2021届高三复习物理名校联考质检卷精编（10）磁场

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 2021届高三复习物理名校联考质检卷精编（10）磁场1.质子和粒子在同一点由静止出发，经过相同的加速电场后，进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动。已知质子和粒子的质量之比，电荷量之比。则它们在磁场中做圆周运动的周期之比为(   )A．4:1 B．1:4 C．2:1 D．1:22.如图所示，真空中点固定一个带正电的点电荷，同一平面内距离点电荷处有一个带负电的粒子(不计重力)，该粒子在纸面内沿垂直于它们连线的方向入射，已知空间同时存在垂直纸面向里的匀强磁场，则关于粒子在电、磁场中的运动轨迹不可能的是(   )A.在纸面内以点为圆心，为半径的圆 B.初始阶段为在纸面内向右偏的曲线C.初始阶段为在纸面内向左偏的曲线 D.沿初速度方向的直线3.如图，在光滑绝缘的水平桌面上，有一方向垂直桌面的匀强磁场，现有两条柔软的轻质通电金属直导线和，恰好平行且静止在桌面上，则下列情况可能正确的是（   ）A. 和中电流大小相等、方向相同，磁场方向垂直桌面向上B. 和中电流大小不等、方向相同，磁场方向垂直桌面向下C. 和中电流大小不等、方向相反，磁场方向垂直桌面向上D.和中电流大小相等、方向相反，磁场方向垂直桌面向下4.如图，垂直纸面放置的金属棒用绝缘丝线悬挂在点，金属棒的质量、长度，棒中通有垂直纸面向里的电流。在竖直面内加上匀强磁场，金属棒平衡时丝线与竖直方向间夹角，棒中电流强度，重力加速度。关于所加磁场，下面判断正确的是(   )A．磁场的方向可能垂直丝线向右上方B．若所加磁场的磁感应强度大小，那么磁场的方向是唯一确定的C．若所加磁场的方向与丝线平行，那么磁场的磁感应强度数值最小D．只要所加磁场的磁感应强度大小确定，丝线上的拉力大小也就唯一确定5.按照玻尔原子理论，原子中的电子在库仑力的作用下，在特定的分立轨道上绕原子核做圆周运动。若电子以角速度在纸面内绕核沿顺时针方向做匀速圆周运动，现施加一垂直纸面向外的匀强磁场，如图所示。施加磁场后，假设电子绕核运动的半径保持不变，角速度变为，不计重力。下列判断正确的是(   )A．洛伦兹力的方向背离圆心，B．洛伦兹力的方向背离圆心，C．洛伦兹力的方向指向圆心，D．洛伦兹力的方向指向圆心，6.如图，半径为的圆表示一柱形区域的横截面（纸面）。在柱形区域内加方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为.一带正电荷的粒子沿图中直线以速率从圆上的点射入柱形区域，从圆上点射出磁场时速度方向与射入时的夹角为120°（点图中未画出）.已知圆心到直线的距离为,不计重力，则下列关于粒子的比荷正确的是（   ）A.  B.   C.  D..7.喷墨打印机的简化模型如图所示，墨汁微滴（重力不计）从墨盒喷出，经带电室带负电后，以速度v沿轴线垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，纸面关于轴线对称，通过调节信号输入使微滴可以带不同的电荷量q，改变偏转电压U及两极板的极性均可改变墨汁微滴打在纸上的位置，乃至能够恰好使微滴可以打在纸上的最高点和最低点。如果极板长度为L，极板间距离为d，极板右端到纸面的距离为，纸张最高点到最低点的距离为，则（   ）A.在微滴带负电时，要使微滴打在纸张的下部，应使上极板为正极B.如果板间电压一定，要使微滴打在纸张上时的偏移量加倍，则微滴的电荷量要加倍C.如果以中央轴线为准，上下增大板间距离，可以提高微滴偏移的灵敏度D.要使微滴打在纸张的最高点或最低点，则微滴带电荷量与板间电压的关系应满足8.现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备。电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成。当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速。如图所示(上方为侧视图，下方为真空室的俯视图)，若电子被“约束”在半径为的圆周上逆时针运动，此时电磁铁绕组通以图中所示的电流，则(   )A.此时真空室中的磁场方向是从上往下B.被加速时，电子运动的半径一定变大C.电子被加速时，电磁铁绕组中电流增大D.被加速时，电子做圆周运动的周期保持不变9.如图是质谱仪的工作原理示意图，它是分析同位素的一种仪器，其工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，挡板上有可让粒子通过的狭缝和记录粒子位置的胶片。若(   )A.只增大粒子的质量，则粒子经过狭缝的速度变大B.只增大加速电压，则粒子经过狭缝的速度变大C.只增大粒子的比荷，则粒子在磁场中的轨道半径变大D.只增大磁感应强度，则粒子在磁场中的轨道半径变大10.如图所示，在以外区域存在着范围足够大的匀强磁场，，磁场方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B，在边上取一点P，使得长度为a，质量为m、电荷量为q的带负电粒子（重力不计）以速度从的中点垂直于该边界射入磁场，从此刻开始计时，在以后的运动过程中，以下说法中正确的是（   ）A.粒子会经过P点  B.粒子会经过O点C.粒子在磁场区域飞行的总时间为 D.粒子在磁场区域飞行的总时间为11.如图所示，在平面内的坐标原点处，有一个粒子源，某一时刻以同一速率发射大量带正电的同种粒子，速度方向均在平面内，且对称分布在轴两侧的30°角的范围内。在直线与之间包括边界存在匀强磁场，方向垂直于平面向外，已知粒子在磁场中运动的轨迹半径为。不计粒子重力及粒子间的相互作用力，下列说法正确的是（   ）A. 最先进入磁场的粒子在磁场中运动的时间为B. 最先进入和最后进入磁场中的粒子在磁场中运动的时间都相等C. 最后从磁场中射出的粒子在磁场中运动的时间为D. 最后从磁场中射出的粒子出场的位置坐标为12.如图所示，匀强磁场分布在半径为的圆形区域内，为半径上的一点且，点为边界上一点，且与平行。现有两个完全相同的带电粒子以相同的速度射入磁场(不计粒子重力及粒子间的相互作用)，其中粒子1从点正对圆心射入，恰从点射出，粒子2从点沿射入，下列说法正确的是(   )A.粒子2一定从点射出磁场B.粒子2在之间某点射出磁场C.粒子1与粒子2在磁场中的运行时间之比为4:1D.粒子1与粒子2在磁场中的运行时间之比为2:113.如图所示，磁感应强度大小为、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中有一矩形区域，水平边长为，竖直边长为。质量均为、带电荷量均为的两粒子，由两点先后沿和方向以速率进入矩形区域（两粒子不同时出现在磁场中）。不计重力，若两粒子轨迹恰好相切，设切点为点，粒子从点射出。下列说法正确的是（   ）A.两粒子运动到点所需时间之比为 B.两粒子运动到点所需时间之比为C.粒子的初速度为D.粒子的初速度为14.如图所示，在一等腰直角三角形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）从边的中点O垂直于边射入该匀强磁场区域。若该三角形的两直角边长均为2，则下列关于粒子运动的说法正确的是（   ）A.若该粒子的入射速度为，则粒子一定从边射出磁场，且距点C的距离为B.若要使粒子从边射出，则该粒子从O点入射的最大速度应为 C.若要使粒子从边射出，则该粒子从O点入射的最大速度应为D.该粒子以不同的速度入射时，在磁场中运动的最长时间为15.如图所示，在坐标系内有一等腰直角三角形，其顶点坐标分别为，三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小为E。一质量为m、带电荷量为的粒子从y轴上的P点由静止释放，粒子第一次进入磁场后恰好不能从等腰直角三角形的斜边射出，不计粒子重力。(1)求P点坐标。(2)若改变P点纵坐标，使粒子由P点静止释放后能沿垂直于等腰直角三角形斜边的方向射出磁场，求P点坐标及粒子射出磁场前的运动时间。16.如图所示，轴上方存在电场强度、方向沿轴方向的匀强电场，轴与（平行于轴）之间存在着磁感应强度、方向垂直纸面向里的匀强磁场。一个质量、带电量的粒子，从轴上的位置分别以不同的初速度沿轴方向射入匀强电场，不计粒子的重力。(1)若，求粒子第一次进入磁场时速度的大小和方向；(2)若粒子射入电场后都能经磁场返回，求磁场的最小宽度；(3)若粒子恰能经过轴上点，求粒子入射的初速度。17.如图所示，在水平方向足够长的虚线区域1（上下边界水平）内有交替变化的电磁场，电磁场按照如图所示的规律变化，电场强度大小为，方向竖直向下，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里。一质量为、电荷量为的带电粒子（重力不计）时刻以初速度从上边界点竖直向下进入区域I，时刻从下边界点离开区域I并进入半径为的圆形区域Ⅱ，区域Ⅱ与区域I在点相切，区域Ⅱ中存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为。（为已知量）。求：（1）时刻粒子的速度大小；（2）区域I在竖直方向的宽度；（3）粒子在区域Ⅱ中运动的时间。18.1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中运动特点，解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，加速器接一定频率的高频交流电源，保证粒子每次经过电场都被加速，加速电压为.D形金属盒中心粒子源产生的粒子，初速度不计，在加速器中被加速，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.（1）求把质量为、电荷量为的静止粒子加速到最大动能所需时间；（2）若此回旋加速器原来加速质量为2m，带电荷量为的粒子，获得的最大动能为，现改为加速氘核，它获得的最大动能为多少？要想使氘核获得与粒子相同的动能，请你通过分析，提出一种简单可行的办法;（3）已知两D形盒间的交变电压如图乙所示，设粒子在此回旋加速器中运行的周期为，若存在种带电荷量为、质量为的粒子，在时进入加速电场该粒子在加速器中能获得的最大动能？（在此过程中，粒子未飞出D形盒）.
        
答案以及解析1.答案：D解析：质子和粒子在磁场中加速,洛伦兹力提供向心力则有：又因为所以周期为，则，故ABC错误，D正确。故选：D。2.答案：D解析：A、O点固定的带正电的点电荷对带负电的粒子的吸引力在二者的连线上，指向O点，与初速度垂直，由左手定则可知粒子在初始位置受到的洛伦兹力的方向在二者的连线上，与受到的吸引力方向相反，与初速度垂直，故如果吸引力大于洛伦兹力，吸引力与洛伦兹力的合力刚好提供向心力，粒子在电、磁场中的运动轨迹是在纸面内以O点为圆心，r为半径的圆，故A正确，不符合题意；B、如果洛伦兹力大于吸引力，初始位置带负电的粒子受到的合力在二者连线上指向带负电粒子的右侧，带负电的粒子初始阶段为在纸面内向右偏的曲线，或者吸引力大于洛伦兹力，但二者的合力不足以提供带负电粒子的向心力，则带负电的粒子初始阶段为在纸面内向右偏的曲线即离心运动，故B正确，不符合题意；C、如果吸引力大于洛伦兹力，吸引力与洛伦兹力的合力大于带负电粒子向心力，则初始阶段为在纸面内向左偏的曲线即近心运动，故C正确，不符合题意；D、如果初始位置洛伦兹力大小等于带正电的点电荷对带负电的粒子的吸引力，带负电的粒子要沿初速度方向做直线运动，但吸引力做负功，洛伦兹力不做功，下一时刻速度会减小，两力不再相等，故不可能做沿初速度方向的直线运动，故D错误，符合题意。3.答案：D解析：对P，Q受力分析可知，P和Q两通电直导线，在水平方向各自所受合外力为零，若通电方向相同，则所受匀强磁场安培力方向相同，而两通电直导线相互产生的安培力方向相反，合外力不可能都为零，故A,B错误;若通电方向相反，则所受匀强磁场安培力方向相反，两通电直导线之间的安培力为排斥力，且两者大小相等，根据F = BIL可知,P和Q中电流大小相等时，每根导线受到的合力可能为零,C错误，D正确。4.答案：C解析：A、若磁场的方向垂直丝线向右上方，那么安培力的方向就沿丝线向下，从受力可以看出此时无法平衡，故A错误；B、由平行四边形法则可知，当安培力方向与绳垂直并斜向右上方时，安培力有最小值，若所加磁场的磁感应强度大小，安培力大小为，所以磁场方向并不唯一，故B错误；C、根据上图可知，当安培力与绳子拉力垂直时，安培力最小，磁感应强度最小，根据左手定则可知，此时所加磁场的方向与丝线平行，故C正确；D、所加磁场的磁感应强度大小确定，由于磁场方向不确定，故安培力不确定，绳子拉力则不确定，只要满足三力合力为零即可，故D错误。5.答案：A解析：由左手定则可知，电子受到的洛伦兹力方向背离圆心，且洛伦兹力和库仑引力的合力提供向心力；根据牛顿第二定律可知,,可知，故A正确。6.答案：B解析：如图所示,设正粒子从点沿直线射出后从点射出,两点的速度方向或反向延长线方向相交于点。由于,且,所以是等边三角形。由题设条件,则.则粒子做匀速圆周运动的半径.由洛仑兹力提供向心力：,所以，则选项ACD错误，B正确。7.答案：B解析：如果上极板是正极，则板间电场方向向下，由于微滴带负电，则微滴所受电场力向上，故会往上偏打到纸张的上部，A错误；微滴在电场中做类平抛运动，由,解得，由射出电场时速度方向的反向延长线过水平位移的中点，可得（为微滴在纸张上的偏移量），即，在U一定时，有，故如果板间电压一定,要使微滴打在纸张上的偏移量加倍，则微滴的电荷量要加倍,B正确；由，知在保持其他条件不变的情况下，，则板间距离增大，微滴的偏移量减小，说明微滴偏移的灵敏度降低，C错误；当微滴在纸张上的偏移量为d时，即有，解得，D错误。8.答案：C解析：A.根据安培定则可知，电磁铁产生的磁场的方向为从下向上。故A错误；B.电子运动的半径：，可知电子速度增大的同时，若磁场也增大，则电子的半径不一定增大。故B错误；C.电子运动逆时针方向电场力作用下加速运动，所以感生电场为顺时针方向，根据楞次定律则产生感应电场的磁场向上增大，所以电磁铁绕组中电流增大。故C正确；D.在电子被加速过程中，由于磁场的变化，导致运动的周期变化，故D错误；故选：C。9.答案：B解析：A.,,只增大粒子质量，减小，故A错误；B.，，只增大加速电压，增大，故B正确；C.，，比荷增大，减小，所以减小，故C错误；D.，所以B增大，R减小，故D错误。10.答案：AC解析：速度，根据洛伦兹力提供向心力可得，解得轨迹半径，粒子运动轨迹如图所示，根据几何关系可得O为粒子做圆周运动的圆心，粒子经过C点时速度方向向上，解得粒子经过边界时距O点的距离，即粒子经过P点，选项A正确；根据以上分析可知，粒子不可能经过O点，选项B错误；粒子经过P点后继续在磁场中做圆周运动，根据几何关系可得粒子再次经过边界离开磁场后不再进入磁场，根据几何关系可得粒子在磁场中运动的时间，选项C正确，D错误。11.答案：ACD解析：A项：沿x轴方向射出的粒子最先进入磁场，由几何关系可知，粒子在磁场中运动的偏转角为30°，所以运动时间为 ，故A正确；B、C、D项：沿与轴成30°角的两个方向同时进入磁场，沿与轴成30°角斜向下方进入磁场的粒子在磁场中偏转角为120°，所以用的时间为，弦长为，粒子进入磁场的位置离轴的距离为，所以最后从磁场中射出的粒子出场的位置的纵坐标为，所以最后从磁场中射出的粒子出场的位置坐标为，故B错误，CD正确。12.答案：AD解析：如图所示，粒子1从M点正对圆心射入，恰从N点射出，根据洛伦兹力指向圆心，和的中垂线过圆心，可确定圆心为，半径为。两个完全相同的带电粒子以相同的速度射入磁场，粒子运动的半径相同.粒子2从P点沿射入，根据洛伦兹力指向圆心，圆心应在P点上方R处，连接为菱形，大小为R，所以粒子2一定从N点射出磁场.A正确，B错误.，，，所以。两个完全相同的带电粒子以相同的速度射入磁场，粒子运动的周期相同.粒子运动时间与圆心角成正比，所以粒子1与粒子2在磁场中的运行时间之比为2:1。C错误，D正确13.答案：AC14.答案：ACD解析：若该粒子的入射速度为，由解得，根据几何关系可知，粒子一定从边距C点为的位置离开磁场，A正确；，速度越大，半径越大，根据几何关系可知，若要使粒子从边射出，则粒子速度最大时，轨迹与边相切，则由几何关系可知，最大半径一定大于，B错误；若要使粒子从边射出，则该粒子从O点入射的最大半径为，因此最大速度应为，C正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为，根据几何关系可知，粒子在磁场中运动的最大圆心角为180°，故最长时间为，D正确。15.答案：（1）设粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径为，运动轨迹如图甲所示，则由几何关系可知，解得，由牛顿第二定律得,设P点的坐标为，由动能定理得解得,则P点坐标为。
（2）要使粒子由P点静止释放后能沿垂直于三角形斜边的方向射出磁场，如图乙所示，则粒子在磁场中做圆周运动的半径R满足，由牛顿第二定律得,设P点的坐标为,由动能定理得，解得则P点坐标为设粒子在电场中的加速度大小为a,则，粒子在电场中每单程的运动时间为,则，粒子在电场中运动的总时间
解得,粒子在磁场中做圆周运动的周期,粒子在磁场中运动的总时间,解得,粒子射出磁场前运动的总时间。16.答案：(1)设粒子第一次在电场中的运动时间为，电场力提供加速度粒子做类平抛运动，在竖直方向,末速度为,解得方向与轴成角。(2)当初速度为0时粒子最容易穿过磁场要使所有带电粒子都返回电场，则(3)对于不同初速度的粒子通过磁场的轨迹在轴上的弦长不变设粒子第次经过处，满足其中（…），则初速度其中（…）或满足其中（…），则初速度其中（…）。17.答案：(1)时间内，粒子在电场中做匀加速直线运动，由匀加速直线运动公式知：可得(2)时间内，粒子在电场中运动的位移时刻，粒子开始在磁场中做匀速圆周运动，设半径为由向心力公式，可得设粒子做匀速圆周运动的周期为，粒子在磁场中运动的时间，对应圆心角为在磁场中沿竖直方向运动的距离大小为然后粒子以速度第二次进入电场，在电场中运动时间由运动的合成与分解可知，粒子竖直向下的速度大小为水平方向的速度大小为粒子竖直方向做匀加速直线运动，经过时间，竖直向下的速度大小为竖直位移大小可得，区域I在竖直方向的宽度(3)粒子从点离开区域I时的速度易知速度与水平方向的夹角为设粒子在圆形磁场中做匀速圆周运动的半径为，圆心为，做圆周运动的周期为，粒子从点出磁场由向心力公式，可得，易知，为菱形，圆心角为粒子在区域 II 中运动的时间18.答案：（1）由得最大动能，粒子每旋转一周动能增加，则旋转周数，由知粒子在磁场中运动的时间，一般地可忽略粒子在电场中的运动时间，可视为总时间。（2）对粒子，由得其最大动能为，对氘核，最大动能为，若两者有相同的动能，设磁感应强度变为，由粒子换成氘核，有，解得，即磁感应强度需增大为原来的倍，又高频交流电源的原来周期，故，由粒子换为氘核时，交流电源的周期应为原来的。（3）对粒子分析，其在磁场中的周期，每次加速偏移的时间差为，加速次数。所以获得的最大动能。