磁场（1）——2024届高考物理电磁知识专练

这是一份磁场（1）——2024届高考物理电磁知识专练，共14页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题，实验题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．水平桌面上一条形磁铁的上方，有一根通电直导线由S极的上端平行于桌面移到N极上端的过程中，磁铁始终保持静止，导线始终保持与磁铁垂直，电流方向如图所示。则在这个过程中，磁铁受到的摩擦力的方向和桌面对磁铁的弹力( )
A.摩擦力始终为零，弹力大于磁铁重力
B.摩擦力始终不为零，弹力大于磁铁重力
C.摩擦力方向由向左变为向右，弹力大于磁铁重力
D.摩擦力方向由向右变为向左，弹力小于磁铁重力
2．如图所示，质量为m的带电绝缘小球（可视为质点）用长为l的绝缘细线悬挂于O点，在悬点O下方有匀强磁场。现把小球拉离平衡位置后从A点由静止释放，小球从A点和D点向最低点运动，则下列说法中错误的是( )
A.小球两次到达C点时，速度大小相等
B.小球两次到达C点时，细线的拉力相等
C.小球两次到达C点时，加速度相同
D.小球从A至C和从D至C过程中，所用时间相等
3．如图所示，将一个矩形小线圈放在一个大匀强磁场中，线圈平面平行于磁感线，则线圈中有感应电流产生的情况是( )
A.当矩形线圈作平行于磁感线的平动B.当矩形线圈作垂直于磁感线的平动
C.当矩形线圈绕ab边作转动时D.当矩形线圈绕ad边作转动时
4．如图所示，正方形线圈abcd放在匀强磁场中，下列能使线圈中产生感应电流的是( )
A.在磁场中向上平动B.向纸外平动
C.以ad边为轴，向纸外转动D.以中心O为轴，在纸面内转动
5．如图所示，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2F，则线框LMN受到的安培力的大小为( )
A.B.3FC.4FD.0
二、多选题
6．如图所示，交流发电机通过电阻不计的导线为右侧的电路供电，电压表和电流表均为理想交流电表，变压器为理想变压器，b是原线圈的中心抽头，副线圈两端接有滑动变阻器R和小灯泡L，电阻不计的金属线圈ABCD在磁场中匀速转动。下列说法正确的是( )
A.当单刀双掷开关由a拨向b而其他条件不变时，稳定后电压表的示数增大
B.当滑动变阻器的滑动触头向下滑动而其他条件不变时，电流表的示数增大
C.当滑动变阻器的滑动触头向上滑动而其他条件不变时，小灯泡变暗
D.当线圈ABCD的转速增加一倍而其他条件不变时，电压表和电流表的示数均增加一倍
7．如图所示，空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场。已知一带电粒子在电场力和洛仑兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ABC运动，到达C点时速度为零。B点是运动的最低点。重力忽略不计，则以下说法中正确的是( )
A.此粒子带正电
B.该带电粒子运动到B点时动能最大
C.该带电粒子在C点加速度为零
D.A点到B点的时间大于B点到C点的时间
8．如图所示，匀强磁场的方向垂直纸面向里，匀强电场的方向竖直向下，有一正离子恰能以速率v沿直线从左向右水平飞越此区域，则( )
A.若电子以速率v从右向左飞入，电子也沿直线运动
B.若电子以速率v从右向左飞入，电子将向上偏转
C.若电子以速率v从右向左飞入，电子将向下偏转
D.若电子以速率v从左向右飞入，电子也沿直线运动
9．在匀强磁场中，一闭单匝矩形金属线圈，绕与磁感线垂直的固定轴匀速转动，穿过该线圈的磁通量随时间按图示正弦规律变化，则( )
A.时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势为零
B.时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的电流改变方向
C.时，线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零
D.线圈产生电动势有效值为
10．如图所示的xOy坐标系中，y轴的左侧存在垂直纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场，y轴右侧的匀强磁场垂直纸面方向未知，一带电的粒子由y轴上处沿与y轴正方向成45°角的方向以速度v射入磁场，已知粒子的质量为m，带电量为，粒子在y轴右侧的轨道半径为L，不计粒子重力。下列说法正确的是( )
A.若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则粒子过O点
B.若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则粒子从射入到第一次运动至y轴时轨迹长为
C.若y轴右侧的磁场垂直纸面向外且y轴左侧磁感应强度大小为，则粒子过O点
D.若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，则粒子从射入到运动至O点的时间可能为
三、计算题
11．如图所示，在平面直角坐标系xOy的第四象限有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度。一质量为、电荷量为的带电粒子从P点沿图示方向以的速度进入磁场，从x轴上的Q点离开磁场（Q点未画出）。已知。（粒子重力不计，），求：
（1）OQ的距离；
（2）若粒子不能进入x轴上方，求磁感应强度满足的条件。
四、实验题
12．磁体和电流之间、磁体和运动电荷之间、电流和电流之间都可通过磁场而相互作用，此现象可通过以下实验证明：
（1）如图（a）所示，在重复奥斯特的电流磁效应实验时，为使实验方便效果明显，通电导线应______.此时从上向下看，小磁针的旋转方向是_________________（填顺时针或逆时针）.
A.平行于南北方向，位于小磁针上方B.平行于东西方向，位于小磁针上方
C.平行于东南方向，位于小磁针下方D.平行于西南方向，位于小磁针下方
（2）如图（b）所示是电子射线管示意图.接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向下（z轴负方向）偏转，在下列措施中可采用的是__________.（填选项代号）
A.加一磁场，磁场方向沿z轴负方向B.加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C.加一电场，电场方向沿z轴负方向D.加一电场，电场方向沿y轴正方向
（3）如图（c）所示，两条平行直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互________（填排斥或吸引），当通以相反方向的电流时，它们相互___________（填排斥或吸引），这时每个电流都处在另一个电流的磁场里，因而受到磁场力的作用.也就是说，电流和电流之间，就像磁极和磁极之间一样，也会通过磁场发生相互作用.
13．某研究性小组为了测定磁极间的磁感应强度，设计了如图所示的实验装置。将磁铁固定在水平放置的电子测力计上，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。水平直铜条AB的两端通过导线与一电源连接成闭合回路，并由两根绝缘细线悬挂。AB在磁场中的长度为L、电阻为R，电源电动势为E、内阻为r。在开关闭合前，电子测力计的示数为；开关闭合后，电子测力计的示数为。
（1）开关闭合后，铜条所受安培力的大小为___________（用题中所给物理量符号表示），方向为___________。
（2）磁极间的磁感应强度大小___________（用题中所给物理量符号表示）。
参考答案
1．答案：C
解析：如图所示，导线在S极上端时导线所受安培力方向斜向左上方，由牛顿第三定律可知，磁铁受到的磁场力斜向右下方，磁铁有向右的运动趋势，则磁铁受到的摩擦力水平向左；磁铁对桌面的压力大于磁铁的重力，因此桌面对磁铁的弹力大于磁铁重力；
如图所示，当导线在N极上端时，导线所受安培力方向斜向右上方，由牛顿第三定律可知，磁铁受到的磁场力斜向左下方，磁铁有向左的运动趋势，则磁铁受到的摩擦力水平向右；磁铁对桌面的压力大于磁铁的重力，因此桌面对磁铁的弹力大于磁铁重力；
由以上分析可知，磁铁受到的摩擦力先向左后向右，桌面对磁铁的弹力始终大于磁铁的重力；
故ABD错误，C正确；故选C。
2．答案：B
解析：A.可视为质点的带电小球在磁场中要受到洛伦兹力作用，由于洛伦兹力方向总是垂直于速度的方向，所以洛伦兹力不做功，细线的拉力也不做功，只有重力做功，与没有磁场一样，所以，小球的机械能一直守恒，小球两次到达C点时，速度大小相等，故A正确，不符合题意；
B.设小球两次到达C点时速率为v，并假设小球带正电，小球向右通过C点时，小球受到的洛伦兹力向上，根据牛顿第二定律得
可得细线的拉力为
小球向左通过C点时，小球受到的洛伦兹力向下，根据牛顿第二定律得
可得细线的拉力为
可知小球两次到达C点时，细线的拉力不相等，故B错误，符合题意；
C.小球从A至C和从D至C过程中，速度大小相等，故加速度
相同，方向指向圆心，故C正确，不符合题意；
D.小球从A运动至C和从D运动至C洛伦兹力不做功，细线的拉力也不做功，小球在同一高度处的速度大小相等，所以所用的时间相同，故D错误，不符合题意。
故选B。
3．答案：C
解析：A.当矩形线圈作平行于磁感线的平动，线圈中的磁通量都一直为零，因此磁通量不发生变化，无感应电流产生，故A错误；
B.当矩形线圈作垂直于磁感线的平动，线圈中的磁通量都一直为零，因此磁通量不发生变化，无感应电流产生，故B错误；
C.当矩形线圈绕ab边作转动时，穿过线圈的磁通量从无到有发生变化，所以有感应电流产生，故C正确；
D.当矩形线圈绕ad边作转动时，线圈中的磁通量都一直为零，因此磁通量不发生变化，无感应电流产生，故D错误。
故选C。
4．答案：C
解析：A.在磁场中向上平动，磁通量不变化，无感应电流产生，A错误；
B.向纸外平动，磁通量不变化，无感应电流产生，B错误；
C.当以ad为轴转动线圈时，其磁通量发生变化，有感应电流产生，C正确；
D.以中心O为轴，在纸面内转动时，线圈内的磁通量不变，没有感应电流产生，D错误。
故选C。
5．答案：B
解析：设导体棒MN长度为l，MN棒中电流为I，则其受到的安培力大小，MLN的电阻是MN棒电阻的两倍，二者并联，两端电压相同，则流过MLN的电流为，MLN受到的安培力的合力为，MN棒和MLN受到的安培力方向相同，故线框LMN受到的安培力大小为3F。
故选B。
6．答案：AD
解析：A.当单刀双掷开关由a拨向b而其他条件不变时，变压器原线圈的匝数减小，根据
可知，次级电压变大，则稳定后电压表的示数增大，选项A正确；
B.当滑动变阻器的滑动触头向下滑动而其他条件不变时，次级电阻变大，则次级电流减小，则初级电流减小，即电流表的示数减小，选项B错误；
C.当滑动变阻器的滑动触头向上滑动而其他条件不变时，次级电阻减小，而次级电压不变，则次级电流变大，即小灯泡变亮，选项C错误；
D.当线圈ABCD的转速增加一倍而其他条件不变时，根据
可知感应电动势的最大值增加一倍，有效值增加一倍，则次级电压有效值增加一倍，电压表示数增加一倍，次级电流增加一倍，则初级电流增加一倍，即电流表的示数增加一倍，选项D正确。
故选AD。
7．答案：AB
解析：A.根据题意可知，带电粒子从静止开始向下运动，则受到的电场力向下，由于电场方向竖直向下，则此粒子带正电，故A正确。
B.根据题意可知，该带电粒子从静止开始自A点沿曲线ABC运动过程中，洛伦兹力不做功，从电场力做正功，粒子的动能增加，从电场力做负功，粒子动能减小，则该带电粒子运动到B点时动能最大，故B正确；
C.该带电粒子在C点时速度为零，洛伦兹力为零，但电场力不为零，则加速度不为零，故C错误；
D.根据题意可知，粒子到达C点时速度为零，则整个过程电场力做功为零，A、C两点电势相等，处于同一高度，由对称性可知，A点到B点的时间等于B点到C点的时间，故D错误。
故选AB。
8．答案：BD
解析：D.正离子从左边进入电场，在电场中受到向下的电场力和向上的洛伦兹力作用，因恰能沿直线从左边水平飞出，可知电场力和洛伦兹力平衡，有
得
若粒子带负电，也从左边以速度v射入，电场力和洛伦兹力的方向对调，发现还是有
所以带电粒子只要以速度v从左边水平进入电场，粒子就会沿水平方向射出，与电性和电量无关，D正确；
ABC.电子从右侧进入电场，受到的电场力方向向上，由左手定则可知，洛伦兹力方向也向上，所以电子将向上偏转，AC错误B正确。故选BD。
9．答案：CD
解析：AB.根据题意，由图可知，、、时，穿过线圈的磁通量为零，磁通量的变化率最大，则线圈平面与磁场方向平行，线圈中的感应电动势最大，感应电流最大，电流方向不发生改变，故AB错误；
C.根据题意，由图可知，时穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，则线圈平面与磁场方向垂直，线圈中的感应电动势为零，故C正确。
D.线圈产生电动势有效值为
故D正确。故选CD。
10．答案：BD
解析：A.若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，由左手定则可知，粒子在y轴右侧的磁场里逆时针偏转，粒子经过y轴时速度方向与y轴正方向的夹角为45°，如图
则由，得
由于粒子在y轴右侧的轨道半径为L，则
由数学知识可知粒子在y轴右侧做圆周运动的弦长为
所以则粒子过O点，故A正确；
B.若y轴右侧的磁场垂直纸面向里，则粒子从射入到第一次运动至y轴时的圆心角为
轨迹长为
故B正确；
C.若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，由左手定则可知，粒子在y轴右侧的磁场里顺时针偏转，粒子经过y轴时速度方向与y轴正方向的夹角为45°，由于粒子在y轴右侧的轨道半径为L，由数学知识可知，粒子第一次经过y轴时与y轴的交点在处。若粒子第一次经过y轴时过O点，如图
由几何关系可知粒子在y轴左侧的轨道半径
由于左侧磁感应强度大小为，由，可知
所以粒子第二次经过y轴时在O点下方，此后粒子也不能过O点，故C错误；
D.若y轴右侧的磁场垂直纸面向外，粒子可能在y轴的左侧偏转一次、在y轴的右侧偏转两次经过O点，如图所示
由几何关系可知粒子在y轴左侧的轨道半径
粒运动的时间
故D正确。
故选ABD。
11．答案：（1）0.90m（2）
解析：（1）带电粒子仅在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，有
得
而
故圆心一定在x轴上，轨迹如图甲所示，有几何关系可知
故
（2）带电粒子不从x轴射出如图乙，由几何关系得
联立代入数据
12．答案：（1）A；逆时针
（2）B
（3）吸引；排斥
解析：（1）无通电导线时小磁针S极向南，所以为使实验方便效果明显，导线应平行于南北方向位于小磁针上方，根据左手定则，可以判断出从上向下看小磁针旋转方向为逆时针，故选A；
（2）电子束运动径迹发生了弯曲，这表明运动电荷受到了磁场力，由左手定则知a为阴极；故B对.
（3）由图可知，当通入的电流方向相同时，导线靠拢，说明两导线相互吸引；当通入电流方向相反时，导线远离，说明两导线相互排斥。
13．答案：（1）；向上（2）
解析：（1）开关闭合时，由图中流经铜条的电流方向和磁感应强度B的方向，根据左手定则可知，安培力方向向上，由于力的作用是相互的，铜条对磁铁产生大小等于安培力且方向向下的作用力。开关未闭合时，电子测力计示数是磁铁的重力，闭合开关时，电子测力计示数是磁铁的重力和铜条对磁铁产生的向下的作用力的和，故铜条所受安培力的大小为。
（2）根据闭合电路的欧姆定律可知
磁极间的磁感应强度大小为