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2019-2020年高考物理試題分類匯編 專題九 磁場 考點(diǎn)一　磁場　磁場力 1.(xx海南單科,1,3分)如圖,a是豎直平面P上的一點(diǎn)。P前有一條形磁鐵垂直于P,且S極朝向a點(diǎn)。P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下,在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點(diǎn)。在電子經(jīng)過a點(diǎn)的瞬間,條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向(　　) A.向上 B.向下 C.向左 D.向右 答案　A　 2.(xx課標(biāo)Ⅱ,18,6分)(多選)指南針是我國古代四大發(fā)明之一。關(guān)于指南針,下列說法正確的是(　　) A.指南針可以僅具有一個磁極 B.指南針能夠指向南北,說明地球具有磁場 C.指南針的指向會受到附近鐵塊的干擾 D.在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導(dǎo)線,導(dǎo)線通電時指南針不偏轉(zhuǎn) 答案　BC　 9.(xx課標(biāo)Ⅰ,24,12分)如圖,一長為10 cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場中;磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T,方向垂直于紙面向里;彈簧上端固定,下端與金屬棒絕緣。金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12 V的電池相連,電路總電阻為2 Ω。已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5 cm;閉合開關(guān),系統(tǒng)重新平衡后,兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3 cm。重力加速度大小取10 m/s2。判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向,并求出金屬棒的質(zhì)量。 答案　依題意,開關(guān)閉合后,電流方向為從b到a,由左手定則可知,金屬棒所受的安培力方向為豎直向下。 開關(guān)斷開時,兩彈簧各自相對于其原長的伸長量為Δl1=0.5 cm。由胡克定律和力的平衡條件得 2kΔl1=mg① 式中,m為金屬棒的質(zhì)量,k是彈簧的勁度系數(shù),g是重力加速度的大小。 開關(guān)閉合后,金屬棒所受安培力的大小為 F=IBL② 式中,I是回路電流,L是金屬棒的長度。兩彈簧各自再伸長了Δl2=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡條件得 2k(Δl1+Δl2)=mg+F③ 由歐姆定律有 E=IR④ 式中,E是電池的電動勢,R是電路總電阻。 聯(lián)立①②③④式,并代入題給數(shù)據(jù)得 m=0.01 kg⑤ (安培力方向判斷正確給2分,①②③④⑤式各2分。) 考點(diǎn)二　帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動 1.(xx課標(biāo)Ⅰ,14,6分)兩相鄰勻強(qiáng)磁場區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不同、方向平行。一速度方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直的帶電粒子(不計重力),從較強(qiáng)磁場區(qū)域進(jìn)入到較弱磁場區(qū)域后,粒子的(　　) A.軌道半徑減小,角速度增大 B.軌道半徑減小,角速度減小 C.軌道半徑增大,角速度增大 D.軌道半徑增大,角速度減小 答案　D　 2.(xx課標(biāo)Ⅱ,19,6分)(多選)有兩個勻強(qiáng)磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,Ⅰ中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是Ⅱ中的k倍。兩個速率相同的電子分別在兩磁場區(qū)域做圓周運(yùn)動。與Ⅰ中運(yùn)動的電子相比,Ⅱ中的電子(　　) A.運(yùn)動軌跡的半徑是Ⅰ中的k倍 B.加速度的大小是Ⅰ中的k倍 C.做圓周運(yùn)動的周期是Ⅰ中的k倍 D.做圓周運(yùn)動的角速度與Ⅰ中的相等 答案　AC　 3.(xx四川理綜,7,6分)(多選)如圖所示,S處有一電子源,可向紙面內(nèi)任意方向發(fā)射電子,平板MN垂直于紙面。在紙面內(nèi)的長度L=9.1 cm,中點(diǎn)O與S間的距離d=4.55 cm,MN與SO直線的夾角為θ,板所在平面有電子源的一側(cè)區(qū)域有方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=2.010-4 T。電子質(zhì)量m=9.110-31 kg,電量e=-1.610-19 C,不計電子重力。電子源發(fā)射速度v=1.6106 m/s的一個電子,該電子打在板上可能位置的區(qū)域的長度為l,則 (　　) A.θ=90時,l=9.1 cm B.θ=60時,l=9.1 cm C.θ=45時,l=4.55 cm D.θ=30時,l=4.55 cm 答案　AD　 4.(xx北京理綜,17,6分)實驗觀察到,靜止在勻強(qiáng)磁場中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變,衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動,運(yùn)動方向和軌跡示意如圖。則(　　) A.軌跡1是電子的,磁場方向垂直紙面向外 B.軌跡2是電子的,磁場方向垂直紙面向外 C.軌跡1是新核的,磁場方向垂直紙面向里 D.軌跡2是新核的,磁場方向垂直紙面向里 答案　D　 5.(xx廣東理綜,16,4分)在同一勻強(qiáng)磁場中,α粒子He)和質(zhì)子H)做勻速圓周運(yùn)動,若它們的動量大小相等,則α粒子和質(zhì)子(　　) A.運(yùn)動半徑之比是2∶1 B.運(yùn)動周期之比是2∶1 C.運(yùn)動速度大小之比是4∶1 D.受到的洛倫茲力之比是2∶1 答案　B　 12.(xx江蘇單科,15,16分)一臺質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示,電荷量均為+q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場,其初速度幾乎為零。這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN=L,且OM=L。某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)區(qū)域MQ損壞,檢測不到離子,但右側(cè)區(qū)域QN仍能正常檢測到離子。在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后,原本打在MQ的離子即可在QN檢測到。 (1)求原本打在MN中點(diǎn)P的離子質(zhì)量m; (2)為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域,求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍; (3)為了在QN區(qū)域?qū)⒃敬蛟贛Q區(qū)域的所有離子檢測完整,求需要調(diào)節(jié)U的最少次數(shù)。(取lg2=0.301,lg3=0.477,lg5=0.699) 答案　(1)　(2)≤U≤　(3)3次 13.(xx山東理綜,24,20分)如圖所示,直徑分別為D和2D的同心圓處于同一豎直面內(nèi),O為圓心,GH為大圓的水平直徑。兩圓之間的環(huán)形區(qū)域(Ⅰ區(qū))和小圓內(nèi)部(Ⅱ區(qū))均存在垂直圓面向里的勻強(qiáng)磁場。間距為d的兩平行金屬極板間有一勻強(qiáng)電場,上極板開有一小孔。一質(zhì)量為m、電量為+q的粒子由小孔下方處靜止釋放,加速后粒子以豎直向上的速度v射出電場,由H點(diǎn)緊靠大圓內(nèi)側(cè)射入磁場。不計粒子的重力。 (1)求極板間電場強(qiáng)度的大小; (2)若粒子運(yùn)動軌跡與小圓相切,求Ⅰ區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小; (3)若Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別為、,粒子運(yùn)動一段時間后再次經(jīng)過H點(diǎn),求這段時間粒子運(yùn)動的路程。 答案　(1)　(2)或　(3)5.5πD 考點(diǎn)三　帶電粒子在復(fù)合場中的運(yùn)動 4.(xx福建理綜,22,20分)如圖,絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場方向水平向右,電場強(qiáng)度大小為E,磁場方向垂直紙面向外,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始沿MN下滑,到達(dá)C點(diǎn)時離開MN做曲線運(yùn)動。A、C兩點(diǎn)間距離為h,重力加速度為g。 (1)求小滑塊運(yùn)動到C點(diǎn)時的速度大小vC; (2)求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf; (3)若D點(diǎn)為小滑塊在電場力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動過程中速度最大的位置,當(dāng)小滑塊運(yùn)動到D點(diǎn)時撤去磁場,此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動到水平地面上的P點(diǎn)。已知小滑塊在D點(diǎn)時的速度大小為vD,從D點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)的時間為t,求小滑塊運(yùn)動到P點(diǎn)時速度的大小vP。 答案　(1)　(2)mgh- (3) 5.(xx天津理綜,12,20分)現(xiàn)代科學(xué)儀器常利用電場、磁場控制帶電粒子的運(yùn)動。真空中存在著如圖所示的多層緊密相鄰的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,電場與磁場的寬度均為d。電場強(qiáng)度為E,方向水平向右;磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里。電場、磁場的邊界互相平行且與電場方向垂直。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子在第1層電場左側(cè)邊界某處由靜止釋放,粒子始終在電場、磁場中運(yùn)動,不計粒子重力及運(yùn)動時的電磁輻射。 (1)求粒子在第2層磁場中運(yùn)動時速度v2的大小與軌跡半徑r2; (2)粒子從第n層磁場右側(cè)邊界穿出時,速度的方向與水平方向的夾角為θn,試求sin θn; (3)若粒子恰好不能從第n層磁場右側(cè)邊界穿出,試問在其他條件不變的情況下,也進(jìn)入第n層磁場,但比荷較該粒子大的粒子能否穿出該層磁場右側(cè)邊界,請簡要推理說明之。 答案　(1)2　　(2)B (3)若粒子恰好不能從第n層磁場右側(cè)邊界穿出,則 θn= sin θn=1 在其他條件不變的情況下,換用比荷更大的粒子,設(shè)其比荷為,假設(shè)能穿出第n層磁場右側(cè)邊界,粒子穿出時速度方向與水平方向的夾角為θn,由于> 則導(dǎo)致sin θn>1 說明θn不存在,即原假設(shè)不成立。所以比荷較該粒子大的粒子不能穿出該層磁場右側(cè)邊界。 6.(xx浙江理綜,25,22分)使用回旋加速器的實驗需要把離子束從加速器中引出,離子束引出的方法有磁屏蔽通道法和靜電偏轉(zhuǎn)法等。質(zhì)量為m,速度為v的離子在回旋加速器內(nèi)旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)軌道是半徑為r的圓,圓心在O點(diǎn),軌道在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。 為引出離子束,使用磁屏蔽通道法設(shè)計引出器。引出器原理如圖所示,一對圓弧形金屬板組成弧形引出通道,通道的圓心位于O點(diǎn)(O點(diǎn)圖中未畫出)。引出離子時,令引出通道內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度降低,從而使離子從P點(diǎn)進(jìn)入通道,沿通道中心線從Q點(diǎn)射出。已知OQ長度為L,OQ與OP的夾角為θ。 (1)求離子的電荷量q并判斷其正負(fù); (2)離子從P點(diǎn)進(jìn)入,Q點(diǎn)射出,通道內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)降為B,求B; (3)換用靜電偏轉(zhuǎn)法引出離子束,維持通道內(nèi)的原有磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變,在內(nèi)外金屬板間加直流電壓,兩板間產(chǎn)生徑向電場,忽略邊緣效應(yīng)。為使離子仍從P點(diǎn)進(jìn)入,Q點(diǎn)射出,求通道內(nèi)引出軌跡處電場強(qiáng)度E的方向和大小。 答案　(1)　正電荷 (2) (3)方向沿徑向向外　Bv- 7.(xx重慶理綜,9,18分)圖為某種離子加速器的設(shè)計方案。兩個半圓形金屬盒內(nèi)存在相同的垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場。其中MN和MN是間距為h的兩平行極板,其上分別有正對的兩個小孔O和O,ON=ON=d,P為靶點(diǎn),OP=kd(k為大于1的整數(shù))。極板間存在方向向上的勻強(qiáng)電場,兩極板間電壓為U。質(zhì)量為m、帶電量為q的正離子從O點(diǎn)由靜止開始加速,經(jīng)O進(jìn)入磁場區(qū)域。當(dāng)離子打到極板上ON區(qū)域(含N點(diǎn))或外殼上時將會被吸收。兩虛線之間的區(qū)域無電場和磁場存在,離子可勻速穿過。忽略相對論效應(yīng)和離子所受的重力。求: (1)離子經(jīng)過電場僅加速一次后能打到P點(diǎn)所需的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小; (2)能使離子打到P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的所有可能值; (3)打到P點(diǎn)的能量最大的離子在磁場中運(yùn)動的時間和在電場中運(yùn)動的時間。 答案　(1)　(2)(n=1,2,3…k2-1) (3)　h