2022新高考衡水名師原創(chuàng)物理專題卷：專題09 磁場

1、2022新高考衡水名師原創(chuàng)物理專題卷 專題九 磁場1.電流天平是一種測量磁場力的裝置，如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈I和，線圈I固定，線圈置于天平托盤上。當(dāng)兩線圈均無電流通過時，天平示數(shù)恰好為零。下列說法正確的是（ ）A.當(dāng)天平示數(shù)為負時，兩線圈電流方向相同B.當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩線圈電流方向相同C.線圈I對線圈的作用力大于線圈對線圈I的作用力D.線圈I對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力是一對相互作用力2.如圖所示，水平地面上方固定一個通電螺線管，其中電流的方向如圖中箭頭所示，在螺線管軸線的正下方豎直固定一個輕質(zhì)彈簧。在螺線管上方某一高度處，將一個金屬圓盤由靜止釋放，圓盤下落的過程中盤面始

2、終保持水平，且圓盤的中軸線始終與彈簧的軸線、螺線管的軸線重合。從圓盤開始下落到彈簧被壓縮至最短的過程中，若不計空氣阻力的影響，下列說法正確的是( )A.圓盤內(nèi)的磁通量逐漸增大B.從上往下看，在圓盤一直產(chǎn)生順時針方向的渦流C.在接觸彈簧之前，某時刻圓盤的加速度可能等于重力加速度gD.圓盤的重力勢能減少量等于彈簧彈性勢能的增加量3.如圖所示，兩根平行長直導(dǎo)線垂直紙面放置，導(dǎo)線內(nèi)通有方向相反、大小相等的電流，O點是兩者連線的中點，連線上的兩點到O點距離相等，是兩者連線的垂直平分線上的三點，其中兩點到O點距離相等，下列說法正確的是( )A.兩點磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反B.導(dǎo)線M受到的安培力方向沿方

3、向，指向NC.兩點磁感應(yīng)強度方向相反，均沿連線垂直平分線，且指向O點D.d點磁感應(yīng)強度大小大于c點的磁感應(yīng)強度大小4.如圖所示，大量質(zhì)量為m、帶電荷量為的離子通過寬度為d的狹縫，沿著與邊界垂直的方向進入磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中，已知離子進入磁場的速度大小，不考慮離子間的相互作用和離子的重力。則帶電離子在磁場中可能經(jīng)過的區(qū)域的面積是( )A.B.C.D.5.如圖，紙面內(nèi)虛線上下兩側(cè)存在方向均垂直紙面向外的勻強磁場，虛線下方磁場的磁感應(yīng)強度是虛線上方磁場磁感應(yīng)強度的2倍。一帶正電的粒子（重力不計）從虛線上O點，沿與虛線成角的方向以某速度垂直射入上方磁場，粒子從虛線上的P點第一次進入下方磁場，

4、一段時間后粒子再次經(jīng)過P點。粒子從O點至第一次到P點的過程中，平均速度為，從O點至第二次到P點的過程中，平均速度為，則等于（ ）A.1：1B.1：2C.1：7D.7：16.如圖所示，是邊長為L的正方形，在四分之一圓區(qū)域內(nèi)有垂直正方形平面向外的勻強磁場，磁場的磁感應(yīng)強度為B。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子從b點沿方向射入磁場時，粒子恰好能通過c點，不計粒子的重力，則粒子的速度大小為（ ）A.B.C.D.7.如圖，在坐標(biāo)系的第一和第二象限內(nèi)存在磁感應(yīng)強度大小分別為和B、方向均垂直于紙面向外的勻強磁場。一質(zhì)量為m、電荷量為q（q0）的粒子垂直于x軸射入第二象限，隨后垂直于y軸進入第一象限，最后經(jīng)

5、過x軸離開第一象限。粒子在磁場中運動的時間為( )ABCD8.帶正電的甲、乙、丙三個粒子(不計重力)分別以速度垂直射入電場和磁場相互垂直的復(fù)合場中，其軌跡如圖所示，則下列說法正確的是( )A B C甲的速度可能變大D丙的速度不一定變大9.如圖所示,空間存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場和水平向左、場強為E的勻強電場。有一質(zhì)量為m,電荷量大小為q的微粒垂直于磁場且以與水平方向成45角的速度v做直線運動,重力加速度為g。則下列說法正確的是( )A.微?？赡茏鰟蚣铀僦本€運動B.微粒可能只受兩個力作用C.勻強磁場的磁感應(yīng)強度D.勻強電場的電場強度10.現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，

6、其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定.質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速， 經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場.若某種一價正離子 在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應(yīng)強度增加到原來的12倍.此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為( )A.11 B.12C.121D. 14411.筆記本電腦機身和顯示屏對應(yīng)部位分別有磁體和霍爾元件。當(dāng)顯示屏開啟時磁體遠離霍爾元件，電腦正常工作：當(dāng)顯示屏閉合時磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，電腦進入休眠狀態(tài)。如圖所示，一塊寬為a、長為c的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為e的自由電子，通入方向向右的電流時，電子的定向移

7、動速度為v。當(dāng)顯示屏閉合時元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強磁場中，于是元件的前、后表面間出現(xiàn)電壓U，以此控制屏幕的熄滅。則元件的（ ）A.前表面的電勢比后表面的低B.前、后表面間的電壓U與v無關(guān)C.前、后表面間的電壓U與c成正比D.自由電子受到的洛倫茲力大小為12.如圖所示是磁流體發(fā)電機的示意圖，間距為d的兩平行金屬板之間有一磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，與電阻R相連接，一束含有大量正、負帶電離子的等離子體以速度v沿垂直于磁場的方向射入磁場。若兩平行金屬板之間的內(nèi)阻為r，則下列說法正確的是( )A.流過電阻R的電流方向由b到aB.流過電阻R的電流大小為C.電阻R的熱功率為D.當(dāng)時，磁流體發(fā)

8、電機輸出電功率最大13.空間有足夠大的正交的垂直紙面向外的勻強磁場和水平方向的勻強電場，虛線為勻強電場的等勢線，一不計重 力的帶電粒子在O點以某一初速度垂直等勢線進入正交的電磁場中，運動軌跡如圖所示，已知粒子在P點的速 度比在O點的速度大，則( )A.帶電粒子一定帶負電B.帶電粒子的運動軌跡一定是拋物線C.電場線方向一定垂直等勢線向右D.帶電粒子從O點運動到P點的過程中電勢能增大14.如圖,以為直徑的半圓內(nèi)有垂直紙面向外的磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場,半徑與半徑夾角為60。一對正、負電子從P點沿方向射入磁場中,一個從A點離開磁場,另一個從B點離開磁場。已知電子的質(zhì)量為m、電荷量為e,電子重力及

9、電子間的相互作用力均不計,則( )A.從A點射出磁場的是正電子B.正電子運動的速率為C.正、負電子在磁場中運動的時間之比為2:1D.正、負電子在磁場中運動的向心加速度大小之比為3:115.如圖所示,上部半圓下部矩形組成的平面區(qū)域內(nèi)存在垂直平面向里的勻強磁場。由點A向圓心O方向連續(xù)發(fā)射相同速率的同種帶電粒子,最終粒子從B點離開磁場區(qū)域。不計粒子所受重力、粒子間的相互作用及空氣阻力。則以下說法正確的是( )A.該種粒子一定帶負電,且在B點沿方向離開磁場B.若在A點增大粒子入射速率,方向不變,則粒子在磁場中的運動時間增加C.若在A點調(diào)整粒子入射方向,速率不變,則間無粒子射出D.若在A點調(diào)整粒子入射方

10、向,速率不變,從弧射出的粒子的出射方向均與平行16.如圖所示，等腰直角三角形abc區(qū)域內(nèi)（包含邊界）有垂直紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度的大小為B，在bc的中點O處有一粒子源，可沿與ba平行的方向發(fā)射大量速率不同的同種粒子，這些粒子帶負電，質(zhì)量為m，電荷量為q，已知這些粒子都能從ab邊離開abc區(qū)域，ab=2l，不考慮粒子的重力及粒子間的相互作用。關(guān)于這些粒子，下列說法正確的是（ ）速度的最大值為 B速度的最小值為在磁場中運動的最短時間為 D在磁場中運動的最長時間為17.如圖所示，在光滑的水平桌面上，a和b是兩條固定的平行長直導(dǎo)線，通過的電流強度相等 矩形線框位于兩條導(dǎo)線的正中間，通有順時針方

11、向的電流，在a、b產(chǎn)生的磁場作用下靜止則a、b的電流方向可能是( )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18.如圖，A、C兩點分別位于x軸和y軸上，OCA=30，OA的長度為L。在OCA區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面向里的勻強磁場。質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，以平行于y軸的方向從OA邊射入磁場。已知粒子從某點射入時，恰好垂直于OC邊射出磁場，且粒子在磁場中運動的時間為t0。不計重力。（1）求磁場的磁感應(yīng)強度的大??；（2）若粒子先后從兩不同點以相同的速度射入磁場，恰好從OC邊上的同一點射出磁場，求該粒子這兩次在磁場中運動的時間之和；（3）若粒子從某點射入磁場后，其運動

12、軌跡與AC邊相切，且在磁場內(nèi)運動的時間為，求粒子此次入射速度的大小。19.臺質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示.大量的甲、乙兩種離子飄入電壓為的加速電場，其初速度幾乎為0,經(jīng)過加速后，通過寬為L的狹縫沿著與磁場垂直的方向進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片上.已知甲、乙兩種離子的電荷量均為+q,質(zhì)量分別為2m和m，圖中虛線為經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N的甲種離子的運動軌跡.不考慮離子間的相互作用.1）.求甲種離子打在底片上的位置到N點的最小距離x;2）.在圖中用斜線標(biāo)出磁場中甲種離子經(jīng)過的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d;3）.若考慮加速電壓有波動，在到之間變化，要使甲、乙兩種離子在底片上沒有重疊

13、，求狹縫寬度L滿足的條件.20.如圖所示，在第象限內(nèi)存在電場強度大小為、方向沿軸負方向的勻強電場和磁感應(yīng)強度大小為、方向垂直紙面向里的勻強磁場。在復(fù)合場中放置一線形、長為的帶電粒子發(fā)生器，它沿軸正方向不斷地發(fā)射出速度相同的帶正電粒子(已知粒子質(zhì)量均為、電荷量均為)，這些粒子能在的區(qū)間內(nèi)垂直軸進入第象限。在第象限內(nèi)半徑為的圓形區(qū)域內(nèi)存在著一與紙面垂直的勻強磁場，圓形區(qū)域與軸分別相切于兩點。在第象限整個區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強度大小為、方向垂直紙面向里的勻強磁場。已知從點射入圓形磁場區(qū)域的粒子恰好從點沿軸負方向進入第象限。不計粒子重力和相互作用力。(可能用到的公式：)(1)求第象限圓形磁場區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)

14、強度大小和方向。(2)求通過圓形磁場區(qū)域的帶電粒子第二次通過軸的區(qū)域范圍。(3)若調(diào)整粒子發(fā)生器和復(fù)合場，使粒子發(fā)射速度增大一倍，且粒子仍能垂直軸進入第象限。求從點射入的粒子通過軸時點的坐標(biāo)。參考答案1.答案：A解析：當(dāng)兩線圈電流方向相同時，表現(xiàn)為相互吸引，電流方向相反時，表現(xiàn)為相互排斥，故當(dāng)天平示數(shù)為正時，兩者相互排斥，電流方向相反，當(dāng)天平示數(shù)為負時，兩者相互吸引，電流方向相同，A正確B錯誤；線圈I對線圈的作用力與線圈對線圈I的作用力是一對相互作用力，等大反向，C錯誤；靜止時，線圈平衡，線圈I對線圈的作用力與托盤對線圈的作用力施力物體不同，受力物體相同，不滿足相互作用力的條件，D錯誤。2.答

15、案：C解析：由磁通量，可知S不變，B先增大后不變再減小，故圓盤內(nèi)的磁通量先增大后不變再減小，A項錯誤；根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向先豎直向下后豎直向上，由右手定則可知，自上而下看，圓盤進入螺線管的過程中會產(chǎn)生順時針方向的渦流，離開螺線管的過程中會產(chǎn)生逆時針方向的渦流，B項錯誤；在接觸彈簧之前，圓盤經(jīng)過螺線管中點時，磁通量最大，沒有渦流產(chǎn)生，圓盤只受重力作用，其加速度大小為g，C項正確；根據(jù)能量守恒定律可知，圓盤接觸彈簧下落過程中，圓盤的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能、圓盤的動能以及因渦流效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)能，故D項錯誤。3.答案：D解析：根據(jù)安培定則，兩點磁感應(yīng)強度大小相等、方向相同，均垂

16、直連線向下，故A選項錯誤。根據(jù)安培定則判斷導(dǎo)線N在M處的磁感應(yīng)強度方向，再結(jié)合左手定則判斷安培力的方向，可得M所受安培力的方向沿方向，背離N，B選項錯誤。兩點磁感應(yīng)強度方向相同，均沿連線垂直平分線向下，C選項錯誤。導(dǎo)線各自在d點處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小均大于在c點處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小，且d點處兩磁感應(yīng)強度的方向夾角更小，合磁感應(yīng)強度更大，故D選項正確。4.答案：B解析：根據(jù)向心力公式和洛倫茲力公式得，解得。如圖所示，磁場中帶電離子可能經(jīng)過的區(qū)域的面積，所以只有B項正確。5.答案：D解析：粒子運動軌跡如圖，粒子在上方磁場做圓周運動的周期，在下方磁場做圓周運動的周期，則，結(jié)合幾何關(guān)系得，則，答案為

17、D。6.答案：C解析：粒子沿半徑方向射入磁場，則出射速度的反向延長線一定經(jīng)過圓心a，由于粒子能經(jīng)過c點，因此粒子出磁場時的速度方向一定沿方向，軌跡如圖，由幾何關(guān)系可知，粒子做勻速圓周運動的半徑為，根據(jù)牛頓第二定律得，解得，故C正確。7.答案：B解析：運動軌跡如圖:即運動由兩部分組成,第一部分是個周期,第二部分是個周期,故總時間為B選項的結(jié)果.8.答案：A解析：對于甲粒子：軌跡向上彎曲,;對于乙粒子：軌跡不彎曲,;對于丙粒子：軌跡向下彎曲,;則,故A正確,B錯誤;甲粒子向上偏,電場力做負功,導(dǎo)致動能減小,則速度在減小,故C錯誤;丙粒子的電場力做正功,動能增大,則速度變大,故D錯誤。故選A。9.答

18、案：D解析：粒子沿直線運動,由于洛侖茲力與速度垂直且大小與速度成正比,故粒子必定做勻速直線運動,根據(jù)平衡條件可求解電場力與洛侖茲力,并可求出B和E;AB、若粒子帶正電,電場力向左,洛倫茲力垂直速度v線斜向右下方,而重力豎直向下,則電場力、洛倫茲力和重力三個力的合力與速度不在同一直線上,粒子不可能做直線運動,所以粒子不可能帶正電;則有粒子帶負電,電場力向右,洛倫茲力垂直速度v線斜向左上方,而重力豎直向下,只有電場力、洛倫茲力和重力三力平衡,粒子才能做直線運動,所以粒子做勻速直線運動,故A、B錯誤;CD、根據(jù)平衡條件,有:,qvB=,聯(lián)立解得:E=,B=,故D正確,C錯誤;故選D。10.答案：D解

19、析：由動能定理得,可得帶電粒子進入磁場時的速度為，又帶電粒子在磁場中運動的軌跡半徑,聯(lián)立可得，由題意可知，該離子與質(zhì)子在磁場中具有相同的軌跡半徑和電荷量，故，其中，可得,故選D. 11.答案：D解析：由圖知電流從左向右流動，因此電子的運動方向為從右向左，根據(jù)左手定則可知電子偏轉(zhuǎn)到后面表，因此前表面的電勢比后表面的高，故A錯誤，電子在運動過程中洛倫茲力和電場力平衡，有，故，故D正確，由則電壓，故前后表面的電壓與速度有關(guān)，與a成正比，故BC錯誤。12.答案：BC解析：含有大量正、負帶電離子的等離子體進入磁場，根據(jù)左手定則，正離子向上偏，打在上極板P上，負離子向下偏，打在下極板Q上，所以上極板P帶正

20、電，下極板Q帶負電，流過電阻R的電流方向由a到b，A項錯誤；設(shè)磁流體發(fā)電機的電動勢為E，帶電離子從兩平行金屬板之間通過，依據(jù)電場力等于洛倫茲力，即，則有，再由閉合電路的歐姆定律，B項正確；電阻R的熱功率，C項正確；根據(jù)電源輸出電功率最大的條件可知，當(dāng)時，磁流體發(fā)電機輸出電功率最大，D項錯誤。13.答案：AC解析：根據(jù)粒子在電場、磁場中的運動軌跡和左手定則可知A正確;由洛倫茲力方向與速度方向垂直，粒子受到的合力是變力，而物體只有在恒力作用下做曲線運動時，軌跡才是拋物線，選項B錯誤；由于空間只存在電場和磁場，粒子的速度增大，說明在此過程中電場力對帶電粒子做正功,則電場線方向一定垂直等勢線向右，選項

21、C正確；電場力做正功，電勢能減小，選項D錯誤。14.答案：BD解析：根據(jù)左手定則判斷知從A點射出磁場的是負電子,選項A錯誤;圓弧所對的圓心角,則正電子運動軌跡的半徑,由得正電子運動的速率,選項B正確;同理,負電子運動軌跡的半徑,軌跡所對的圓心角,正、負電子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期均為,由得,正、負電子在磁場中運動的時間之比為,選項C錯誤;由得,正、負電子在磁場中運動的向心加速度大小之比為,選項D正確。15.答案：AD解析：從A向圓心O發(fā)射粒子,從B點離開磁場,則粒子在A處所受洛倫茲力方向水平向左,則由左手定則知粒子帶負電,因為上部為半圓區(qū)域磁場,所以沿徑向射入必沿徑向射出,在B點沿方向

22、離開磁場,故A項正確。如圖甲所示,粒子在磁場中的軌跡半徑。在A處只調(diào)整粒子的入射方向,速率不變,如圖若從D點射出,因為菱形,與平行且相等則D處速度水平,故D項正確。若射入方向沿偏右,則會從間射出,C項錯誤。若在A點增大入射速率,方向不變,如圖乙所示,粒子運動軌跡對應(yīng)圓心角變小,時間變短,故B項錯誤。16.答案：AD解析：粒子從ab邊離開磁場時的臨界運動軌跡如圖所示： 由幾何知識可知： 解得：AB粒子在磁場中做圓周運動，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：解得：，故粒子的最大速度為： 最小速度：故A正確，B錯誤。CD由粒子從ab邊離開磁場區(qū)域的臨界運動軌跡可知，粒子轉(zhuǎn)過的最大圓心角，最小圓心角：，粒子做圓周運動的周期： 則粒子在磁場中運動的最短時間大于四分之一周期， 最長時間：17.答案：CD解析：由右手螺旋定則可知，若a、b兩導(dǎo)線的電流方向相同，在矩形線框上、下邊處產(chǎn)生的磁場方向相反，由于矩形線框上、下邊的電流方向也相反，則矩形線框上、下邊所受的安培力相反，所以不可以平衡，則要使矩形線框靜止，a、b兩導(dǎo)線的電流方向相反，故CD正確。