2011高考物理试题预测之最热门压轴题(2)

2011高考物理试题预测之最热门压轴题(2)
随着高考命题指导思想逐渐贯彻新课标的“从生活走向物理，从物理走向社会”课改理念，近年来高考物理试题最大特点是难度下降了，但灵活性却更强了。

具体表现在完全脱离生活生产实际的抽象化、纯模型化问题越来越少了，而理论联系实际、取材于生活生产的具体问题越来越多了。

因此考生要想在高考取得理想成绩，必须从单一的知识型要向综合能力型转变。

磁场作为高中物理主干知识的电磁学的“两场”之一，是每年高考物理的必考核心知识，比分约占12%，考查内容包括磁场的描述，电流的磁效应，磁场对电流和带电粒子作用，电磁感应现象和规律等。

近年来高考物理磁场类问题出现了新趋势，即常常以地磁场为背景考查磁场相关知识，例如2011全国I就考察了河流发电的问题。

地磁场是人类生活息息相关的环境，选择地磁场为背景很贴切生活、贴切实际，故被高考命题者所青睐。

实际上，高中物理有关磁场的几乎所有知识点的考查都可以通地磁场这个材料背景来实现。

解决这类问题的关键当然是要熟悉地磁场的分布特点。

但笔者从事高三物理教学教研10几年，发现很多学生尽管把地磁场的磁场分布特点倒背如流，但一遇到具体问题往往茫然不知所措、无从下手。

问题的关键在与不会把地磁场的立体空间分布图转化为平面图。

笔者还发现，几乎所有的教辅资料都画出了地磁场的立体图，却没有画出对解决地磁场类问题真正关键有效的平面图。

为此笔者把自己多年来对这类问题的解题技巧和心得分享给大家，希望对更多的高三学生有所帮助。

本文还附录了11道笔者多年来收集整理的地磁场类习题，几乎囊括了磁场的所有主要知识点，把整个磁场学知识串联一起，可以作为二轮复习磁场专题参考资料。

欢迎各位同行同学交流切磋。

地磁场空间分布特点：
（1）地磁场的N极在地球南极附近,S极在地球北极附近,磁感线分布如图.
（2）地磁场B的水平分量(B x)总是从地球南极指向北极,而竖直分量(B y)
则南北相反,在南半球垂直地面向上,在北半球垂直地面向下.
（3）在赤道平面上,距离地球表面高度相等的各点,磁感应强度相等,且方向水
平向北
由此我们不难画出来地磁场分布的平面图（B x、B y分别表示地磁场水平
分量和竖直分量）:
（1）赤道面上如图1（2）在两极如图2（3）在北半球如图3（4）在南半球，如图4
磁场类习题经典汇编
1.(武汉市2011二月调考)如图所示，在国庆60周年阅兵盛典上，我国预警机“空警-2000”
在天安门上空机翼保持水平，以4.5×102
km/h 的速度自东向西飞行。

该机的翼展（两翼尖之
间的距离）为50m ，北京地区地磁场的竖直分量向下，大小为4.7×10-5
T ，则（A C ） A ．两翼尖之间的电势差为0.29V B ．两翼尖之间的电势差为1.1V
C ．飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高
D ．飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低
【试题评析】很多同学对此题电势高低判断感到头疼，问题关键就是不能画出在地磁场的在水平面上的平面分布图。

其实不难总结出，飞机不论沿哪个方向水平面上飞行，都是左边比右边电势高。

其实题干中若不说明北京地区地磁场竖直分量方向，而且还同时告诉了水平分量大小，则难度和迷惑性更大了一些。

笔者自己改编成如下题。

其中磁场强度数据来自中国地磁数据网，2011年1月份平均值H=2.96×10-5T ，Z=1.06×10-5。

【改编】如图所示，一预警机在北京上空机翼保持水平，以3.6×102
km/h 的速度自南向北飞
东
南 西 北 B x
B y 东 南 西
北
B y
东
南 西
北
B x
东
南 西
北
By 图1赤道面
图2（a ）北极
图2（b ）南极 图3北半球
图4南半球
B y B x
东
南 北
西
行。

该机的翼展（两翼尖之间的距离）为50m ，北京地区地磁场的竖直分量大小为3.0×10-5
T ，
水平分量大小为1.0×10-5
T ，则（A C ） A ．两翼尖之间的电势差为0.15V B ．两翼尖之间的电势差为0.05V
C ．飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势高
D ．飞行员左方翼尖的电势比右方翼尖的电势低
【拓展】如果改为直升机向上运动，情况会怎么样？提示：切割地磁场水平分量。

2.(2010年全国I)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下，大小为4.5×10-5T 。

一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸，河宽100m ，该河段涨潮和落潮时有海水（视为导体）流过。

设落潮时，海水自西向东流，流速为2m/s 。

下列说法正确的是(AC ）
A ．河北岸的电势较高
B ．河南岸的电势较高
C ．电压表记录的电压为9mV
D ．电压表记录的电压为5mV
3．地磁场可以有效抵御宇宙射线的侵入，保护地球．赤道剖面外地磁场可简化为包围地球厚度为d 的匀强磁场，方向垂直该剖面，如图1所示．只要速度方向在该剖面内的射线粒子不能到达地面，则其它粒子不可能到达地面．宇宙射线中对地球危害最大的带电粒子主要是β粒子，设β粒子的质量为m ，电荷量为e ，最大速度为v ，地球半径为R ，匀强磁场的磁感应强度为B ，不计大气对β粒子运动的影响．要使在赤道平面内从任意方向射来的β粒子均不能到达地面，则磁场厚度d 应满足什么条
件？
解析：设β粒子从A 点以任意方向向往地磁场后做匀速圆周
运动的半径为r ，要粒子不到达地面，则圆轨道最多与地面相切，如图7－13所示．作速度方向的垂线AO ’，O ’为轨道圆心，连接
OO ’得△OO ’A ，由三角知识得
()R+r +r>R+d ①
则2d r>，即当2
d
r=、粒子速度方向与地磁场边界相切射入时轨道半径最小，磁场厚度最小．
而粒子最大轨道半径m r=Bq
v
② 所以有22m d=r=
Be
v
为轨道与地面相切的磁场最小厚度，要粒子不到达地面，则磁场厚度应满足2m d>Be
v
【点评】不能直接将②代入不等式①求解，那样将得到2m d<Be
v
的结
论．①式只用来判断“粒子速度方向与地磁场边界相切射入时轨道半径最小”，但β粒子最大轨道半径轨道为定值，地磁场厚度d 必须大于2r 才能满足要求．
4.地磁场可以减少宇宙射线中的带电粒子对地球上生物体的危害。

如图所示，地球半径为R ，地球赤道平面附近的地磁场可简化为赤道上方厚度为d 、磁感应强度大小为B 、方向垂直于赤道平面的匀强磁场。

宇宙射线中某种带电粒子以不同的速度射入地磁场，该种粒子的质量为m 、带电量为+q 。

不计地球对粒子的引力以及大气对粒子运动的影响，且不考虑相对论效应。

B
d R
图1 A
B d R
图2
O
O ’ r r v
（1）若速度为v的该种粒子在赤道平面内沿地球径向射人地磁场，求刚射入地磁场时粒子所受洛伦兹力f的大小和方向；
（2）若该种粒子的最大速度为v m，在赤道平面内从任意方向射人地磁场的所有这种粒子均不能到达地面，则粒子离地面的最近距离h为多少?
（3）若速度为v的该种粒子在赤道平面内沿地球径向射人地磁场，在地磁场作用下未能到达地面，求粒子在地磁场中运动的时间t；。