专题10 磁场-2021年新高考物理模拟题分项汇编

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专题10 磁场
1．（2021·广东高三模拟）如图所示，匝数为N、半径为r1的圆形线圈内有匀强磁场，匀强磁场在半径为r2的圆形区域内，匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面。通过该线圈的磁通量为（　　）

A． B． C． D．
【答案】B
【解析】由于匀强磁场的磁感应强度B垂直于线圈平面，所以，通过该线圈平面的磁通量为，
公式中的面积为磁场穿过的有效面积，即，ACD错误，B正确。故选B。
2．（2021·山西太原市高三一模）如图所示，报废的近地卫星离轨时，从卫星中释放一根导体缆绳，缆绳的下端连接有空心导体。缆绳以轨道速度v在地磁场B中运动，使得缆绳中产生感应电流。电荷向缆绳两端聚集，同时两端与电离层中的离子中和，使得电流持续．由于感应电流在地磁场中受到安培力的拖动，从而能加快废弃卫星离轨。设缆绳中电流处处相等，那么（　　）

A．缆绳中电流的方向由卫星流向空心导体
B．相同长度的缆绳受到安培力的大小相等
C．缆绳受到安培力的方向与卫星速度方向间的夹角大于
D．由于安培力做负功，故在卫星降轨的过程中，其动能一定减小
【答案】C
【解析】A．由右手定则可知，电流方向是空心导体流向卫星，故A错误。B．因为地磁场的不是匀强磁场，所以相同的缆绳受到的安培力不是大小相等，故B错误；C．由左手定则可知，缆绳受到的安培力与卫星速度方向的夹角大于90，故C正确；D．动能的增大和减小，与安培力做负功没有必然联系，因为引力做正功，故D错误；故选C。
3．（2021·湖南娄底市高三零模）如图所示，为菱形，与为对角线，长是长的两倍，O为对角线的交点，长直导线M过的中点垂直于菱形平面，长直导线N过中点也垂直于菱形平面，M、N中通有方向相反、大小相等的定电流，则（　　）

A．a、c两点的磁感应强度相同
B．b、d两点的磁感应强度大小相等、方向相反
C．a点磁感应强度比O点磁感应强度大
D．b点磁感应强度比O点磁感应强度大
【答案】A
【解析】根据磁场的叠加可知。a、c两点的磁场磁感应强度大小相等，方向相同，b、d两点的磁感应强度大小相等，方向相同，O点的磁感应强度大于a点的磁感应强度大小。在M、N连线的垂直平分线上，O点的磁感应强度最大。故选 A。
4．（2021·山东高三模拟）如图所示为地球周围磁场的分布情况，从上往下看地球在逆时针转动，下列说法正确的是（　　）

A．若此磁场是因为地球表面带电形成的，则地球表面应带正电
B．带电宇宙粒子在接近地球过程中受磁场力作用，且磁场力对其做功改变其速度
C．若有一带电的宇宙粒子在赤道附近自东向西射向地球，在地球附近向地面偏转，则此粒子带负电
D．在南、北极附近带电宇宙粒子有较大概率接近地面
【答案】D
【解析】A．若此磁场是因为地球表面带电形成的，由安培定则可知地球表面应带负电，选项A错误；
B．洛伦兹力对带电粒子不做功，选项B错误；C．由左手定则知带电宇宙粒子在赤道附近自东向西射向地球时，在地球附近向地面偏转的粒子应带正电，选项C错误；D．赤道附近的粒子无论速度方向如何，都会发生偏转，在南北极附近，带电宇宙粒子射向地球的速度方向和磁感线几乎平行，因此其可以接近地面，选项D正确。故选D。
5．（2021·辽宁辽阳市高三一模）如图所示，两圆弧中的电流大小相等，电流在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小与其半径成反比，直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，则关于图中两点（分别为各圆的圆心）的磁感应强度的大小关系和a处磁感应强度的方向，下列说法正确的是（　　）

A．垂直纸面向外 B．垂直纸面向外
C．垂直纸面向里 D．垂直纸面向里
【答案】A
【解析】圆弧中的电流在圆心处产生的磁场的磁感应强度大小与其半径成反比，可知其产生的磁感应强度大小，而直线电流在其延长线上的磁感应强度为零，所以a点的磁感应强度大小，通过右手定则可判断合磁感应强度方向垂直纸面向外；b处的磁感应强度大小，通过右手螺旋定则可判断合磁感应强度方向垂直纸面向里，所以，故选A。
6．（2021·北京朝阳区高三一模）如图所示，两个平行金属板水平放置，要使一个电荷量为-q、质量为m的微粒，以速度v沿两板中心轴线S1S2向右运动，可在两板间施加匀强电场或匀强磁场。设电场强度为E，磁感应强度为B，不计空气阻力，已知重力加速度为g。下列选项可行的是（　　）

A．只施加竖直向上的电场，且满足
B．只施加竖直向上的磁场，且满足
C．同时施加竖直向下的电场和竖直向上的磁场，且满足
D．同时施加竖直向下的电场和垂直纸面向里的磁场，且满足
【答案】D
【解析】A．因微粒带负电，故只施加竖直向下的电场，且满足，才能沿S1S2向右运动，A错误；
B．因微粒带负电，只施加垂直纸面向外的磁场，且满足时，才能沿S1S2向右运动，B错误；
CD．因微粒带负电，同时施加竖直向下的电场和垂直纸面向里的磁场时，电场力竖直向上，由左手定则可知洛伦兹力竖直向下，重力竖直向下，由平衡条件可得，解得，D正确，C错误。故选D。
7．（2021·北京丰台区高三一模）两条平行的通电直导线AB、CD通过磁场发生相互作用，电流方向如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．两根导线之间将相互排斥
B．I2在I1位置产生的磁场方向垂直纸面向外
C．AB受到的力是由I2的磁场施加的
D．若I1>I2，则AB受到的力大于CD受到的力
【答案】C
【解析】A．由于两导线中的电流是沿同一方向的，电流I1在其右侧产生的磁场是垂直纸面向外的，再根据左手定则可知，I2受到的安培力向左，同理可得I1受到的安培力向右，故两根导线之间将相互吸引，选项A错误；B．根据右手定则可知，I2在I1位置产生的磁场方向垂直纸面向里，选项B错误；C．AB受到的力是由I2的磁场施加的，选项C正确；D．由于力的作用是相互的，故AB受到的力一定等于CD受到的力，选项D错误。故选C。
8．（2021·浙江绍兴市高三二模）如图所示，在架子上吊着一根绝缘导线，右侧导线下部某处装有一个铅坠，使导线保持竖直状态，下端连接着一个铝箔刷子，刷子下方放置一张铝箔，调整刷子的高度使之下端刚好与铝箔接触。将左侧导线接到电源的正极上，电源的负极连接铝箔，用可移动的夹子水平地夹住一根强磁铁，右端N极正对右侧导线，接通电源，发现右侧导线在摆动。下列判断正确的是（　　）

A．右侧导线开始时垂直纸面向里摆动
B．右侧导线在摆动过程中一直受到安培力作用
C．右侧导线在整个摆动过程中安培力对其做正功
D．同时改变电流方向及磁铁的磁极方向，右侧导线开始摆动方向与原来相同
【答案】D
【解析】A．根据左手定则可判断得，右侧导线开始时，受到垂直纸面向外的安培力作用，所以导线垂直纸面向外摆动，故A错误；B．右侧导线在摆动过程中，当铝箔刷子与下端铝箔分开时，导线中无电流通过，不受安培力作用，故B错误；C．右侧导线在整个摆动过程中安培力的方向既有与导线运动方向相同的情况，也有与导线运动方向相反的情况，所以安培力对导线有做正功，也有做负功，故C错误；D．根据左手定则可判断得，同时改变电流方向及磁铁的磁极方向，右侧导线所受安培力方向不变，所以开始摆动方向与原来相同，故D正确。故选D。
9．（2021·福建高三二模）下列四幅图依次涉及到不同的物理知识，其中说法正确的是（　　）

A．用回旋加速器加速粒子的过程中，粒子获得的最大动能与电压的大小有关
B．重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫核裂变的链式反应
C．汤姆孙通过研究阴极射线精确测定出电子所带的电荷量
D．泊松亮斑说明光具有粒子性
【答案】B
【解析】A．设D形盒的半径为R，磁感应强度为B，粒子的电荷量为q，质量为m，能达到的最大速度为vm，根据牛顿第二定律有，解得粒子获得最大动能为，可见Ekm与B和R有关，与U的大小无关，故A错误；B．重核裂变产生中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫核裂变的链式反应，故B正确；C．汤姆孙通过研究阴极射线发现了电子，密立根通过油滴实验精确测定出电子所带的电荷量，故C错误；D．泊松亮斑说明光具有波动性，故D错误。故选B。
10．（2021·山东临沂市高三一模）如图所示，在垂直纸面的方向上有三根长直导线，其横截面位于正方形的三个顶点b、c、d上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示，一带负电的粒子从正方形的中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是（　　）

A．沿O到a方向 B．沿O到c方向
C．沿O到d方向 D．沿O到b方向
【答案】A
【解析】
由安培定则可判断b、c、d三根导线产生的磁场如图所示，由磁场的叠加性原理可知它们的合磁场方向水平向左，再由左手定则可判断负电的粒子所受洛伦兹力方向沿O到a方向。故选A。
11．（2021·北京门头沟区高三一模）永磁体之间的相互作用与电荷之间的相互作用相似，人们将电荷的相关概念引入磁现象的研究之中。认为磁棒的两极存在两种磁荷，N极带正磁荷，S极带负磁荷。“磁荷”观点认为磁荷可以激发磁场，描述磁场的基本物理量定义为磁场强度H。类比电场强度的定义方法，用正磁荷在磁场中受到的磁场力F和其磁荷Q的比值表示磁场强度H，方向与该处正磁荷受力方向一致。用图装置，可以测量通电线圈产生的磁场和“磁荷”间的作用力。假设图中N极的磁荷，线圈不通电时，测力计示数为。（　　）

A．当线圈中通顺时针方向（俯视）电流时，测力计示数小于
B．磁铁N极所处位置的磁场强度大小
C．通电后测力计示数改变量为F，则磁铁N极所处位置的磁场强度大小
D．如果将一根较短磁铁挂在测力计上，并使磁铁完全放入线圈中，则通电后测力计的示数变小
【答案】C
【解析】A.当线圈中通顺时针（俯视）电流时，根据安培定则可以判断磁铁N极所处位置的磁场方向为竖直向下。由题意可知磁铁所受磁场力竖直向下，所以测力计示数将大于F0，故A错误；B．F0是磁铁所受重力，并不是N极正磁荷所受的磁场力，故B错误；C．通电后测力计示数改变量即为磁铁N极所受的磁场力大小，由题意可知磁铁N极所处位置的磁场强度大小为，故C正确；D．如果将一根较短磁铁挂在测力计上，并使磁铁完全放入线圈中，则通电后磁铁上正、负磁荷所受磁场力大小相等、方向相反，磁铁所受合磁场力为零，测力计的示数不变，故D错误。故选C。
12．（2021·北京门头沟区高三一模）如图所示，为洛伦兹力演示仪的结构示意图。由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。当通有恒定电流时前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节。适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹。通过下列调节，一定能让圆形径迹半径减小的是（ ）

A．减小U，增大I B．增大U，减小I
C．同时减小U和I D．同时增大U和I
【答案】A
【解析】根据电子所受洛伦兹力的方向结合安培定则判断出励磁线圈中电流方向是顺时针方向，电子在加速电场中加速，由动能定理有eU = mv02。电子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，有eBv0 = m，解得r = 。减小电子枪的加速电压U，增大励磁线圈中的电流I从而导致电流产生的磁场B增大，都可以使电子束的轨道半径变小。故选A。
13．（2021·浙江温州市高三二模）如图所示，半径为r的金属环放在光滑绝缘水平桌面上，磁感应强度大小为B的匀强磁场垂直桌面向上。当环中通入逆时针方向的恒定电流I后，以下说法正确的是（　　）

A．金属环将发生移动 B．金属环有收缩的趋势
C．金属环内部张力为 D．金属环内部张力为零
【答案】C
【解析】AB．将圆环分分割成无数的小段，每一段可看成直线，由左手定则可知，每一段受到沿半径背离圆心方向的安培力，则金属有扩张的趋势，且各段的安培力的合力为0，则金属环静止不动，故AB错误；
CD．每个半圆环所受的安培力大小，每个半圆环在两个端点处受到两个张力均为F'，合力方向与安培力F等大反向，则，故C正确，D错误。故选C。
14．（2021·辽宁丹东市高三一模）如图所示，坐标平面内有边界过点和坐标原点的圆形匀强磁场区域，方向垂直于坐标平面，一质量为、电荷量为的电子（不计重力），从点以初速度平行于轴正方向射入磁场区域，从轴上的点射出磁场区域，此时速度与轴正方向的夹角为，下列说法正确的是（　　）

A．磁场方向垂直于坐标平面向外
B．磁场的磁感应强度
C．圆形磁场区域的半径为
D．圆形磁场的圆心坐标为
【答案】B
【解析】A．粒子运动的轨迹如图

根据左手定则可知磁场垂直纸面向里，故A错误；B．根据几何知识可知，粒子的轨道半径为，又洛伦兹力提供向心力，得，所以，故B正确；C．根据几何知识可知，由于，所以为圆形磁场区域的直径，所以，则磁场区域的半径，故C错误；
D．由题意和上图的几何关系可得，过、、三点的圆的圆心在连线的中点，所以轴坐标为
，轴坐标为，故点坐标为，，故D错误；
故选B。
15．（2021·浙江衢州市高三二模）如图所示，用粗细均匀的同种金属丝做成的正方形线框ABCD，O为中心。现将A、C两点分别接电源的正极和负极，则线框附近电流产生的磁场，下列说法正确的是（　　）

A．O点的磁场方向垂直纸面向外
B．在线段BD上，磁感应强度均为零
C．在线段AC上，磁感应强度均为零
D．过O点，垂直于纸面的直线上，磁感应强度均为零
【答案】C
【解析】AC．由于AB与DC中电流相同，在线段AC上产生的磁场等大反向，矢量和为零；AD与BC中电流相同，在线段AC产生的磁场等大反向，矢量和为零，故线段AC上的磁场为零，故A错误，C正确；
B．在除O点外的线段BD上，ABC和ADC两支电流产生的磁场的矢量和，在BO段，ABC中的电流产生的垂直于纸面向上的磁场大于ADC中的电流产生的垂直于纸面向下的磁场，矢量和不为零；在OD段，ABC中的电流产生的垂直于纸面向上的磁场小于ADC中的电流产生的垂直于纸面向下的磁场，矢量和不为零，故B错误；D．过O点，垂直于纸面的直线上的磁场，可视为ABC和ADC两支电流产生的磁场的矢量和，由于两支电流在该垂线上除O点外的其它点上的磁场不共线，矢量和不为零，故D错误。故选C。
16．（2021·北京西城区高三一模）云室是借助过饱和水蒸气在离子上凝结来显示通过它的带电粒子径迹的装置。图为一张云室中拍摄的照片。云室中加了垂直于纸面向里的磁场。图中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。有关a、b、c三条径迹以下判断正确的是（　　）

A．a、b、c都是正电子的径迹
B．a径迹对应的粒子动量最大
C．c径迹对应的粒子动能最大
D．c径迹对应的粒子运动时间最长
【答案】C
【解析】A．带电粒子在垂直于纸面向里的磁场中运动，根据左手定则可知a、b、c都是负电子的径迹，A错误；B．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有，解得，由图可知，所以。根据，可知，B错误；C．根据，
可知，C正确。D．带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有，
，则，所以。粒子在磁场中的运动时间，其中为粒子在磁场中的偏转角度，由图可知a径迹对应的偏转角度最大，则a径迹对应的粒子运动时间最长，D错误。故选C。
17．（2021·广东湛江市高三一模）如图所示，正方形线框由四根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，线框顶点a、d与直流电源（内阻不计）的负极和正极相接。若棒受到的安培力大小为F，则棒受到的安培力（　　）

A．大小为，方向由b到a B．大小为，方向由a到b
C．大小为F，方向由a到b D．大小为F，方向由b到a
【答案】A
【解析】CD．设每一根导体棒的电阻为R、长度为L。则通过棒的电流，有
通过棒的电流，棒受到的安培力大小，解得，选项CD均错误；
AB．通过棒的电流方向由d到a，根据左手定则，棒受到的安培力方向由b到a，选项A正确，B错误；故选A。
18．（2021·湖南邵阳市高三一模）如图所示，有一混合正离子束从静止通过同一加速电场后，进入相互正交的匀强电场和匀强磁场区域I，如果这束正离子束在区域I中不偏转，不计离子的重力。则说明这些正离子在区域I中运动时一定相同的物理量是（　　）

A．动能 B．质量 C．电荷 D．比荷
【答案】D
【解析】设加速电场的电压为U，则，。设正交电场的场强为E，匀强磁场的磁感应强度为B，由于粒子在区域里不发生偏转，则，得，可知。其中E、B、U为相同值，正离子的比荷相等。故选D。

19．（2021·广东高三模拟）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，若离子质量为m，带电量为+q，经电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，离子打至P点，设S1P=x，能正确反映x与U之间函数关系的x—U图是下图中的（　　）

A． B． C． D．
【答案】B
【解析】在加速电场中有，在磁场中有，，联立可得，由幂函数的图像特点可知，B正确；ACD错误；故选B。
20．（2021·广东高三模拟）如图所示的匀强磁场中，从O点沿OA方向垂直磁场发射两个比荷相同的带电粒子，一粒子经时间t1到达直线OC上的P点，其速率为vl；另一粒子经时间t2到达直线OC上的Q点，其速率为v2。不计粒子重力和粒子间的相互作用，则（　　）

A．vl>v2 B．vl=v2 C．t1