广东省深圳高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-07磁场

广东省深圳高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-07磁场

一、单选题

1．（2022·广东深圳·统考模拟预测）质量为m，长为L的直导体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道上，整个装置处于竖直向上磁感应强度为B的匀强磁场中，直导体棒中通有恒定电流，平衡时导体棒与圆弧圆心的连线与竖直方向成60°角，其截面图如图所示，则下列关于导体棒中的电流分析正确的是（　　）

A．导体棒中电流垂直纸面向外，大小为

B．导体棒中电流垂直纸面向外，大小为

C．导体棒中电流垂直纸面向里，大小为

D．导体棒中电流垂直纸面向里，大小

2．（2022·广东深圳·模拟预测）如图所示为六根与水平面平行的导线的横截面示意图，导线分布在正六边形的六个顶点，导线所通电流方向已在图中标出。已知每根导线在O点磁感应强度大小为B0，则关于正六边形中心O处磁感应强度的大小和方向的说法正确的是(　　)

A．大小为零

B．大小为2B0，方向沿x轴负方向

C．大小为4B0，方向沿x轴正方向

D．大小为4B0，方向沿y轴正方向

3．（2020·广东深圳·统考一模）如图，仅在第一象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，一个带负电的微粒a从坐标处射入磁场，射入方向与轴正方向夹角为，经时间与静止在坐标处的不带电微粒b发生碰撞，碰后瞬间结合为微粒c。已知a、b质量相同（重力均不计），则在磁场中运动的时间为（　　）

A． B． C． D．

二、多选题

4．（2022·广东深圳·统考二模）中国电磁炮技术世界领先，下图是一种电磁炮简易模型。间距为L的平行导轨水平放置，导轨间存在竖直方向、磁感应强度为B的匀强磁场，导轨一端接电动势为E、内阻为r的电源。带有炮弹的金属棒垂直放在导轨上，金属棒电阻为R，导轨电阻不计。通电后棒沿图示方向发射。则（　　）

A．磁场方向竖直向上

B．闭合开关瞬间，安培力的大小为

C．轨道越长，炮弹的出射速度一定越大

D．若同时将电流和磁场方向反向，炮弹将沿图中相反方向发射

5．（2022·广东深圳·统考二模）如图为地球赤道剖面图，地球半径为R，把地面上高度为区域内的地磁场视为磁感应强度为B、方向垂直于剖面的匀强磁场，一带电粒子以速度正对地心射入该磁场区域，轨迹恰好与地面相切。则（　　）

A．粒子带正电荷

B．轨迹半径为

C．粒子的比荷为

D．若粒子速度减小，在该磁场区域的运动时间增大

6．（2022·广东深圳·统考一模）磁悬浮列车是高速低耗交通工具，如图（a）所示，它的驱动系统简化为如图（b）所示的物理模型。固定在列车底部的正方形金属线框的边长为L。匝数为N。总电阻为R；水平面内平行长直导轨间存在磁感应强度均为B、方向交互相反、边长均为L的正方形组合匀强磁场。当磁场以速度v匀速向右移动时，可驱动停在轨道上的列车，则（　　）

A．图示时刻线框中感应电流沿逆时针方向

B．列车运动的方向与磁场移动的方向相同

C．列车速度为v'时线框中的感应电动势大小为

D．列车速度为v'时线框受到的安培力大小为

三、解答题

7．（2022·广东深圳·统考一模）利用电磁场改变电荷运动的路径，与光的传播、平移等效果相似，称为电子光学。如图所示，在xOy坐标平面上，第三象限存在着方向沿y轴正方向的匀强电场，电场强度大小为E。在其余象限存在垂直纸面的匀强磁场，其中第一、二象限向外，第四象限向里，磁感应强度大小均为B（未知）。在坐标点处有一质量为m、电荷量为q的正电粒子，以初速度沿着x轴负方向射入匀强电场，粒子在运动过程中恰好不再返回电场，忽略粒子重力。求：

（1）粒子第一次进入磁场时的速度v；

（2）磁感应强度B的大小；

（3）现将块长为的上表面涂荧光粉的薄板放置在x轴上（图中未画出），板中心点横坐标，仅将第四象限的磁感应强度变为原来的k倍（k>1），当k满足什么条件时，板的上表面会出现荧光点。

8．（2022·广东深圳·模拟预测）如图所示，两平行金属板A、B长l＝8cm，两板间距离d＝8cm，A板比B板电势高300V，即U＝300V，一排宽度为d＝8cm均匀分布的带正电的粒子电量为q＝10－10C，质量为m＝10－20kg，从垂直于AB边，垂直电场飞入电场，初速度v0＝2×106m/s，有粒子飞出平行板电场后经过界面MN、PS间的无电场区域后，进入PQ右边，磁感应强度为B的垂直纸面向里的匀强磁场．已知两界面MN、PS相距为L＝12cm，粒子从中心线R点射入的粒子，穿过界面PS后最后垂直打在放置于中心线上的荧光屏EF上的中点，光屏EF的长L＝12cm。（粒子重力不计）求：

（1）粒子从中心线R点射入的粒子，穿过界面MN时偏离中心线RO的距离h；及粒子穿过界面MN时的速度v；

（2）粒子从中心线R点射入的粒子，穿过PS面的粒子在磁场中运动的半径和磁场的磁感应强度B；

（3）放置于中心线上的荧光屏EF上的接收到粒子离PQ的距离范围。

9．（2022·广东深圳·模拟预测）如图所示，竖直放置的平行金属板A、B，板间距离为，板长为。A板内侧中央处有一个放射源（体积不计），在纸面内向A板右方各个方向均匀发射速率相等的正离子，离子的速率均为，离子质量，电荷量。不计极板的边缘效应和离子重力的影响。

(1)若在两板之间只加匀强电场，要使所有离子都能打到B板，求两板之间所加电压的最小值；

(2)若两板之间只加垂直纸面向里的匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度求打到B板上的离子数占总离子数的百分比。

10．（2022·广东深圳·统考模拟预测）图甲为直角坐标xOy，y轴正向沿竖直向上方向，其所在空间分布着均匀的、大小随时间周期性变化的电场和磁场，其变化规律如图乙所示，规定电场强度方向沿y轴正向为正方向，磁感应强度方向垂直坐标xOy平面向里为正方向。t=0时刻，电荷量为q、质量m的带正电粒子由坐标原点O静止释放，已知场强大小E0=，磁感应强度大小B0=，g取10m/s2。求：

（l）t=ls末粒子速度的大小和方向；

（2）粒子第一次进入磁场时做圆周运动的半径和周期；

（3）在0-6s内粒子运动过程中最高点的位置坐标。

11．（2021·广东深圳·统考二模）如图所示，半径为L的金属圆环内部等分为两部分，两部分各有垂直于圆环平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度大小均为B0，与圆环接触良好的导体棒绕圆环中心O匀速转动。圆环中心和圆周用导线分别与两个半径为R的D形金属盒相连，D形盒处于真空环境且内部存在着磁感应强度为B的匀强磁场，其方向垂直于纸面向里。t=0时刻导体棒从如图所示位置开始运动，同时在D形盒内中心附近的A点，由静止释放一个质量为m，电荷量为－q（q>0）的带电粒子，粒子每次通过狭缝都能得到加速，最后恰好从D形盒边缘出口射出。不计粒子重力及所有电阻，忽略粒子在狭缝中运动的时间，导体棒始终以最小角速度ω（未知）转动，求：

（1）ω的大小；

（2）粒子在狭缝中加速的次数；

（3）考虑实际情况，粒子在狭缝中运动的时间不能忽略，求狭缝宽度d的取值范围。

12．（2021·广东深圳·统考一模）物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，如图是该设备的平面结构简图。初速度不计的氩离子经电压U0的电场加速后，从A点水平向右进入竖直向下的匀强电场E，恰好打到电场、磁场的竖直分界线I最下方M点（未进入磁场）并被位于该处的金属靶材全部吸收，AM两点的水平距离为0.5m。靶材溅射出的部分金属离子沿各个方向进入两匀强磁场区域，并沉积在固定基底上。基底与水平方向夹角为45°，大小相等、方向相反（均垂直纸面）的两磁场B的分界线II过M点且与基底垂直。（已知：U0=×103V，E=×104V/m，B=1×10-2T，氩离子比荷，金属离子比荷 ，两种离子均带正电，忽略重力及离子间相互作用力。）

(1)求氩离子进入电场的速度v0，以及AM两点的高度差

(2)若金属离子进入磁场的速度大小均为1.0×104m/s，M点到基底的距离为m，求在纸面内，基底上可被金属离子打中而镀膜的区域长度。

13．（2020·广东深圳·统考一模）如图，竖直面内一倾斜轨道与一水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接。绝缘的水平轨道分为三个区间：区间存在方向垂直纸面向里、磁感应强度为的匀强磁场；区间长为，当物块经过时会吸附负电荷（物块的质量和速度不受影响），单位时间吸附的电荷量为；足够长的区间存在方向水平向右、场强为的匀强电场。整条轨道中，区间粗糙，其余光滑。质量为的小物块（视为质点）从斜轨道上高为的处由静止释放，第一次恰能返回到斜面上高为的点。已知（为重力加速度），物块上的电荷在斜轨道上运动时会被完全导走，忽略空气阻力。求小物块

(1)第一次往返过程中克服摩擦力所做的功；

(2)第一次返回刚进入区间时，所受洛伦兹力的大小和方向；

(3)第一次与最后一次在区间运动的时间差。

参考答案：

1．C

【详解】平衡时导体棒受到竖直向下的重力、斜向上的弹力和水平向右的安培力，重力和安培力的合力大小与弹力大小相等，方向相反，由平衡条件得

解得

再由左手定则可知，导体棒中电流的方向应垂直纸面向里。

故选C。

2．D

【详解】根据右手定则，每根通电导线在中心O点产生磁场的磁感应强度的方向如图所示，由平行四边形定则可知

方向沿y轴正方向，D正确，ABC错误。

故选D。

3．D

【详解】a粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可得

可求得

ab两粒子碰后瞬间结合为微粒c，碰撞前后系统动量守恒，由动量守恒定律可知

可求得

碰撞后动量大小、电量都不变，说明c粒子轨迹半径和a粒子轨迹半径相同，画得轨迹如下图所示

由几何关系可知a粒子运动时间

由几何关系可知在磁场中运动的时间为也为，所以运动时间为

联立可得

故D正确，ABC错误。

故选D。

4．AB

【详解】A．流过炮弹的电流为逆时针方向，所受安培力水平向右，根据左手定则可知磁场方向竖直向上，故A正确；

B．闭合开关瞬间电流为

则安培力为

故B正确；

C．金属棒开始运动后会产生反电动势，随着速度增大，反电动势随之增大，则金属棒的电流越来越小，安培力也越来越小，直到通过金属棒的电流为零，速度达到最大，所以炮弹的出射速度有最大值，故C错误；

D．若同时将电流和磁场方向反向，根据左手定则可知，炮弹受到的安培力方向不变，炮弹发射方向不变，故D错误。

故选AB。

5．BD

【详解】A．由左手定则可知，粒子带负电，选项A错误；

B．由几何关系可知

解得

选项B正确；

C．根据

解得

选项C错误；

D．若粒子速度减小，则粒子的运动半径减小，但是粒子在磁场中运动的圆心角变大，因粒子的周期

不变，则由

则在该磁场区域的运动时间变大，选项D正确。

故选BD。

6．BC

【详解】A．线框相对磁场向左运动，根据右手定则可知图示时刻线框中感应电流沿顺时针方向，A错误；

B．根据左手定则，列车受到向右的安培力，因此列车运动的方向与磁场移动的方向相同，B正确；

C．由于前后两个边产生的感应电动势顺次相加，根据法拉第电磁感应定律

C正确；

D．列车速度为v'时线框受到的安培力大小为

D错误。

故选BC。

7．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）带电粒子进入电场作类平抛运动，由牛顿第二定律

竖直方向

竖直方向速度

进入磁场时速度

联立解得

（2）由已知带电粒子在运动过程中恰好不再返回电场，说明粒子进入第一象限恰好与y轴相切，如图。

带电粒子在电场运动的水平方向位移

由几何关系，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径

洛伦兹力充当向心力

联立解得

（3）①当粒子第一次打到薄板的右端时，由几何关系

洛伦兹力充当向心力

联立解得

②当粒子第一次打到薄板的左端时，由几何关系

洛伦兹力充当向心力

联立解得

③当第4象限的磁感应强度极大时，其做匀速圆周运动的半径极小，可以认为从哪个位置进入第4象限磁场再从哪个位置出去进入第1象限磁场，从几何关系看，带电粒子没有机会再打到荧光板上。

因此，板上会出现荧光点的条件为

8．（1）3cm；2.5×106m/s；（2）0.15m；1.67×103T；（3）见解析

【详解】（1）设粒子在两极板间运动时加速度为a，运动时间为t则

解得

粒子的运动轨迹如图所示

设粒子从电场中飞出时沿电场方向的速度为v，则

解得：

v＝1.5×106m/s

所以粒子从电场中飞出时的速度为

（2）设粒子从电场中飞出时的速度方向与水平方向的夹角为θ，则

解得θ＝37°

带电粒子在离开电场后将做匀速直线运动，由相似三角形知识得

解得

Y＝0.12m＝12cm

粒子做匀速圆周运动的半径为

B=1.67×103T

（3）中心线射入粒子在荧光屏EF上的接收到粒子离PQ最远24cm,最上方射入粒子在荧光屏EF上的接收到粒子离PQ最近cm

9．(1)V；(2)50%

【详解】(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动 ，竖直方向

水平方向

根据牛顿第二定得，带电粒子运动的加速

解得

V

(2)离子垂直进入匀强磁场，做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由向心力公式得

解得

根据题意得，从下极板边缘飞出，由几何关系得

可得

所以到达板下极板边缘的离子放射初速度与竖直向下的方向夹角为

同理可以求得到达板上极板边缘的离子放射初速度与竖直向上的方向夹角为

所以打到板上的离子数占总离子数的百分比为

10．（1）10m/s，方向竖直向上；（2）r1=m，；（3）P（，45+）

【详解】（1）粒子自坐标原点O静止释放，设1s末速度大小为v1，根据牛顿第二定律可得：

qE0-mg=ma

根据

v1=at1

代入数据解得

v1=10m/s

方向竖直向上；

（2）1s末粒子第一次进入磁场，由于粒子受重力和电场力平衡，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，则

解得

r1=m

周期

（3）粒子在2s末回到y轴，以v1=10m/s初速度沿y轴正方向运动，设3s末粒子速度的大小为v2，根据动量定理可得

（qE0-mg）t=mv2-mv1

代入数据解得

v2=20m/s

方向竖直向上；

3s末粒子第2次进入磁场做匀速圆周运动，周期不变，4s末再次回到y轴，以v2=20m/s初速度沿y轴正方向运动，5s末的速度为v3=30m/s，第3次进入磁场做匀速圆周运动，第6s刚好回到y轴，速度方向向上，粒子运动轨迹如图所示

则最上方圆的半径为

R==m

前5s加速时间t=3s，根据位移时间关系可得前5s竖直方向的位移

y5==45m

所以在0-6s内粒子运动过程中最高点的位置坐标

x=-R=-m

y=y5+R=45+m

即最高点坐标P（，45+）。

11．（1）；（2）；（3）

【详解】（1）根据洛伦兹力充当向心力,有

得

又

故棒的角速度最小值为

（2）根据洛伦兹力充当向心力

可得粒子离开加速器的速度为

由法拉第电磁感应定律，导体棒切割磁感线的电动势为

根据动能定理

得加速的次数为

（3）带电粒子在电场中的加速度为

粒子在电场中做匀加速直线运动，满足

为保证粒子一直加速，应满足

且，解得

12．(1)；；(2)

【详解】(1)氩离子在电场中加速：

根据动能定理

故

氩离子在电场中偏转：

代入数据得高度差

(2)金属离子在磁场中运动：

金属离子沿着靶材和磁场边界入射，其圆心在点正上方处，金属离子沉积点为，分界线与基底的交点为。

，所以恰好在基底上。

所以

（约等于，结果带根号或者计算出小数均得分。）

离子靠近方向射出，则会落在点的附近，范围不超出点，左侧区域范围内粒子受到洛伦兹力偏向右，根据对称性粒子能够到达左侧的距离也为0.147或（），与右侧相同。故离子能够镀膜范围的长度为

（考生写成小数同样得分。）

13．（1）；（2），方向竖直向上；（3）

【详解】(1)对从处释放至回到的过程，有

①

解得第一次往返过程中克服摩擦力做的功

②

(2)由左手定则，物块返回经过磁场时所受洛伦兹力的方向竖直向上，洛伦兹力大小

③

因，故向左、右经过区间的速率相等，用时相同，吸附电量也相等

④

⑤

联立③④⑤式，解得洛伦兹力大小

(3)由可推知，第一次向左经过磁场的过程所受摩擦力

⑥

即物块向左经过磁场做匀速直线运动，只有向右经过磁场的过程克服摩擦力做功，故第一次进入电场区的初速度满足

解得⑦

第一次在电场中来回的过程，有

⑧

联立④⑤⑦⑧式，解得在电场中第一次来回的时间

⑨

由第(2)问列式可推知，每次向左经过磁场时摩擦力都是，每次向右经过磁场区间损失的机械能均为。用表示第次向右进入电场区的初速度，相邻再次进入电场区的初速度满足

⑩

即每向右经过一次磁场区域，减小，物块进入电场的次数

⑪

最后一次（第3次）进入电场的速度满足

⑫

最后一次（第3次）在电场中来回运动的时间

⑬

故第一次跟最后一次（第3次）在电场区运动的时间差

⑭