第九章 素养提升课(十一)-【创新思维】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版 老教材 老高考）

磁场知识在高考中的应用 授课提示：对应学生用书第276页 　(多选)电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，原理如图所示，图中直流电源电动势为E1，内阻不计；两根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为L，电阻不计；导轨间存在磁感应强度大小为B、方向与导轨平面垂直的匀强磁场(图中未画出)。炮弹可视为一质量为m、电阻为R的金属棒MN(图中未画出)，垂直放在两导轨间处于静止状态，并与导轨良好接触。闭合开关S，MN开始向右加速运动，获得最大速度后，离开导轨。下列说法正确的是(　　) A．MN在导轨上速度最大时，通过MN中的电流最大 B．MN获得的最大速度为 C．MN在导轨上获得的最大加速度为 D．通过MN某一横截面的最大电荷量为 [思路点拨]　(1)MN向右做加速运动，直至合外力为零时，MN速度最大，此时MN受到的安培力为零。 (2)MN向右做加速运动的过程中，电流是变化的，可结合动量定理求解电荷量。 [解析]　MN在导轨上速度最大时，MN上的感应电动势E最大且等于E1，此时通过MN的电流为零，选项A错误；由E＝BLvm、E＝E1得，MN获得的最大速度vm＝，选项B正确；开关闭合的瞬间，MN获得的加速度最大，am＝，而I＝，解得am＝，选项C正确；由动量定理有BL·Δt＝mvm－0，又q＝Δt，联立解得通过MN某一横截面的最大电荷量q＝，选项D错误。 [答案]　BC ■核心素养解读 以电磁轨道炮为命题背景，创设了加速直线运动的运动情境，促进学生形成物质观念、运动观念与相互作用观念，体现了对“物理观念”的考查；将炮弹抽象为切割磁感线的导体，进行科学的模型建构，并对炮弹进行受力情况分析和运动情况分析，然后选择不同的物理规律进行求解，体现了对物理核心素养中的“科学思维”的考查。 　(多选)如图所示，有一个正方形的匀强磁场区域abcd，e是ad的中点，f是cd的中点，如果在a点沿对角线方向以速度v射入一带负电的粒子，恰好从e点射出，不计粒子重力，则(　　) A．如果粒子的速度增大为原来的2倍，将从d点射出 B．如果粒子的速度增大为原来的3倍，将从f点射出 C．如果粒子的速度不变，磁场的磁感应强度变为原来的2倍，将从d点射出 D．只改变粒子的速度使其分别从e、d、f点射出，则从f点射出所用时间最短 [解析]　本题考查带电粒子在正方形边界磁场中的运动。如果粒子的速度增大为原来的2倍，磁场的磁感应强度不变，由半径公式r＝可知，半径将变为原来的2倍，根据几何知识可知，粒子将从d点射出，故A正确；设正方形的边长为2a，则粒子从e点射出时，轨迹半径为a，如果磁场的磁感应强度不变，粒子的速度变为原来的3倍，由半径公式r＝可知，半径将变为原来的3倍，为a，由几何关系可知，粒子将从f、d之间射出磁场，故B错误；如果粒子的速度不变，磁场的磁感应强度变为原来的2倍，由半径公式r＝可知，半径减小为原来的，因此粒子不可能从d点射出，故C错误；只改变粒子的速度使其分别从e、d、f三点射出，从f点射出时轨迹对应的圆心角最小，运动时间最短，故D正确。 [答案]　AD ■核心素养解读 本题以有界磁场为命题情境，考查洛伦兹力提供带电粒子做匀速圆周运动的向心力的问题，结合几何知识寻找粒子从磁场边界射出时的位置，体现了物理核心素养中的“物理观念”这一要素；建立物理模型后，将物理问题转化为数学问题，综合运用物理、数学知识进行分析推理，体现了对“科学思维”的考查。 　如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，半径OC与OB成60°角，质子甲以速度v从A点沿直径AB方向射入磁场，从C点射出。质子乙以速度从B点沿BA方向射入磁场，从D点(图中未画出)射出磁场，不计质子重力，则C、D两点间的距离为(　　) A．R　　　　　　　　　　　　 B．2R C．2R D．R [思路点拨]　根据几何关系，找出速度的偏向角与质子在磁场中运动轨迹对应的圆心角之间的关系，根据三角函数求出质子甲的轨迹半径r1与R的关系，再根据r＝ 用比例法得出r2与R的关系，最后求出∠BOD和C、D两点的距离。 [解析]　质子在磁场中运动的轨迹如图所示，洛伦兹力提供质子做匀速圆周运动的向心力，则qvB0＝m，得r＝，由几何关系有r1＝＝R。由于质子乙的速度是，故其轨迹半径r2＝＝R，则tan ∠O2OB＝＝，得∠O2OB＝30°，故∠BOD＝2∠O2OB＝60°，CD＝2R sin 60°＝R，选项D正确。 [答案]　D ■核心素养解读 本题综合考查了洛伦兹力、匀速圆周运动、牛顿第二定律等知识，体现了对物理核心素养中“物理观念”的考查；同时，本题也要求学生能结合几何知识和物理观念进行科学推理、得出结论，体现了对“科学思维”的考查。 　某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，俯视图如图乙所示