2021北京高三一模物理匯編磁場(教師版)

2121122021京高三一模物理匯212112一選題共6小題）．（2021西城區(qū)一模）云室是借助過飽和水蒸氣在離子凝結(jié)來顯示通過它的帶電粒子徑跡的裝置。如圖為一張云室中拍攝的照片。云室中加了垂直于紙面向里的磁場。圖中、b、、、是點出一些正電子或負電子的徑跡。有關(guān)a、c三徑以下判斷正確的是（）Aa、b、c都正電子的徑跡B．徑對應(yīng)的粒子動量大C．徑對應(yīng)的粒子動能最大D．徑跡對應(yīng)的粒子運動時間最．（2021豐臺區(qū)一模）兩條平行的通電直導(dǎo)線ABCD通磁場發(fā)生相互作用，電流方向如圖所示。下列說法正確的是（）A兩根導(dǎo)線之間將相互排斥BI在I位置產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外C．AB受的力是由I的場施加的D．I＞I，AB到的力大于受的力．（2021朝陽區(qū)一模）如圖所示，兩個平行金屬板水平置，要使一個電荷量為q質(zhì)量為的粒，以速度v沿板中心軸線S向右運動，可在兩板間施加勻強電場或勻強磁場。設(shè)電場強度為E磁感應(yīng)強度為B，不計空氣阻力，已知重力加速度為。下列選項可行的是（）1/

N00NNN00NNA只施加豎直向上的電場，且滿足＝B只施加豎直向上的磁場，且滿足C．時施加豎直向下的電場和豎直向上的磁場，且滿足＝

D．時加豎直向下的電場和垂直紙面向里的磁場，且滿足E

．（2021門頭溝區(qū)一模）永磁體之間的相互作用與電荷間的相互作用相似，人們將電荷的相關(guān)概念引入磁現(xiàn)象的研究之中。認為磁棒的兩極存在兩種磁荷N極帶正磁荷極帶負磁荷磁荷”觀點認為磁荷可以激發(fā)磁場，描述磁場的基本物理量定義為磁場強度H類比電場強度的定義方法，用正磁荷在磁場中受到的磁場力F和磁荷的值表示磁場強度H，方向與該處磁荷受力方向一致。用如圖裝置，可以測量通電線圈產(chǎn)生的磁場和磁間作用力。假設(shè)圖N極磁荷，線圈不通電時，測力計示數(shù)為。）A當(dāng)線圈中通順時針方向（俯視）電流時，測力計示數(shù)小于B磁鐵N極處位置的磁場強度大小H＝C．電后測力計示數(shù)改變量為F，則磁鐵N極處位置的磁場強度大小H＝D．果一根較短磁鐵掛在測力計上，并使磁鐵完全放入線圈中，則通電后測力計的示數(shù)變小2/

00．（2021門頭溝區(qū)一模）如圖所示，為洛倫茲力演示儀結(jié)構(gòu)示意圖。由電子槍產(chǎn)生電子束，玻璃泡內(nèi)充有稀薄氣體，在電子束通過時能夠顯示電子的徑跡。當(dāng)通有恒定電流時前后兩個勵磁線圈之間產(chǎn)生強磁場，磁場方向與兩個線圈中心的連線平行。電子速度的大小和磁感應(yīng)強度可以分別通過電子槍的加速電U和磁線圈的電流I調(diào)節(jié)。適當(dāng)調(diào)節(jié)U和I玻璃泡中就會出現(xiàn)電子束的圓形徑跡。通過下列調(diào)節(jié)，一定能讓圓形徑跡半徑減小的是（）00A減小U增大IC．時減小U和I

B增大U減小ID．時大U和I．（2021門頭溝區(qū)一模）如圖所示是磁流體發(fā)電機的示圖，兩平行金屬板P、Q之有一個很強的磁場。一束等離子體（高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）沿垂直于磁場方向噴入磁場。將P、Q與阻R相連接。下列說法正確的是（）AP板電勢低于板電勢B通過的電流方向由b指向aC．只改變磁場強弱，通過的流保持不變D．只大粒子入射速度，通過R的流大二計題共3小題）．（2021海淀區(qū)一模）如圖1示，空間分布著方向平行于紙面、寬度為的水平勻強電場。在緊靠電場右側(cè)半徑為的圓形區(qū)域內(nèi)，分布著垂于紙面向里的勻強磁場。一個質(zhì)量為m電荷量為﹣粒子從左極板上A點由靜止釋放后，在M點開速電場，并以速度v沿半徑方向射入勻強磁場區(qū)域然后從點射出兩點間的圓心角MON＝，子重力可忽略不計。（1求加速電場場強的大??；（2求勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的?。?/

1nn110000112（3若僅將該圓形區(qū)域的磁場改為平行于紙面的勻強電場，如圖2所，帶電粒子垂直射入該電場后仍然從N點射出。求該勻強電場場強E的小1nn110000112．（2021朝陽區(qū)一模）一種獲得高能粒子的裝置如圖所。環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強磁場A、B為環(huán)形區(qū)域內(nèi)兩塊中心開有小孔的極板t＝0時A板勢為+U，板電勢為零，質(zhì)量為、荷量+q的粒子在A板孔處由靜止始加速；粒子離開B板，板勢立即變?yōu)榱悖撕罅Ｗ釉诃h(huán)形區(qū)域內(nèi)做半徑為R的圓周運動。每當(dāng)粒子到達A板，板勢變?yōu)?U離開B時A板勢變?yōu)榱?；B板勢始終為零。如此往復(fù)，粒子在電場中一次次被加速。為使粒子在環(huán)形區(qū)域內(nèi)繞行半徑不變，需不斷調(diào)節(jié)磁場的弱A、B板間距遠小于R不慮電場、磁場變化產(chǎn)生的影響，不考慮相對論效應(yīng)的影響，不計粒子的重力。（1求粒子繞行第一圈時線速度的大??；（2求粒子繞行第時，磁感應(yīng)強度的大小及效電流I；（3在粒子繞行的整個過程中，A板勢可否始終+？并說明理由。．（2021門頭溝區(qū)一模）如圖甲所示，兩個相同的平行屬極板P、Q平放置，高速電子在O點中線O射入，速度大小為v極板P、Q的度為L，極間的距離為，子的質(zhì)量為m電荷量為，忽略電子所受重力和電子之間的相互作用。（1若在極板P、Q間加垂直于紙面的勻強磁場，電子垂直打在極板P，求此勻強磁場的磁感應(yīng)強度（2若在極板P、Q間加恒定電壓U，電子穿過極板、Q時，沿豎直方向偏移的距離為，求U的??；（3若在極板P、Q間加一交變電壓，其電壓u隨間變的像如圖乙所示，電壓的最大值為。子在O點持續(xù)均勻的沿O射，且在單位時間內(nèi)射入的電子數(shù)為，在O點直放置一個較短的金屬條，4/

HH金屬條長為eq\o\ac(△,l)eq\o\ac(△,)（eq\o\ac(△,l)eq\o\ac(△,)比）。求該金屬條上能夠檢測到的平均電流強度I的小。（由于電子在P、Q板運動時間極短，遠小于交變電壓的周期，電子在穿過、Q板時的電壓認為不變）。HH三解題共3小題）．（西城區(qū)一模）利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件以及傳感器，廣應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域。（1如圖1將一半導(dǎo)體薄片垂直置于磁場中在薄片的兩個側(cè)面、通以電流I時，另外兩側(cè)c、f間產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。其原因是薄片中能夠自由移動的電荷受洛倫茲力的作用一側(cè)偏轉(zhuǎn)和積累，于是在c、f間生霍爾電壓U。知半導(dǎo)體薄片的厚度為d，自由電荷的電荷量為q求薄片內(nèi)單位體積中的自由電荷數(shù)n；（2利用霍爾元件可以進行微小位移的測量。如圖所示，兩塊完全相同的磁體同極相對放置，在兩磁體間的縫隙中放入圖1所的霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時，霍爾電壓U為，將該點作為位的零點。當(dāng)霍爾元件沿著x軸向移動時，則有霍爾電壓輸出。若該霍爾元件是電子導(dǎo)電的，在霍爾元件中仍通以由向b的流，那么如何由輸出的霍爾電壓判斷霍爾元件由中間位置沿著x軸哪個方向移動？請分析說明；5/

安（3自行車測速碼表的主要工作傳感器也是霍爾傳感器。如圖，霍爾元件固定在自行車前叉一側(cè)，一塊強磁鐵固定在一根輻條上。當(dāng)強磁鐵經(jīng)過霍爾元件時，使其產(chǎn)生電壓脈沖。已知自行車在平直公路勻速行駛，車輪與地面間無滑動，車輪邊緣到車軸的距離為r。安a若單位時間內(nèi)霍爾元件檢測到個沖，求自行車行駛的速度大小；．圖4中兩幅圖哪個可以大致反映自行正常行駛過程中車輪邊緣一點相對地面的運動軌跡？請說明由。．（?東城區(qū)一模）如圖所示，寬為l的滑固定導(dǎo)軌與水平面成α角質(zhì)量為m金屬桿ab（電阻不計）水平放置在導(dǎo)軌上，空間存在豎直向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B電源的內(nèi)阻為r，當(dāng)變阻器接入電路的阻值為時，金屬桿恰好能靜止在軌上。重力加速度用表示。求：（1金屬桿靜止時受到的安培力的大小F；（2電源的電動勢；（3若保持其它條件不變，僅改變勻強磁場的方向，求由靜止釋放的瞬間，金屬桿可能具有的沿導(dǎo)軌向上最大加速度。．（?東城區(qū)一模，勞倫斯和學(xué)生利文斯頓研制了世界上第一臺回旋加速器，如圖1所，這個精致的加速器由兩個D形空盒拼成，中間留一條縫隙，帶電粒子在縫中被周期性變化的電場加速，在垂直于盒面的磁場作用下旋轉(zhuǎn)，最后以很高的能量從盒邊緣的出射窗打出，用來轟擊靶原子。（1勞倫斯的微型回旋加速器直徑＝10cm加速電壓U＝2kV可加速氘核（H達到最大為＝的能量，求：a氘核穿越兩形間縫隙的總次數(shù)N；．氘核被第10次速后在形中環(huán)繞時的半徑R。6/

（2自誕生以來，回旋加速器不斷發(fā)展，加速粒子的能量已經(jīng)從每核子2（20MeV/u提高到2008年1000MeV/u，代速器是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，而磁鐵在其中相當(dāng)重要。加速器中的帶電粒子，不僅要被加速，還需要去打靶，但是由于粒子束在運動過程中會因各種作用變散開，因此需要用磁鐵來引導(dǎo)使它們聚集在一起。為了這個目的，磁鐵的模樣也發(fā)生了很大的變化。圖所的磁鐵“超導(dǎo)四極”圖示為它所提供磁場的磁感線。請在圖中圖分析并說明，當(dāng)很多帶正電的粒子沿垂直紙面方向進“超四極的空腔，磁場對粒子束有怎樣的會聚或散開作用？7/

k242021京高三一模物理匯編：磁場k24參考答案一選題共6小題）．【分析】根據(jù)左手定則判斷粒子所帶電性，根據(jù)粒子做圓周運動的半徑和圓心角分析粒子的速度、動能、動量和運動時間。【解答】解：A、左手定則可知，，、、c是電子的跡；BC帶電粒子在磁場中所受到的洛倫茲力提供其做圓周運動的向心力粒子的半徑最大徑對應(yīng)粒子的半徑最小，根據(jù)

解得：r＝，速度越大，c徑對應(yīng)E＝

和＝可得：徑跡對應(yīng)粒子的動能最大，徑對應(yīng)粒子的動能最小，故正確；D、據(jù)＝

可知，粒子在磁場中運的時間為t＝，中子在磁場中的偏轉(zhuǎn)角，徑對應(yīng)粒子的偏轉(zhuǎn)角最大，故錯。故選：?！军c評】本題考查帶電粒子在勻強磁場中的運動，比較簡單，從圖中正確得出粒子做圓周運動的徑和圓心角是解題關(guān)鍵。．【分析】根據(jù)安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，再根據(jù)左手定則判斷安培的方向，兩根導(dǎo)線之間的安培力是作用力與反作用力?！窘獯稹拷猓篈、據(jù)安培定則判斷通電直導(dǎo)周圍產(chǎn)生磁場，可知兩根導(dǎo)線相互吸引；B根據(jù)安培定則可知在I位置產(chǎn)生的場垂直紙面向里，故B誤；C、場的基本性質(zhì)是對放入其中的磁體，故AB受的力是由I的磁場施加的，故C正確；D、個流之間的吸引力屬于作用力與反作用力，方向相反。故選：。【點評】本題研究平行通電導(dǎo)線之間有力的作用，知道通電導(dǎo)線之間的相互作用規(guī)律是關(guān)鍵。．【分析】微粒帶負電，只加電場時，電場力與重力平衡，從而求出電場方向和場大?。晃⒘ж撾姡患哟艌鰰r，洛倫茲力與重力平衡，由左手定則求出磁場方向和平衡條件求出磁應(yīng)強度大小；8/

12720N微粒帶負電，同時加電場和磁場，判斷電場力和洛倫茲力的方向，三力平衡，從而求出電場強大小。12720N【解答】解：A、微粒帶負電，且滿足

向運動，故A誤；B因微粒帶負電，且滿足

時向右運動，故錯誤；CD因微粒帶負電，電場力豎直向，重力豎直向下解得：，D正；故選：D。【點評】微粒帶負電，只有電場時，電場力與重力平衡，只加磁場時，洛倫茲力與重力平衡，同加電場和磁場時，重力、電場力、洛倫茲力三力平衡。注意左手定則的應(yīng)用，判斷洛倫茲力的方向。．【分析】根據(jù)安培定則判斷出線圈電流產(chǎn)生的磁場方向，然后判斷測力計示數(shù)如變化；根據(jù)磁場強度的定義式求出磁場強度；磁鐵完全放入線圈中，磁鐵不受磁場力作用，測力計示數(shù)不變?！窘獯稹拷猓篈、線圈中通順時針方向（俯）電流時，電流產(chǎn)生的磁場豎直向下，測力計示數(shù)變大，A錯誤；BC線圈通電后測力計示數(shù)的變化量等磁荷受到的磁場力＝，錯誤；D、果一根較短磁鐵掛在測力計上，通電后線圈電流產(chǎn)生的磁場與磁鐵平行，磁鐵受力情況不變，故D錯誤。故選：?！军c評】本題是一道信息給予題，認真審題理解題意，從題中獲取所需信息是解題的前提與關(guān)鍵根據(jù)題意應(yīng)用安培定則與磁場強度的定義式即可解題。．【分析】讓圓形徑跡半徑減小，根據(jù)牛頓定律可以減小進入磁場的速度或者增加場的磁感應(yīng)強度?！窘獯稹拷猓篈、子槍加速電壓和粒子速度關(guān)系為＝，所以有，節(jié)磁線圈中的電流I，增，則當(dāng)減小U，增大I減。B增大U減小I，半徑增大。9/

C、時減小U和I，故C誤。D、時大U和I，故D錯。故選：A。【點評】掌握牛頓第二定律和帶電粒子在磁場中運動的結(jié)合是解題的關(guān)鍵。．【分析】等離子體從左向右進入磁場，受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打到極板上，使極板間形成電勢差，當(dāng)粒子所受電場力與洛倫茲力相等時，形成動態(tài)平衡。根據(jù)極板的正負判斷電勢的高低以及電流的流?！窘獯稹拷猓骸⒌入x子體進入磁場，正電荷向上偏，負電荷向下偏。所以上極板帶正電，則P板電勢高于Q板電勢，故AB錯；C、據(jù)電場力等于磁場力＝，再由歐姆律

＝，流與磁感應(yīng)強度成正，通過電流也改變；D、上析可知R電流也會增大。故選：D?！军c評】解決本題的關(guān)鍵會根據(jù)左手定則判斷洛倫茲力的方向，以及知道當(dāng)粒子所受電場力與洛茲力相等時，形成動態(tài)平衡。二計題共3小題）．【分析】（1）根據(jù)動能定理列式求解；（2根據(jù)圓周運動半徑公式列式求解；（3根據(jù)類平拋相關(guān)內(nèi)容列式求解?！窘獯稹拷猓海?）粒子在勻強電場中加速的過程根據(jù)動能定理有解得圖10/

05（2粒子運動軌跡如圖1所，粒子在磁場中做勻速圓周運動05由幾何關(guān)系可得tan30°解得圖（3粒子在偏轉(zhuǎn)電場中做勻加速曲線運動，運動軌跡如圖2所在x方有R+Rcos60°vt在y方有根據(jù)牛頓第二定律有Eq＝ma聯(lián)立解得E＝答：（）加速電場場強E的小為；（2勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小為；（3該勻強電場場強的小為?！军c評】本題考查帶電粒子在復(fù)合場中的運動，分析帶電粒子的運動過程是解題關(guān)鍵。．【分析】（1）由動能定理求繞行第一圈的線速度大小；（2第加速后繞行第n圈由動能定理求得繞行的速度，由電流一定義求等效電流強度；（3由加速器的原理進行說明。【解答】解：（1）由動能定理11/

7nn0得7nn0（2由第）問可得洛倫茲力提供向心力：得：由：

及得（3不可以。如果A板直保持壓不變，不能保證粒子一直加速答：（）粒子繞行第一圈時線速度的大小v為；（2粒子繞行第圈時，感應(yīng)強度的大小B為、效電流I為；（3在粒子繞行的整個過程中，不可以使A一直保持+U不，那么子轉(zhuǎn)一周被加速一次回到A時再減速一次?！军c評】本題是帶電粒子在圓形加速器中加速的應(yīng)用，這是一個很好的想法，在一個很小空間內(nèi)速粒子，但與回旋加速器比起來，有相似之處，也不不同之處，此處每當(dāng)粒子加速完畢離開電場后，立即勢變?yōu)榱?，否則加速不會延續(xù)。．【分析】（1）電子在磁場中做勻速圓周運動，做出在磁場中運動軌跡圖，根據(jù)幾何關(guān)系可求磁場強度大小；（2電子做類平拋運動，由平拋規(guī)律和牛頓第二定律可以求出極板間所加的電壓大小；（3求出恰好打在金屬條邊緣時，極板上的電壓，顯然此電壓下出發(fā)的電子將打在金屬條上，小于此電壓時間段點總時間段的倍數(shù)即為打在金屬條上的與發(fā)出電子的倍數(shù)，由此求出電流強度?！窘獯稹拷猓海?）間加磁場時，帶電粒子做勻速圓周運動洛倫茲力提供向心力有：B12/

0054mmm000所以得到：B＝0054mmm000（2間加電場U時，高速電子在板間做類平拋運動水平方向：L＝vt豎直方向：＝

而a＝聯(lián)立解得：U＝（3若極板間的所加電壓為U時，電子的豎直位移為，有＝

而＝

將t代入可得：＝而當(dāng)電壓最大時，偏轉(zhuǎn)位移為y＝，a＝2×

，將t代后得到y(tǒng)＝結(jié)合圖乙知道，一個周期T內(nèi)壓小于電壓U時間段t＝2×。那么金屬條eq\o\ac(△,l)eq\o\ac(△,)上的平均電流強度INt＝答：（）勻強磁場的磁感應(yīng)強度B；

＝＝（2U的大小為；（3該金屬條上能夠檢測到的平均電流強度I的小為?！军c評】本題考查電子在電場和磁場中分別做勻速圓周運動和類平拋運動運動的實例，但不便思的是最后一問求打在金屬條上的總電荷量，實際上與打在金屬條上的電子數(shù)目有關(guān)，結(jié)合上兩問，求出能在金屬條上電子的總數(shù)目，利用數(shù)學(xué)知識求解，過程復(fù)雜，有一定的難度。三解題共3小題）．【分析】1）根據(jù)平衡條件結(jié)合洛倫茲力的計算公式、電流微觀表達式進行解答；13/

（2由輸出的霍爾電壓可知c、f兩哪電勢高，進可判斷霍爾元件沿著x軸哪個方向移動；（3、單位時間內(nèi)霍爾元件檢測到個沖，由此得到車輪轉(zhuǎn)動的角速度，再根據(jù)線速度與角速度的關(guān)系求解自行車的行駛速度；、自行車軸相對于地的速度與輪邊緣的點繞軸轉(zhuǎn)動的速度相等，根據(jù)輪上各點相對地的速度不同，分析哪個圖可以反映自行車正常行駛過程中車輪邊緣一點相對地面的運動軌跡?！窘獯稹拷猓海?）設(shè)c、f兩面之間的距離為L當(dāng)電場力與洛倫茲力相等時，根據(jù)平衡條件可得q根據(jù)電流強度微觀表達式可得I其中：＝聯(lián)立解得：n＝；（2由題意可知，兩塊磁體的中間位置合磁場的磁感應(yīng)強度為，中間位置左側(cè)的區(qū)域合磁場的方向向右，且通有由b方向的電流時，根據(jù)左手定則可判斷f一，因此f側(cè)累負電荷c側(cè)累正電荷，電勢高；當(dāng)霍爾元件處于中間位置左側(cè)f側(cè)勢高。若輸出的霍爾電壓顯示側(cè)勢高，說明霍爾元件向軸方向移動；若f電勢高，說明霍爾元件向負方向移動。（3、單位時間內(nèi)霍爾元件檢測到個沖，因此車輪轉(zhuǎn)動的角速度＝πm自行車的行駛速度v＝＝πmr；、甲圖可以反映自行車正常行駛過程中車輪邊緣一點相對地面的運動軌跡。理由：在自行車正常行駛時，車輪邊緣上的一點同時參與兩個運動v和行車一起向前做線運動，二是以線速度v繞軸做圓周運動，因此車輪邊緣上一點運動到最高點時相對地面的速度最大v，運動到最低點時對地面的速度最小，為0而乙圖中的軌跡的最低點的速度方向指向自行車行駛的反方向；也可以這樣分析：在自行車正常行駛時，車輪與地面之間不打滑，即車輪邊緣一點運動到最低時相對地面的速度為，而乙圖中的軌跡的最低點的速度方向指向自行車行駛的反方向。答：（）薄片內(nèi)單位體積中的自由電荷數(shù)為；（2若輸出的霍爾電壓顯示側(cè)勢高，說明霍爾元件向軸方向移動；若f側(cè)勢高，說明霍爾件向軸負方向移動；14/

（3、若單位時間內(nèi)霍爾元件檢測個脈沖；、圖6中甲圖可以大致反映自行車正常駛過程中車輪邊緣一點相對地面的運動軌跡?！军c評】本題主要是考查傳感器的應(yīng)用，知道該霍爾元件里面導(dǎo)電的是自由電子，能夠根據(jù)平衡件求解霍爾電壓，根據(jù)左手定則判斷電勢高低，弄清楚霍爾元件測量微小位移的原理、自行車測速碼表的作原理是關(guān)鍵。．【分析】1）對金屬桿進行受力分析，根據(jù)共點力的平衡計算安培力的大??；（2根據(jù)安培力的表達式F＝BIL閉合電路的歐姆定律

計算電源電動勢；（3當(dāng)金屬桿沿導(dǎo)軌向上的合力最大時，相應(yīng)的加速度也最大，所以當(dāng)安培力沿導(dǎo)軌向上時，金屬桿可