2021年高考物理试题专题20 磁场（A）

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2021年高考物理精品试题专题20 磁场（A）一、选择题如图所示，在两个水平放置的平行金属板之间，电场和磁场的方向相互垂直。一个带电粒子（不计重力）沿平行极板的方向进入板间，穿出时的电势能增加，为使它保持电势能不变穿过板间，可以     A．适当减小射入速度 B．适当减小电场强度 C．适当增大磁感应强度 D．保持极板电量不变，适当增大板间距离 某空间存在着如图所示的水平方向的匀强磁场， 、 两个物块叠放在一起，并置于光滑的绝缘水平地面上。物块 带正电，物块 为不带电的绝缘块。水平恒力 作用在物块 上，使 、 一起由静止开始向左运动。在 、 一起向左运动的过程中，以下关于 、 受力的说法中正确的是     A． 对 的摩擦力保持不变 B． 对 的摩擦力变小 C． 对 的摩擦力变大 D． 对地面的压力保持不变 如图所示，单匝矩形闭合导线框 全部处于磁感应强度为 的水平匀强磁场中，线框面积为 ，电阻为 ，线框绕与 边重合的竖直固定转轴以角速度 从中性面开始匀速转动，下列说法正确的是：     A．转过 时，线框中的电流方向为  B．线框中感应电流的有效值为  C．线框转一周的过程中，产生的热量为  D．从中性面开始转过 的过程中，通过导线横截面积的电荷量为  二、双选题如图，边长为 的正方形 内存在匀强磁场，磁感应强度大小为 ，方向垂直于纸面（ 所在平面）向外。 边中点有一电子发射源 ，可向磁场内沿垂直于 边的方向发射电子。已知电子的比荷为 。则从 、 两点射出的电子的速度大小分别为     A．从 点射出的电子的速度大小为  B．从 点射出的电子的速度大小为  C．从 点射出的电子的速度大小为  D．从 点射出的电子的速度大小为  三、解答题如图是某屏蔽高能粒子辐射的装置，铅盒左侧面中心 有一放射源可通过铅盒右侧面的狭缝 向外辐射 粒子，铅盒右侧有一左右边界平行的匀强磁场区域。过 的截面 位于垂直磁场的平面内， 垂直于 。已知 。 粒子质量 ，电荷量 ，速率 ；磁场的磁感应强度 ，方向垂直于纸面向里；粒子重力不计，忽略粒子间的相互作用及相对论效应，，。(1)  求垂直于磁场边界向左射出磁场的粒子在磁场中运动的时间 ；(2)  若所有粒子均不能从磁场右边界穿出，即达到屏蔽作用，求磁场区域的最小宽度 。 如图甲所示， 、 为竖直放置两块正对的平行金属板，圆形虚线为与 相连且接地的圆形金属网罩（电阻不计），板 、 上正对的小孔 、 与网罩的圆心 三点共线，网罩的半径为 ，网罩内存在磁感应强度大小为 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，金属收集屏 上各点到 点的距离都为 ，两端点 、 关于连线 对称，屏 所对的圆心角 ，收集屏通过阻值为 的电阻与大地相连， 、 间且接有如图乙所示的随时间 变化的电压，，（式中 ，周期 已知），质量为 、电荷量为 的质子连续不断地经 进入 、 间的电场，接着通过 进入磁场（质子通过 、 的过程中，板间电场可视为恒定，质子在 处的速度可视为零，整个过程中质子的重力及质子间相互作用均不计）。(1)  在 时刻经 进入的质子在进入磁场时速度的大小 ；(2)  质子在哪些时刻自 处进入板间，穿出磁场后均能打到收集屏 上；(3)  若 、 之间的电压恒为 ，且每秒钟进入 的质子数为 ，则收集屏 电势稳定时的发热功率为多少。 如图所示，在光滑的绝缘水平面内建立平面直角坐标系 ，在第一、二、四象限内存在竖直向下的匀强磁场，第三象限内存在竖直向上的匀强磁场，两个磁场的磁感应大小都为 ，在原点 放置一个不带电的小球 ，球 质量为 。 、 为坐标轴上的两个点，现有一质量为 、电荷量为 的小球 从 点沿着 方向射出，速度大小不确定。经一段时间击中小球 ，二者结合在一起，随后它们继续运动通过了 点。小球的电荷量不发生变化，忽略两小球碰撞的时间。试求：(1)  碰撞过程中两小球组成的系统损失的动能与系统初动能的比值；(2)  小球 从 点运动到 点路程的所有可能值；(3)  小球 从 点运动到 点的最短时间。 四、选择题现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 倍。此离子和质子的质量比约为     A．  B．  C．  D．  五、双选题如图所示，一长为 、宽为 的矩形导线框 ，在水平外力作用下从紧靠磁感应强度为 的匀强磁场边缘处以速度 向右匀速运动 ，规定水平向左为力的正方向。下列关于水平外力的冲量 、导线框 两点间的电势差 、通过导线框的电量 及导线框所受安培力 随其运动的位移 变化的图象正确的是     A． B． C． D． 六、解答题如图甲所示，两根足够长的光滑平行直导轨固定在水平面上，导轨左侧连接一电容器，一金属棒垂直放在导轨上，且与导轨接触良好。在整个装置中加上垂直于导轨平面的磁场，磁感应强度按图乙所示规律变化。 内在导体棒上施加外力使导体棒静止不动， 时刻撤去外力。已知电容器的电容为 ，两导轨间距为 ，导体棒到导轨左侧的距离为 ，导体棒的质量为 。求：(1)  电容器带电量的最大值；(2)  导体棒能够达到的最大速度 。 七、双选题如图所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为 的匀强磁场，一质量为 且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速度放置一质量为 、电荷量 的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为 ，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。 时对木板施加方向水平向左、大小为 的恒力， 取 。则     A．木板和滑块一直做加速度为 的匀加速运动 B．滑块开始做加速度减小的变加速运动，最后做速度为 的匀速运动 C．木板先做加速度为 的匀加速运动，再做加速度增加的运动，最后做加速度为 的匀加速运动 D． 时滑块和木板未分离且有相对滑动
答案一、选择题1.  【答案】A【解析】粒子进入电磁场区域受到的洛伦兹力和电场力方向相反，根据题意，电势能增加，说明电场力做负功，洛伦兹力大于电场力，向洛伦兹力方向偏转，若要保持电势能不变，则减小洛伦兹力或增加电场力均可以，从而使洛伦兹力和电场力平衡。减小射入速度，可减小洛伦兹力，可以使电场力等于洛伦兹力，故A正确；减小电场强度，电场力变小，故B错误；适当增大磁感应强度，洛伦兹力增大，故C错误；根据电容的决定式 ，电场强度 ，电场强度不随距离改变，所以不能使粒子电势能不变，故D错误。 2.  【答案】A【解析】地面是光滑的，对整体：，可知系统的加速度不变；对 ， 受到的摩擦力提供 的加速度则：，可知， 对 的摩擦力不变，故A正确；  对 的摩擦力不变，根据牛顿第三定律可知， 对 的摩擦力不变，故B错误；物体 带正电，在向左运动的过程中，受到的洛伦兹力的方向向下，由 ，可知洛伦兹力随速度的增大而增大，所以对 的压力变大， 对地面的压力变大，故D错误。 3.  【答案】B 二、双选题4.  【答案】B；C 三、解答题5.  【答案】(1)   (2)   【解析】(1)  粒子在磁场内做匀速圆周运动，则：，垂直于磁场边界向左射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为：，代入数据解得：。(2)  粒子在磁场中做匀速圆周运动，，代入数据解得：。若沿 方向进入磁场的粒子运动轨迹与磁场右边界相切，则所有粒子均不能从磁场的右边界射出，如图所示，由几何关系可得：，代入数据可得：。 6.  【答案】(1)   (2)   (3)   【解析】(1)  质子在电场间运动时，有 ，在 时，，可得 。(2)  质子在磁场间运动时 ，质子能打在收集屏上，有 ， ，，可得板间电压 。结合图象可知，质子在 到 之间进入电场，能打到收集屏上。(3)  单位时间内，质子的总能量 ， ，，由能量守恒 ，，联立以上各式，可得 。 7.  【答案】(1)   (2)   或 (3)   【解析】(1)  设小球 在 点的速度大小为 ，则它在磁场中运动时，速度大小不变，设两小球碰后一起运动的速度为 ，碰撞过程中，由动量守恒定律得：，碰撞过程系统损失的动能：，系统初动能：，联立①②③,得 。(2)  洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：对 球：，对 、 系统：，解得：，球经过 点的运动过程分两种情况：① 段是奇数段 圆弧组成， 段为奇数段 圆弧组成，细线运动轨迹如图所示：由几何知识得：，小球的路程： 解得：，② 与 段都是由偶数段 圆弧组成，小球运动轨迹如图所示：由几何知识得：，路程： , 取 解得：；综上可得，小球 从 点运动到 点的路程可能值是 或 。(3)  ①第一种情况，小球 从 运动到 的时间： ，解得：，②第二种情况，小球 从 点运动到 点的运动时间： ，解得：，综上所述，小球 从 点运动到 点的最短运动时间为：。 四、选择题8.  【答案】D【解析】设加速电压为 ，质子做匀速圆周运动的半径为 ，原来磁场的磁感应强度为 ，质子质量为 ，一价正离子质量为 。质子在入口处从静止开始加速，由动能定理得 ，质子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，；一价正离子在入口处从静止开始加速，由动能定理得，，该正离子在磁感应强度为 的匀强磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径仍为 ，洛伦兹力提供向心力，；联立解得 ，选项D正确。 五、双选题9.  【答案】A；B【解析】进入磁场的过程中，安培力 ， 、 、 不变，则 不变；完全进入磁场，感应电流为零，安培力为零，D错误；因为导线框匀速运动，水平外力和安培力 大小相等，进入磁场过程中，水平外力的冲量 ，所以 关系图象为正比例函数，完全进入后外力为零，冲量为零，A正确；进入磁场的过程中，有 ，完全进入磁场的过程中， 边的电势差 ，B正确；进入磁场的过程中 ，所以 关系图象为正比例函数，完全进入后电流为零， 不变但不为零，C错误。 六、解答题10.  【答案】(1)   (2)   【解析】(1)  电容器两极板的电压 ，电容器的带电量 。解得 。(2)  电容器放电后剩余的电量 ， ，由动量定理得 ， ，解得 。 七、双选题11.  【答案】C；D【解析】本题易错点是临界条件判断错误。滑块和木板的运动过程如图所示，分析如下： 时，滑块与木板一起做匀加速直线运动，加速度 ，此时滑块与木板间的静摩擦力为 ，小于此时的最大静摩擦力 ，所以滑块与木板能保持相对静止。根据题意可知带正电的滑块向左运动时受到向上的洛伦兹力、支持力、向下的重力，即 ，随着滑块速度逐渐增加，滑块受到的洛伦兹力 逐渐增大，滑块和木板间的弹力 逐渐减小，所以滑块和木板间的最大静摩擦力逐渐减小，但只要满足最大静摩擦力大于 （弹力大于 ），即洛伦兹力 最大为 ，就能保证滑块与木板相对静止，根据 ，可知滑块和木板能一起加速至 ，即能维持一起加速的时间为 ，选项A、B均错；当 后，滑块和木板开始相对滑动，此时，滑块加速度小于 ，当 时，滑块速度小于 ，则滑块和木板未分离且有相对滑动，选项D正确；当滑块受到的洛伦兹力增大到等于滑块的重力，即 后，滑块与木板间的弹力为零，滑块和木板间的滑动摩擦力也为零，木板开始做加速度 的匀加速直线运动，滑块开始做匀速直线运动，选项C正确。