角為45。,大小相等（B=lx10-2T）、方向相反（均垂直紙面）的兩磁場的分界線口過M點且與基底垂直。求：（兩種離子均帶正電，忽略重力及離子間相互作用力）（DC.M兩點的高度差；（2）在紙面內，基底上可被金屬離子打中而鍍膜的區(qū)域長度;（3）金屬離子打在基底上所用時間最短時離子的入射方向與分界線n的夾角的正弦值。E靶材E靶材答案(1)0.5m(2)竽m(3)?解析（1）氮離子在電場中加速根據(jù)動能定理有qiUogmi評故vo=J^=lO5m/s氮離子在電場中偏轉CMx=VotCMy=1at2qiE=mia代入數(shù)據(jù)得高度差CMy=0.5m(2)金屬離子在磁場中運動^=Bq2VR筌=0.5m金屬離子沿著靶材和右下磁場邊界入射,其圓心。在M點正上方0.5m處，金屬離子沉積點為K,分界線n與基底的交點為A。靶材OMsin45°=AM所以O恰好在基底上OA=AMtan45。4m所以AK=0^m離子靠近MA方向射出，則會落在A點的附近。左上磁場區(qū)域范圍內離子受到洛倫茲力偏向右,根據(jù)對稱性,離子能夠到達K'點(在A左側)，與A的距離也為竽m,與右側相同。故鍍膜區(qū)域的長度為4(3)金屬離子從A點射出時,所用時間最短，由幾何知識可得，此時入射方向與兩磁場邊界的夾角滿足sin18.(2022北京豐臺二模,19)場是看不見、摸不著的,但我們卻可以根據(jù)它表現(xiàn)出來的性質去認識它、研究它;我們也常采用類比的方法去研究和認識不同的場。(1)真空中靜止的點電荷，電荷量為Q,在與其相距為r的位置產生的場強為E,請用電場強度的定義和庫侖定律推導E=k*(2)1821年,安培分子電流假說開啟了近代磁學，認為磁性源于運動的電荷，科學的發(fā)展證實了電流元在空間可以形成磁場。根據(jù)電流元周圍存在磁場,小鑫同學大膽猜想:兩里通方之間存在相互作用的磁場力F,可能與兩點電荷間的靜電力類似。如圖甲所示，通有電流h、L的兩根導線平行放置且電流均向上,設I山和Lb分別表示導線上A、B兩點處的電流元,A、B兩點相距為r。(說明:若需常量可用Km表示)a.請你根據(jù)小鑫同學的猜想，寫出兩電流元間相互作用的磁場力大小F;b.請類比電場強度的定義方法寫出在距電流元Iili為r處B點的磁感應強度的大小，并由安培定則判斷B點磁感應強度的方向；c.如圖乙所示，環(huán)形電流可以視為是由許多段的電流元組成，假設半徑為r的圓環(huán)形導線通有電流為I,試求在圓心O處產生的磁感應強度B。答案見解析解析（1）電荷量為Q的點電荷，在與之相距r處放一試探電荷q,根據(jù)庫侖定律，該試探電荷受到的電場力為：F=k^由電場強度E=3導帶電荷量為Q的點電荷，在與之相距r處電場強度為：E=%（2）a.通過類比可以猜想兩電流元間相互作用的磁場力大小F可以寫為：F=Km（Sj"2）①b.通過類比電場強度的定義可寫出在距電流元1山為r處的磁感應強度B的表達式為：B喻②將磁場力F表達式代入②式得B=Km與③由安培定則判斷B的方向:垂直紙面向里。c.環(huán)形電流是由許多段的電流元組成，設任意一段電流元為Mx,則在距其r處產生的磁感應強度由③可知：則環(huán)形電流在圓心0處產生的磁感應強度的大小B可表示為：B=k+4）得到:B=2nKm；總結歸納本題完全用類比的思想分析。將電流元類比為點電荷,然后利用電場相關規(guī)律研究磁場。19.物理科技|（2022浙江臺州二模,21）如圖甲所示，某裝置由直線加速器和圓心角為90。的扇形偏轉磁場OBC兩部分組成。直線加速器由一個金屬圓板（序號為0）和10個橫截面積相同的金屬圓筒（序號為1,2,3...10）依次排列其中心軸線在同一直線上，圓筒的長度遵照一定的規(guī)律依次增加。圓板與圓筒與交流電源相連，序號為奇數(shù)的圓筒和電源的一極相連,圓板和序號為偶數(shù)的圓筒和該電源的另一極相連，交變電源兩極間電勢差的變化規(guī)律如圖乙所示，圖乙中電壓的絕對值為Uo,在t=：時,奇數(shù)圓筒相對偶數(shù)圓筒的電勢差為正值此時圓板中央的一個電子在圓板和圓筒之間的電場中由靜止開始加速，沿中心軸線沖進圓筒L電子在每個圓筒中運動的時間均小于T,且電子均在電壓變向時恰從各圓筒中射出。電子在圓筒、圓筒與圓筒之間各個間隙中不斷被加速(圓筒間隙特別小，電子穿越間隙的時間可以忽略不計)。最后電子從10號圓筒的A點水平射出，從P點垂直進入磁場，沿實線路徑從邊界OC射出，軌跡關于zBOC平分線OM對稱，已知OP=L,電子的比荷為k,交變電壓的周期為To求：乙Q)電子剛進入1號圓筒時的速度大?。?2)9號圓筒的長度是多少；(3)若從金屬圓板出發(fā)的是一群電子，其中小部分有垂直于加速電場且平行于紙面的較小的初速度，所有電子可近似看成從10號圓筒A點以小發(fā)散角a射出，并進入偏轉磁場，問AP長度調節(jié)為多少時，所有電子在同一點D收集。答案Q)>/^U(2)yV2ki7(3)x=L解析Q)由動能定理得eU=；m說

解得Vi=/—-=V2kl/,vm(2)由動能定理得9eUgm詔得V9=3措=3.貝!1有Lg=V9x^=yV2H/（3）電子在磁場中運動，則有eBv=