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2019-2020年高考物理專題匯編 專題4 電場和磁場 第2講 磁場（A）（含解析） 一．選擇題 1.(xx?日照聯(lián)合檢測?14）．下列表述符合物理學(xué)史實的是（ ） A．開普勒認(rèn)為只有在一定的條件下，彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比 B．牛頓認(rèn)為在足夠高的山上以足夠大的水平速度拋出物體，物體就不會再落到地球上 C.奧斯特發(fā)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并堅信電和磁之間存在一定的聯(lián)系 D．安培首先引入電場線和磁感線，極大地促進(jìn)了他對電磁現(xiàn)象的研究 N P Q x O 甲 乙 sinq x O x0 1 2.(xx?連徐宿三調(diào)?5)．如圖甲所示，一個條形磁鐵P固定在水平桌面上，以P的右端點(diǎn)為原點(diǎn)，中軸線為x軸建立一維坐標(biāo)系。一個靈敏的小磁針Q放置在x軸上不同位置，設(shè)Q與x軸之間的夾角為。實驗測得與x之間的關(guān)系如圖乙所示。已知該處地磁場方向水平，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0。下列說法正確的是（ ） A．P的右端為S極 B．P的中軸線與地磁場方向平行 C．P在x0處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0 D．x0處合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0 3.(xx?陜西三模?1)．一根通電直導(dǎo)線水平放置在地球赤道上方，其中通有自西向東的恒定電流，則該導(dǎo)線受到地球磁場的安培力方向為（　　） A． 水平向北 B． 水平向南 C． 豎直向上 D． 豎直向下 4.(xx?江山市模擬?3)．如圖甲是磁電式電流表的結(jié)構(gòu)示意圖，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，如圖乙所示，邊長為l的正方形線圈中通以電流I，線圈中的某一條a導(dǎo)線電流方向垂直紙面向外，b導(dǎo)線電流方向垂直紙面向內(nèi)，a、b兩條導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B．則（　　） A． 該磁場是勻強(qiáng)磁場 B． 該線圈的磁通量為Bl2 C． a導(dǎo)線受到的安培力方向向下 D． b導(dǎo)線受到的安培力大小為BIL 5.(xx?蘇錫常鎮(zhèn)四市二調(diào)?7)．如圖所示，將圓柱形強(qiáng)磁鐵吸在干電池負(fù)極，金屬導(dǎo)線折成上端有一支點(diǎn)、下端開口的導(dǎo)線框，使導(dǎo)線框的頂端支點(diǎn)和底端分別與電源正極和磁鐵都接觸良好但不固定，這樣整個線框就可以繞電池軸心旋轉(zhuǎn)起來．下列判斷中正確的是 A．線框能旋轉(zhuǎn)起來，是因為電磁感應(yīng) B．俯視觀察，線框沿逆時針方向旋轉(zhuǎn) C．電池輸出的電功率大于線框旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功率 D．旋轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定時，線框中電流比剛開始轉(zhuǎn)動時的大 6.(xx?陜西三模?8)導(dǎo)體導(dǎo)電是導(dǎo)體中自由電荷定向移動的結(jié)果，這些可以定向移動的電荷又叫載流子，例如金屬導(dǎo)體中的載流子就是電子．現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體材料分為兩大類：一類是N型半導(dǎo)體，其載流子是電子，另一類是P型半導(dǎo)體，其載流子稱為“空穴”，相當(dāng)于帶正電的粒子．如果把某種導(dǎo)電材料制成長方體放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向如圖所示，且與長方體的前后側(cè)面垂直，當(dāng)長方體中通有向右的電流I時，測得長方體的上下表面的電勢分別為φ上和φ下，則（　　） A． 長方體如果是N型半導(dǎo)體，必有φ上＞φ下 B． 長方體如果是P型半導(dǎo)體，必有φ上＞φ下 C． 長方體如果是P型半導(dǎo)體，必有φ上＜φ下 D． 長方體如果是金屬導(dǎo)體，必有φ上＜φ下 7.(xx?北京朝陽二練?17)．如圖所示，在MNQP中有一垂直紙面向里勻強(qiáng)磁場。質(zhì)量和電荷量都相等的帶電粒子a、b、c以不同的速率從O點(diǎn)沿垂直于PQ的方向射入磁場，圖中實線是它們的軌跡。已知O是PQ的中點(diǎn)，不計粒子重力。下列說法中正確的是 A．粒子a帶負(fù)電，粒子b、c帶正電 B．射入磁場時粒子a的速率最小 C．射出磁場時粒子b的動能最小 D．粒子c在磁場中運(yùn)動的時間最長 8.(xx?吉林三模?19). 圖示是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場。下列表述正確的是（ ） A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向內(nèi) C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小 9.(xx?大慶實驗中學(xué)三模?21)．回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示.設(shè)D形盒半徑為R．若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，高頻交流電頻率為f.則下列說法正確的是( ) A．質(zhì)子的回旋頻率等于2f B．質(zhì)子被電場加速的次數(shù)與加速電壓有關(guān) C．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2πfR D．不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速α粒子 二．非選擇題 10.(xx?連徐宿三調(diào)?14)．(16分)如圖，在邊長為L的等邊三角形ACD區(qū)域內(nèi)，存在垂直于所在平面向里的勻強(qiáng)磁場。大量的質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子以相同速度（速度大小未確定）沿垂直于CD的方向射入磁場，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后三條邊均有粒子射出，其中垂直于AD邊射出的粒子在磁場中運(yùn)動的時間為t0。不計粒子的重力及粒子間的相互作用。求： ⑴磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小； ⑵要確保粒子能從CD邊射出，射入的最大速度； ⑶AC、AD邊上可能有粒子射出的范圍。 A D C 11.(xx?懷化三模?25）．（18分）如圖所示的xOy坐標(biāo)系中，y軸右側(cè)空間存在范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于xOy平面向里。P點(diǎn)的坐標(biāo)為（-2L，0），Q1、Q2兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為（0， L），（0，-L）。坐標(biāo)為（，0）處的C點(diǎn)固定一平行于y軸放置的長為的絕緣彈性擋板，C為擋板中點(diǎn)，帶電粒子與彈性絕緣擋板碰撞前后，沿y方向分速度不變，沿x方向分速度反向，大小不變。 帶負(fù)電的粒子質(zhì)量為m，電量為q，不計粒子所受重力。若粒子在P點(diǎn)沿PQ1方向進(jìn)入磁場，經(jīng)磁場運(yùn)動后，求： x P y Q1 Q2 C O (-2L,0) (0, L) (0, -L) )θ B （1）若從Q1直接到達(dá)Q2處的粒子初速度大??； （2）若從Q1直接到達(dá)O點(diǎn)，粒子第一次經(jīng)過x軸的交點(diǎn)坐標(biāo)； （3）若只與擋板碰撞兩次并能回到P點(diǎn)的粒子初速度大小。 第2講 磁場（A卷） 參考答案與詳解 1.【答案】B 【命題立意】本題旨在考查物理學(xué)史。 【解析】A、胡克認(rèn)為只有在一定的條件下，彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比，故A錯誤； B、牛頓認(rèn)為在足夠高的山上以足夠大的水平速度拋出物體，物體就不會再落到地球上，故B正確； C、法拉第發(fā)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并堅信電和磁之間存在一定的聯(lián)系，故C錯誤； D、法拉第首先引入電場線和磁感線，極大地促進(jìn)了他對電磁現(xiàn)象的研究，故D錯誤。 故選：B 2.【答案】C 【命題立意】本題旨在考查磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁感線及用磁感線描述磁場。 【解析】當(dāng)趨向無窮大時，小磁針?biāo)傅姆较驗榈厍虻拇艌龅姆较?，所以根?jù)題圖可知，趨向無窮大時，趨向1，則趨向，即小磁針的方向與的方向垂直，所以 的方向為向東．當(dāng)非常小時，小磁針的N極沿方向，即向東。 A、由圖可知，開始時N背離O點(diǎn)，所以O(shè)點(diǎn)處的磁極是N極，故A錯誤； B、由以上的分析可知，P的中軸線沿東西方向，與地磁場方向垂直，故B錯誤；C、由乙圖可知，處，則，P在處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，，所以：故C正確； D、處合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為，故D錯誤。 故選：C 3.【答案】C 【命題立意】本題旨在考察左手定則 【解析】 通過地磁場方向：由地理的南極指向北極，及電流方向，根據(jù)左手定則判斷安培力的方向． 赤道處的磁場方向從南向北，電流方向自西向東，根據(jù)左手定則，安培力的方向豎直向上．故C正確，A、B、D錯誤． 4.【答案】D 【命題立意】本題旨在考查磁電式電表原理。 【解析】A、該磁場明顯不是勻強(qiáng)磁場，勻強(qiáng)磁場應(yīng)該是一系列平行的磁感線，方向相同，故A錯誤； B、線圈與磁感線平行，故磁通量為零，故B錯誤； C、a導(dǎo)線電流向外，磁場向右，根據(jù)左手定則，安培力向上，故C錯誤； D、導(dǎo)線b始終與磁感線垂直，故受到的安培力大小一直為，故D正確； 故選：D 5.【答案】BC 【命題立意】本題旨在考察通電導(dǎo)線在磁場中的受力 【解析】根據(jù)左手定則判斷螺絲釘?shù)霓D(zhuǎn)動方向，根據(jù)能量守恒定律判斷電流的大小 A、B小磁鐵產(chǎn)生的磁場方向為螺絲的下端A向下流向磁鐵，對螺絲的下端平臺側(cè)面分析， 扁圓柱形磁鐵上端為S極，下端為N極 周圍磁感線由上往下斜穿入螺絲內(nèi)部 在垂直于紙面向外的徑向上，磁感應(yīng)線有垂直于紙面向里的分量 在此徑向上的負(fù)電荷由下往上運(yùn)動，由左手定則知： 此負(fù)電荷受到垂直于徑向沿紙面向右的洛倫茲力，即在徑向的左垂線方向； 同理，其他任一徑向上的電荷均受到左垂線方向的洛倫茲力（中心原點(diǎn)除外） 所以，由上往下看（俯視），螺絲沿逆時針轉(zhuǎn)動， 所以該裝置的原理是電流在磁場中的受力，不是電磁感應(yīng)．故A錯誤，B正確； C、因為電源消耗的總功率一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為動能，所以總功率大于熱功率．故C正確． D、受到的安培力開始時使線圈做加速運(yùn)動，當(dāng)安培力等于阻力時速度達(dá)到最大．故D錯誤 故選：BC 6.【答案】AC 【命題立意】本題旨在考察霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用 【解析】如果是P型半導(dǎo)體，載流子是正電荷，如果是N型半導(dǎo)體，載流子為電子．抓住電荷在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在上下表面產(chǎn)生電勢差，從而確定電勢的高低． A、如果是N型半導(dǎo)體，載流子是負(fù)電荷，根據(jù)左手定則，負(fù)電荷向下偏，則下表面帶負(fù)電，則φ上＞φ下．故A正確． B、如果是P型半導(dǎo)體，載流子是正電荷，根據(jù)左手定則，正電荷向下偏，則下表面帶正電，則φ上＜φ下．故B錯誤，C正確． D、如果是金屬導(dǎo)體，則移動的自由電子，根據(jù)左手定則，負(fù)電荷向下偏，則下表面帶負(fù)電，則φ上＞φ下．故D錯誤． 7.【命題立意】考查帶電粒子在磁場中的運(yùn)動 【答案】D 【解析】根據(jù)若a、b、c均為正電荷,運(yùn)動電荷所受洛倫茲力方向即可判斷出a、b、c向均應(yīng)向左偏轉(zhuǎn)，與b、c偏轉(zhuǎn)方向?qū)嶋H相反，因此粒子a帶正電，粒子b、c帶負(fù)電，故A錯誤； 帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供，即： ，解得，由此可得知，當(dāng)速度越大時，軌道半徑越大，射入磁場時粒子c的速率最小，動能最小，故B、C均錯誤；粒子運(yùn)動的周期為，故粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)角越大，運(yùn)動時間越長，故D正確。 8.【答案】AC 【命題立意】本題旨在考查質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理。 【解析】A、進(jìn)入的粒子滿足，知道粒子電量后，便可求出的質(zhì)量，所以質(zhì)譜儀可以用來分析同位素，故A正確； B、假設(shè)粒子帶正電，則受電場力向左，由左手定則可判斷磁場方向垂直紙面向外，故B錯誤； C、由，得，此時離子受力平衡，可沿直線穿過選擇器，故C正確； D、由，知越小，荷質(zhì)比越大；粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子圓周運(yùn)動的半徑越小荷質(zhì)比越大，故D錯誤。 故選：AC 9.【答案】BC 【命題立意】本題旨在考查質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理。 【解析】A、回旋加速器粒子在磁場中運(yùn)動的周期和高頻交流電的周期相等，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中回旋頻率等于f，故A錯誤； B、根據(jù)，得：，與加速的電壓無關(guān)，然而一次加速，則有：，因此質(zhì)子被電場加速的次數(shù)與加速電壓有關(guān)，故B正確； C、當(dāng)粒子從D形盒中出來時速度最大，，故C正確； D、根據(jù)，知質(zhì)子換成粒子，比荷發(fā)生變化，則在磁場中運(yùn)動的周期發(fā)生變化，回旋加速器粒子在磁場中運(yùn)動的周期和高頻交流電的周期相等，故需要改變磁感應(yīng)強(qiáng)度或交流電的周期，故D錯誤。 故選：BC 10.【答案】⑴；⑵；⑶、。 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動。 【解析】⑴洛倫茲力提供向心力，有： 周期： L/2 r A C D E 當(dāng)粒子垂直AD邊射出時，根據(jù)幾何關(guān)系有：圓心角為60o 解得： ⑵ 當(dāng)軌跡圓與AC、AD都相切時，粒子能從CD邊射出，半徑最大，速度為最大值，此時： O F D C A 根據(jù) 得： 解得： 所以， 粒子射入的速度應(yīng)滿足 ⑶由⑵知，當(dāng)軌跡圓與AC相切時，從AC邊射出的粒子距C最遠(yuǎn) 故有粒子射出的范圍為CE段， 當(dāng)軌跡圓與AD邊的交點(diǎn)F恰在圓心O正上方時，射出的 粒子距D點(diǎn)最遠(yuǎn)。故有粒子射出的范圍為DF段， 答：⑴磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為； ⑵要確保粒子能從CD邊射出，射入的最大速度為； ⑶AC、AD邊上可能有粒子射出的范圍為CE段和DF段，、。 11.【答案】（1）；(2) （，0）;(3) 【命題立意】該題考查帶電粒子在磁場的圓周運(yùn)動 【解析】（1）由題意畫出粒子運(yùn)動軌跡如圖（甲）所示，設(shè)PQ1與x軸正方向夾角為θ，粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑大小為R1，由幾何關(guān)系得： (-2L，0) (0,L) Q1 Q2 P C O x y R1 q q 圖甲 (0,-L) （其中：） （2分） 粒子磁場中做勻速圓周運(yùn)動有: （2分） 解得： （1分） F R2 q (-2L，0) (0,L) Q1 Q2 P C O x y q 圖乙 (0,-L) （2）由題意畫出粒子運(yùn)動軌跡如圖（乙）所示，設(shè)其與x軸交點(diǎn)為F， 由幾何關(guān)系得：，解得，R2= （2分） 設(shè)F點(diǎn)橫坐標(biāo)為xF，由幾何關(guān)系得： ，解得， （2分） 則交點(diǎn)F的坐標(biāo)為：（，0）　?。?分） （說明：由數(shù)學(xué)知識證明，并解出正確結(jié)果相應(yīng)給分。） Q1 Q2 P C O x y R3 q q A E D B 圖（丙） (0,L) (0,-L) (-2L,0) （3）由題意畫出粒子運(yùn)動軌跡如圖（丙）所示，設(shè)粒子 在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑大小為R3,偏轉(zhuǎn)一次后沿y軸 負(fù)方向偏移的距離為?y1（如圖中Q1、E間距）, 由幾何關(guān)系得： （1分） 粒子與擋板碰撞后，速度方向應(yīng)與PQ1連線 平行，每碰撞一次，粒子進(jìn)出磁場在y軸上這段 距離（如圖中A、E間距）可由題給條件，有: 　　　　　?。?分） 當(dāng)粒子只碰二次，為保證粒子最終能回到P，其幾何條件是: 　　 （2分） 聯(lián)立解得： 　　?。?分） 粒子磁場中做勻速圓周運(yùn)動： 解得： 　　　　　 （2分） （說明：本題有其它解法，正確的對照評分標(biāo)準(zhǔn)給分。）