高考_专题十 磁场（试题word版）

这是一份高考_专题十 磁场（试题word版），共26页。
专题十　磁场
高频考点
考点一　磁场的描述、安培力
基础 磁感应强度的理解、安培定则的应用、安培力的计算。
重难 磁场的叠加、安培力作用下导体的平衡问题。
限时50分钟,正答率:　　/13。 
基础
1.(2021浙江1月选考,8,3分)如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的,下列说法正确的是(　　)
A.电流越大,内部的磁场越接近匀强磁场
B.螺线管越长,内部的磁场越接近匀强磁场
C.螺线管直径越大,内部的磁场越接近匀强磁场
D.磁感线画得越密,内部的磁场越接近匀强磁场
答案　B　
2.(2019海南单科,2,4分)如图,一段半圆形粗铜线固定在绝缘水平桌面(纸面)上,铜线所在空间有一匀强磁场,磁场方向竖直向下。当铜线通有顺时针方向电流时,铜线所受安培力的方向(　　)

A.向前　　　　B.向后　　　　C.向左　　　　D.向右
答案　A　
3.(2021广东,5,4分)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线,长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1,四根平行直导线均通入电流I2,I1≫I2,电流方向如图所示。下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是(　　)

A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.
答案　C　
4.(2021浙江6月选考,15,2分)(多选)如图所示,有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b,分别通以80 A和100 A、流向相同的电流,两导线构成的平面内有一点p,到两导线的距离相等。下列说法正确的是(　　)
A.两导线受到的安培力Fb=1.25Fa
B.导线所受的安培力可以用F=ILB计算
C.移走导线b前后,p点的磁感应强度方向改变
D.在离两导线平面有一定距离的有限空间内,不存在磁感应强度为零的位置
答案　BCD　
5.(2019课标Ⅰ,17,6分)如图,等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成,固定于匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,线框顶点M、N与直流电源两端相接。已知导体棒MN受到的安培力大小为F,则线框LMN受到的安培力的大小为(　　)

A.2F　　　　B.1.5F　　　　C.0.5F　　　　D.0
答案　B
　

重难
6.(2021江苏,5,4分)在光滑桌面上将长为πL的软导线两端固定,固定点的距离为2L。导线通有电流I,处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导线中的张力为(　　)

A.BIL　　　　B.2BIL　　　　C.πBIL　　　　D.2πBIL
答案　A　
7.(2019江苏单科,7,4分)(多选)如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流大小相等。矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是(　　)

A.均向左　　　　B.均向右
C.a的向左,b的向右　　　　D.a的向右,b的向左
答案　CD　
8.(2022山东济南二模)如图所示,abc是以O点为圆心的三分之一圆弧,b为圆弧中点,a、b、c处各有一垂直纸面的通电直导线,电流大小相等,方向均垂直纸面向里,整个空间还存在一个磁感应强度大小为B的匀强磁场,O点处的磁感应强度恰好为零。若将c处电流反向,其他条件不变,则O点处的磁感应强度大小为(　　)

A.B　　　　B.2B　　　　C.3B　　　　D.0
答案　A　
9.(2022湖南,3,4分)如图(a),直导线MN被两等长且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO'上,其所在区域存在方向垂直指向OO'的磁场,与OO'距离相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变化,其截面图如图(b)所示。导线通以电流I,静止后,悬线偏离竖直方向的夹角为θ。下列说法正确的是(　　)

A.当导线静止在图(a)右侧位置时,导线中电流方向由N指向M
B.电流I增大,静止后,导线对悬线的拉力不变
C.tan θ与电流I成正比
D.sin θ与电流I成正比
答案　D　
10.(2021全国甲,16,6分)两足够长直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O'Q在一条直线上,PO'与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为(　　)

A.B、0　　　　B.0、2B　　　　C.2B、2B　　　　D.B、B
答案　B　
11.(2018课标Ⅱ,20,6分)(多选)如图,纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2,L1中的电流方向向左,L2中的电流方向向上;L1的正上方有a、b两点,它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中,外磁场的磁感应强度大小为B0,方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为13B0和12B0,方向也垂直于纸面向外。则(　　)
A.流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为712B0
B.流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为112B0
C.流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为112B0
D.流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为712B0
答案　AC　
12.(2021福建,6,6分)(多选)如图,四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面,导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点,正方形中心位于坐标原点O,e为cd的中点且在y轴上;四条导线中的电流大小相等,其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里,其余导线电流方向垂直坐标平面向外。则(　　)
A.O点的磁感应强度为0
B.O点的磁感应强度方向由O指向c
C.e点的磁感应强度方向沿y轴正方向
D.e点的磁感应强度方向沿y轴负方向
答案　BD　
13.(2017课标Ⅰ,19,6分)(多选)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反。下列说法正确的是(　　)
A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直
B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直
C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶3
D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为3∶3∶1
答案　BC　
考点二　洛伦兹力、带电粒子在磁场中的运动
基础 洛伦兹力、带电粒子在磁场中运动的规律。
重难 洛伦兹力作用下粒子在有界磁场中的偏转运动,包括临界、极值问题。
综合 带电粒子在磁场中运动的综合问题。
限时110分钟,正答率:　　/16。 
基础
1.(2022全国甲,18,6分)空间存在着匀强磁场和匀强电场,磁场的方向垂直于纸面(xOy平面)向里,电场的方向沿y轴正方向。一带正电的粒子在电场和磁场的作用下,从坐标原点O由静止开始运动。下列四幅图中,可能正确描述该粒子运动轨迹的是(　　)

答案　B　
2.(2015广东理综,16,4分)在同一匀强磁场中,α粒子(24He)和质子(11H)做匀速圆周运动,若它们的动量大小相等,则α粒子和质子(　　)
A.运动半径之比是2∶1 B.运动周期之比是2∶1
C.运动速度大小之比是4∶1 D.受到的洛伦兹力之比是2∶1
答案　B　
3.(2021湖北,9,4分)(多选)一电中性微粒静止在垂直纸面向里的匀强磁场中,在某一时刻突然分裂成a、b和c三个微粒,a和b在磁场中做半径相等的匀速圆周运动,环绕方向如图所示,c未在图中标出。仅考虑磁场对带电微粒的作用力,下列说法正确的是(　　)
A.a带负电荷　　　　B.b带正电荷
C.c带负电荷　　　　D.a和b的动量大小一定相等
答案　BC　
重难
4.(2020天津,7,5分)(多选)如图所示,在Oxy平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B的匀强磁场。一带电粒子从y轴上的M点射入磁场,速度方向与y轴正方向的夹角θ=45°。粒子经过磁场偏转后在N点(图中未画出)垂直穿过x轴。已知OM=a,粒子电荷量为q,质量为m,重力不计。则(　　)
A.粒子带负电荷
B.粒子速度大小为qBam
C.粒子在磁场中运动的轨道半径为a
D.N与O点相距(2+1)a
答案　AD　
5.(2019海南单科,9,5分)(多选)如图,虚线MN的右侧有方向垂直于纸面向里的匀强磁场,两电荷量相同的粒子P、Q从磁场边界的M点先后射入磁场,在纸面内运动。射入磁场时,P的速度vP垂直于磁场边界,Q的速度vQ与磁场边界的夹角为45°。已知两粒子均从N点射出磁场,且在磁场中运动的时间相同,则(　　)
A.P和Q的质量之比为1∶2
B.P和Q的质量之比为2∶1
C.P和Q速度大小之比为2∶1
D.P和Q速度大小之比为2∶1
答案　AC　
6.(2019课标Ⅱ,17,6分)如图,边长为l的正方形abcd内存在匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面(abcd所在平面)向外。ab边中点有一电子发射源O,可向磁场内沿垂直于ab边的方向发射电子。已知电子的比荷为k。则从a、d两点射出的电子的速度大小分别为(　　)
A.14kBl,54kBl　　　　B.14kBl,54kBl
C.12kBl,54kBl　　　　D.12kBl,54kBl
答案　B　
7.(2021北京,12,3分)如图所示,在xOy坐标系的第一象限内存在匀强磁场。一带电粒子在P点以与x轴正方向成60°的方向垂直磁场射入,并恰好垂直于y轴射出磁场。已知带电粒子质量为m、电荷量为q,OP=a。不计重力。根据上述信息可以得出(　　)
A.带电粒子在磁场中运动的轨迹方程
B.带电粒子在磁场中运动的速率
C.带电粒子在磁场中运动的时间
D.该匀强磁场的磁感应强度
答案　A　
8.(2021全国乙,16,6分)如图,圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为v1,离开磁场时速度方向偏转90°;若射入磁场时的速度大小为v2,离开磁场时速度方向偏转60°。不计重力。则v1v2为(　　)

A.12　　　　B.33　　　　C.32　　　　D.3
答案　B　
9.(2020课标Ⅲ,18,6分)真空中有一匀强磁场,磁场边界为两个半径分别为a和3a的同轴圆柱面,磁场的方向与圆柱轴线平行,其横截面如图所示。一速率为v的电子从圆心沿半径方向进入磁场。已知电子质量为m, 电荷量为e, 忽略重力。为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内,磁场的磁感应强度最小为(　　)

A.3mv2ae　　　　B.mvae　　　　C.3mv4ae　　　　D.3mv5ae
答案　C　
10.(2022河北唐山二模)如图所示,某真空室内充满匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁场内有一块足够长的平面感光板MN,点a为MN与水平直线ab的交点,MN与ab的夹角为θ=53°,a、b间的距离为d=10 cm。在b点的点状电子源向纸面内各个方向发射电子,电子做圆周运动的半径为r=5 cm,不计电子间的相互作用和重力,sin 53°=0.8,则MN上被电子打中的区域的长度为(　　)

A.6 cm　　　　B.8 cm　　　　C.10 cm　　　　D.12 cm
答案　C　
11.(2021海南,13,4分)(多选)如图,在平面直角坐标系Oxy的第一象限内,存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B。大量质量为m、电荷量为q的相同粒子从y轴上的P(0,3L)点,以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场,设入射速度方向与y轴正方向的夹角为α(0≤α≤180°)。当α=150°时,粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则(　　)

A.粒子一定带正电
B.当α=45°时,粒子也垂直x轴离开磁场
C.粒子入射速率为23qBLm
D.粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为35L
答案　ACD　
12.(2018海南单科,13,10分)如图,圆心为O、半径为r的圆形区域外存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向外,磁感应强度大小为B。P是圆外一点,OP=3r。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子从P点在纸面内垂直于OP射出。已知粒子运动轨迹经过圆心O,不计重力。求:
(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径;
(2)粒子第一次在圆形区域内运动所用的时间。

答案　(1)43r　(2)3m2qB
13.(2020课标Ⅱ,24,12分)如图,在0≤x≤h,-∞0)的粒子自电场中某处以大小为v0的速度水平向右发射,恰好从P点处射入磁场,从两挡板下边缘Q和N之间射出磁场,运动过程中粒子未与挡板碰撞。已知粒子射入磁场时的速度方向与PQ的夹角为60°,不计重力。
(1)求粒子发射位置到P点的距离;
(2)求磁感应强度大小的取值范围;
(3)若粒子正好从QN的中点射出磁场,求粒子在磁场中的轨迹与挡板MN的最近距离。

答案　(1)13mv026qE　(2)(3-3)mv03ql0的位置时,上表面电势高
答案　C　
4.物理探索 (2022北京海淀期末)如图所示,用洛伦兹力演示仪研究带电粒子在匀强磁场中的运动,以虚线表示电极K释放出来的电子束的径迹。在施加磁场之前,电子经加速后沿直线运动,如图甲所示;施加磁场后电子束的径迹,如图乙所示;再调节演示仪可得到图丙所示的电子束径迹。下列说法正确的是(　　)

A.施加的磁场方向为垂直纸面向外
B.在图乙基础上仅提高电子的加速电压,可得到图丙所示电子束径迹
C.在图乙基础上仅增大磁感应强度,可得到图丙所示电子束径迹
D.图乙与图丙中电子运动一周的时间不相等
答案　C　
5.物理探索 (2022辽宁沈阳模拟)(多选)将长方体金属导体板水平放在匀强磁场中,磁场垂直前后侧面向里穿过,当左右侧面接入电路、通入电流时,在导体板的上下两表面间会出现电势差,此现象称为霍尔效应,上下两表面间的电压称为霍尔电压UH。某同学利用霍尔效应的原理设计一个电路自动控制开关,部分电路如图所示。闭合电路开关,通入电流时,若上表面电势低于下表面电势,显示器会提示“电流方向错误”,同时控制器将断开电路开关。若通入了正确方向的电流,当UHU0时显示器会提示“电流过大”,同时控制器也将断开电路开关。则通入“正常”电流时(　　)
A.电流方向向左
B.导体板上表面因得到正电荷而带正电
C.通入导体板的电流大小变为原来的一半时,UH也变为原来的一半
D.换用上下表面间距较大的同种金属长方体导体板,上下表面间电势差UH变大
答案　AC　
复杂陌生
6.物理科技 (2022浙江金华模拟预测)在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是部分离子注入工作原理示意图,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,选择出一定速度的离子,然后通过磁分析器Ⅰ,选择出特定比荷的离子,经偏转系统Ⅱ后注入水平放置的硅片上。速度选择器、磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直纸面向外;速度选择器中的匀强电场场强大小为E,方向竖直向上。磁分析器的截面是矩形,矩形长为2L,宽为(4-23)L。其宽和长的中心位置C和D处各有一个小孔;半径为L的圆形偏转系统Ⅱ内存在垂直纸面向外,磁感应强度大小可调的匀强磁场,D、M、N在一条竖直线上,DM为圆形偏转系统的直径,最低点M到硅片的距离MN=L2,不计离子重力。

(1)求离子通过速度选择器后的速度大小;
(2)求磁分析器选择出来的离子的比荷;
(3)若偏转系统磁感应强度大小的取值范围为233B≤B偏≤3B,求硅片上离子注入的宽度。
答案　(1)EB　(2)E2LB2　(3)3L
7.物理科技 (2022湖南名校联盟二模)2021年5月28日凌晨,中科院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。托卡马克装置是利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器(如图甲)。简化的模拟磁场如图乙所示,半径为R的足够长水平圆柱形区域内,分布着水平向右的匀强磁场Ⅰ,磁感应强度大小为B,磁场Ⅰ所在区域外侧分布有厚度为L的环形磁场Ⅱ,其磁感应强度大小为BRL,且大小处处相等,方向与磁场Ⅰ中磁场方向垂直,其横截面图与纵截面图分别如图丙、丁所示。某时刻氘原子核(已知氘原子核质量为m,电荷量为q)从磁场Ⅰ最低点以速度v(未知)竖直向下射入磁场Ⅱ,氘原子核恰好不能飞出磁场区域,不计粒子的重力和空气阻力,不考虑相对论效应。求:

图甲 图乙

图丙 图丁
(1)氘原子核射入环形磁场Ⅱ的速度v的大小;
(2)氘原子核从磁场Ⅰ最低点第一次射入磁场Ⅱ到第二次射入磁场Ⅱ前的路程为多少;
(3)该氘原子核从磁场Ⅰ最低点出发后第三次回到磁场最低点需要的时间。
答案　(1)BqRm　(2)πL+R2　(3)2πmBq+5πmLBqR
审题解题
1.如图所示,在无限长的竖直边界AC和DE间,上、下部分(包含竖直边界)分别充满方向垂直于ADEC平面向外的匀强磁场,上部分区域的磁感应强度大小为B0,OF为上、下磁场的水平分界线。质量为m、带电荷量为+q的粒子从AC边界上与O点相距为a的P点垂直于AC边界射入上方磁场区域,经OF上的Q点第一次进入下方磁场区域,Q与O点的距离为3a。不考虑粒子重力。

(1)求粒子射入时的速度大小;
(2)要使粒子不从AC边界飞出,求下方磁场区域的磁感应强度应满足的条件;
(3)若下方区域的磁感应强度B=3B0,粒子最终垂直DE边界飞出,求边界DE与AC间距离的可能值。
补充设问
审题方法　设问① 本题中的磁场有什么特点?
设问② 粒子在上方磁场中如何运动?关于这一运动,题目给出了哪些已知量?这些已知量的作用是什么?
解题思路　设问③ 粒子不从AC边界飞出的临界状态是什么?
设问④ 第(3)问中,如何满足垂直DE边界飞出的要求?为什么求的是边界DE与AC间距离的可能值?

2.某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示,图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒,分别为D1、D2。D形盒装在真空容器里,整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B。若质子从粒子源O处进入加速电场的初速度不计,质子质量为m、电荷量为+q。加速器接入一定频率的高频交变电压,加速电压为U。不考虑相对论效应和重力作用。

(1)求质子第一次经过狭缝被加速后进入D形盒时的速度大小v1和进入D形盒后运动的轨迹半径r1;
(2)求质子被加速后获得的最大动能Ekm和高频交变电压的频率f;
(3)若两D形盒狭缝之间距离为d,且d≪R,计算质子在电场中运动的总时间t1与在磁场中运动的总时间t2,并由此说明质子穿过电场的时间可以忽略不计的原因。
补充设问
审题方法　设问① 质子在回旋加速器中是什么运动模型?
设问② 题干中提到忽略带电粒子穿过狭缝的时间,忽略这一时间有什么作用?
解题思路　设问③ 质子的最大动能与加速电压U的大小和加速次数n有关吗?如何求得最大动能Ekm?
设问④ 要使质子不断被加速,对加速电场有什么要求?如何求得高频交变电压的频率f?