高考专题十磁场习题WORD版

这是一份高考专题十磁场习题WORD版，共58页。试卷主要包含了8N等内容，欢迎下载使用。
专题十　磁场
基础篇　固本夯基
考点一　磁场的描述
1.(2021全国甲,16,6分)两足够长直导线均折成直角,按图示方式放置在同一平面内,EO与O'Q在一条直线上,PO'与OF在一条直线上,两导线相互绝缘,通有相等的电流I,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时,所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为(　　)

　　　　　　　　　　　　　　　
A.B、0　　　　　　B.0、2B　　　　　　C.2B、2B　　　　　　D.B、B
答案　B　
2.(2020浙江7月选考,9,3分)特高压直流输电是国家重点能源工程。如图所示,两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流I1和I2,I1>I2。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直,b点位于两根导线间的中点,a、c两点与b点距离相等,d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响,则(　　)

A.b点处的磁感应强度大小为0
B.d点处的磁感应强度大小为0
C.a点处的磁感应强度方向竖直向下
D.c点处的磁感应强度方向竖直向下
答案　C　
3.(2020北京,8,3分)如图所示,在带负电荷的橡胶圆盘附近悬挂一个小磁针。现驱动圆盘绕中心轴高速旋转,小磁针发生偏转。下列说法正确的是(　　)

A.偏转原因是圆盘周围存在电场
B.偏转原因是圆盘周围产生了磁场
C.仅改变圆盘的转动方向,偏转方向不变
D.仅改变圆盘所带电荷的电性,偏转方向不变
答案　B　
4.(2021广东新高考适应卷,6)如图所示,矩形abcd的边长bc是ab的2倍。两细长直导线通有大小相等、方向相反的电流,垂直穿过矩形平面,与平面交于e、f两点,其中e、f分别为ad、bc的中点。下列说法正确的是(　　)

A.a点与b点的磁感应强度相同
B.a点与c点的磁感应强度相同
C.a点与d点的磁感应强度相同
D.a点与b、c、d三点的磁感应强度均不相同
答案　B　
5.(2021北京朝阳联考,3)中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角:“以磁石磨针锋,则能指南,然常微偏东,不全南也”。进一步研究表明,地球周围地磁场的磁感线分布如图所示。地磁场对宇宙射线有阻挡作用,从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有高能带电粒子,若到达地球,会对地球上的生命带来危害。结合上述材料,下列说法不正确的是(　　)

A.地磁场只分布在地球的外部
B.地磁场的北极在地理南极附近
C.地磁场穿过地球表面的磁通量为零
D.地磁场对直射地球的宇宙射线的阻挡作用在赤道附近最强,两极地区最弱
答案　A　
6.(2021福建,6,6分)(多选)如图,四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面,导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点,正方形中心位于坐标原点O,e为cd的中点且在y轴上;四条导线中的电流大小相等,其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里,其余导线电流方向垂直坐标平面向外。则(　　)

A.O点的磁感应强度为0
B.O点的磁感应强度方向由O指向c
C.e点的磁感应强度方向沿y轴正方向
D.e点的磁感应强度方向沿y轴负方向
答案　BD　
7.(2022届辽宁大连统考,2)如图所示,在圆O直径的两个端点P、Q处,固定着两条垂直圆O所在平面的通电长直导线。圆上的A、B、C、D四点恰构成一正方形,且AB∥PQ。已知两条导线中的电流大小相等,P处电流方向垂直纸面向里,Q处电流方向垂直纸面向外。下列说法正确的是(　　)

A.圆心O处的磁感应强度为零
B.A、B两点的磁感应强度相同
C.A、C两点的磁感应强度相同
D.A、D两点的磁感应强度相同
答案　C　
8.[2022届T8联考(2),5]如图,在等边三角形三个顶点处,各有一根长直导线垂直于纸面固定放置。在三根导线中均通有电流I,其中P、Q导线中电流垂直纸面向里,M导线中电流垂直纸面向外,每根导线在三角形中心O处产生的磁感应强度大小为B,则三角形中心O处磁感应强度的大小为(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A.0　　　　　　B.B　　　　　　C.2B　　　　　　D.23B
答案　C　
考点二　磁场对电流的作用
1.(2020海南,6,4分)如图,在一个蹄形电磁铁的两个磁极的正中间放置一根长直导线,当导线中通有垂直于纸面向里的电流I时,导线所受安培力的方向为(　　)

A.向上　　　　　　B.向下　　　　　　C.向左　　　　　　D.向右
答案　B　
2.(2021江苏,5,4分)在光滑桌面上将长为πL的软导线两端固定,固定点的距离为2L。导线通有电流I,处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导线中的张力为(　　)

A.BIL　　　　　　B.2BIL
C.πBIL　　　　　　D.2πBIL
答案　A　
3.(2021浙江6月选考,15,2分)(多选)如图所示,有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b,分别通以80A和100A、流向相同的电流,两导线构成的平面内有一点p,到两导线的距离相等。下列说法正确的是(　　)

A.两导线受到的安培力Fb=1.25Fa
B.导线所受的安培力可以用F=ILB计算
C.移走导线b前后,p点的磁感应强度方向改变
D.在离两导线平面有一定距离的有限空间内,不存在磁感应强度为零的位置
答案　BCD　
4.(2019江苏单科,7,4分)(多选)如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通过的电流大小相等。矩形线框位于两条导线的正中间,通有顺时针方向的电流,在a、b产生的磁场作用下静止。则a、b的电流方向可能是(　　)

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
答案　CD　
5.(2021八省联考B卷,6)如图所示为测磁感应强度大小的一种方式,边长为L、一定质量的等边三角形导线框用绝缘细线悬挂于天花板,导线框中通以逆时针方向的电流。图中虚线过ab边中点和ac边中点,在虚线的下方有垂直于导线框平面向里的匀强磁场,导线框中的电流大小为I。此时导线框处于静止状态,通过传感器测得细线中的拉力大小为F1,保持其他条件不变,现将虚线下方的磁场移至虚线上方,此时测得细线中的拉力大小为F2。则磁感应强度大小为(　　)

A.F2-F1IL　　　　　　B.F2-F12IL
C.2(F2-F1)IL　　　　　　D.2(F2-F1)3IL
答案　A　
6.(2021湖南新高考适应卷,5)如图,力传感器固定在天花板上,边长为L的正方形匀质导线框abcd用不可伸长的轻质绝缘细线悬挂于力传感器的测力端,导线框与磁感应强度方向垂直,线框的bcd部分处于匀强磁场中,b、d两点位于匀强磁场的水平边界线上。若在导线框中通以大小为I、方向如图所示的恒定电流,导线框处于静止状态时,力传感器的示数为F1。只改变电流方向,其他条件不变,力传感器的示数为F2。该匀强磁场的磁感应强度大小为(　　)

A.F2-F14IL　　　　　　B.F1-F24IL
C.2(F2-F1)4IL　　　　　　D.2(F1-F2)4IL
答案　C　
考点三　磁场对运动电荷的作用
1.(2020江苏南通启东中学开学考)如图所示,一束电子流沿管的轴线进入螺线管,忽略重力,电子在管内的运动应该是(　　)

A.当从a端通入电流时,电子做匀加速直线运动
B.当从b端通入电流时,电子做匀加速直线运动
C.不管从哪端通入电流,电子都做匀速直线运动
D.不管从哪端通入电流,电子都做匀速圆周运动
答案　C　
2.(2020江苏新海高中学情调研,5)在直角坐标系xOy的第一象限内,存在一垂直于xOy平面、磁感应强度大小为2T的匀强磁场,如图所示,一带电粒子(重力不计)在x轴上的A点沿着y轴正方向以大小为2m/s的速度射入第一象限,并从y轴上的B点穿出。已知A、B两点的坐标分别为(8m,0)、(0,4m),则该粒子的比荷为(　　)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.0.1C/kg　　　　　　B.0.2C/kg
C.0.3C/kg　　　　　　D.0.4C/kg
答案　B　
3.(2021湖北,9,4分)(多选)一电中性微粒静止在垂直纸面向里的匀强磁场中,在某一时刻突然分裂成a、b和c三个微粒,a和b在磁场中做半径相等的匀速圆周运动,环绕方向如图所示,c未在图中标出。仅考虑磁场对带电微粒的作用力,下列说法正确的是(　　)

A.a带负电荷
B.b带正电荷
C.c带负电荷
D.a和b的动量大小一定相等
答案　BC　
4.(2020北京,19,10分)如图甲所示,真空中有一长直细金属导线MN,与导线同轴放置一半径为R的金属圆柱面。假设导线沿径向均匀射出速率相同的电子,已知电子质量为m,电荷量为e。不考虑出射电子间的相互作用。
(1)可以用以下两种实验方案测量出射电子的初速度:
a.在柱面和导线之间,只加恒定电压;
b.在柱面内,只加与MN平行的匀强磁场。
当电压为U0或磁感应强度为B0时,刚好没有电子到达柱面。分别计算出射电子的初速度v0。
(2)撤去柱面,沿柱面原位置放置一个弧长为a、长度为b的金属片,如图乙所示。在该金属片上检测到出射电子形成的电流为I,电子流对该金属片的压强为p。求单位长度导线单位时间内出射电子的总动能。

解析　(1)a.在柱面和导线之间,只加恒定电压U0,电子做匀减速运动,到达柱面时速度刚好为零。
由动能定理可得:-eU0=0-12mv02
解得:v0=2eU0m
b.在柱面和导线之间,只加匀强磁场B0,电子做匀速圆周运动,到达柱面时速度与柱面相切。
由图中几何关系可得:电子做圆周运动的轨道半径:r=R2
由洛伦兹力提供向心力可得:
ev0B0=mv02r
解得:v0=eB0R2m
(2)设单位长度导线单位时间内射出的电子数为n,由电流的定义式可知I=n·a2πR·be
由压强公式可得:电子流对该金属片的撞击力F=pab
在电子撞击金属片过程中,由动量定理可得
-FΔt=0-nab2πRΔtmv0
由动能的定义式可得:Ek=n×12mv02
联立可得Ek=πReabp2mI
5.(2022届新高考联考,12)在一个边长为L的正方形区域内存在沿AC方向的匀强电场,场强大小为E,将质量为m的带电粒子以初速度v0从AB的中点P沿垂直于场强的方向射入场区后恰从CD的中点Q飞出。若不计粒子重力,求:
(1)粒子的带电荷量q;
(2)调整粒子的速度后恰从C点飞出,求此过程中电场对粒子的冲量;
(3)若将电场改为垂直于正方形区域的匀强磁场,欲使粒子以初速度v0从AB的中点P沿垂直于AC的方向射入,经磁场后恰从CD的中点Q飞出,求粒子在磁场中运动的时间。

解析　(1)粒子在电场中做类平抛运动,根据运动学公式有
2L2=v0t
2L2=12Eqmt2
解得q=22mv02EL
(2)粒子恰从C点飞出,根据运动学公式有
32L4=12Eqmt12
解得t1=3L2v0
所以电场力的冲量为I=Eqt1=6mv0,方向沿AC方向
(3)粒子恰从Q点飞出,由几何关系知轨道半径为r=2L2
粒子在磁场中刚好运动四分之一周期,因此粒子的运动时间为t2=14·2πrv0
解得t2=2πL4v0

综合篇　知能转换
拓展一　安培力作用下导体的运动
1.(2021广东,5,4分)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线,长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线。若中心直导线通入电流I1,四根平行直导线均通入电流I2,I1≫I2,电流方向如图所示。下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是(　　)


A　　B　　C　　D
答案　C　
2.(2021福建福州高中毕业班质检)如图所示,一根长为L的金属细杆通有电流I时,水平静止在倾角为θ的光滑绝缘固定斜面上。斜面处在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。若电流和磁场的方向均不变,电流大小变为0.5I,磁感应强度大小变为4B,重力加速度为g,则此时金属细杆(　　)

A.电流方向垂直纸面向外
B.受到的安培力大小为2BILsinθ
C.对斜面的压力大小变为原来的2倍
D.将沿斜面向上加速,加速度大小为gsinθ
答案　D　
3.(2022届河北五校联考,13)如图1所示,固定的两光滑导体圆环相距1m。在两圆环上放一导体棒,圆环通过导线与电源相连,电源的电动势为3V,内阻为0.2Ω,导体棒的质量为60g,接入电路的电阻为1.3Ω,圆环电阻不计,匀强磁场方向竖直向上。开关S闭合后,棒可以静止在圆环上某位置,该位置对应的半径与水平方向的夹角θ=37°,如图2所示,(g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)棒静止时受到的安培力的大小;
(2)匀强磁场的磁感应强度的大小。

图1　　　　　　　　图2
解析　(1)对导体棒进行受力分析,如图所示

有mgF=tanθ
解得F=0.8N 
(2)由闭合电路欧姆定律得I=ER+r
解得I=2A
由安培力的公式F=BIL得B=FIL
解得B=0.4T 
拓展二　带电粒子在有界磁场中的运动
1.(2020皖南八校联考,7)如图所示,真空中垂直于纸面向里的匀强磁场只在两个同心圆所夹的环状区域存在(含边界),两圆的半径分别为R、3R,圆心为O。一重力不计的带正电粒子从大圆边缘的P点沿PO方向以速度v1射入磁场,其运动轨迹如图,轨迹所对的圆心角为120°。若将该带电粒子从P点射入的速度大小变为v2时,不论其入射方向如何,都不可能进入小圆内部区域,则v1∶v2至少为(　　)

A.233　　　　　　B.3　　　　　　C.433　　　　　　D.23
答案　B　
2.(2021北京,12,3分)如图所示,在xOy坐标系的第一象限内存在匀强磁场。一带电粒子在P点以与x轴正方向成60°的方向垂直磁场射入,并恰好垂直于y轴射出磁场。已知带电粒子质量为m、电荷量为q,OP=a。不计重力。根据上述信息可以得出(　　)

A.带电粒子在磁场中运动的轨迹方程
B.带电粒子在磁场中运动的速率
C.带电粒子在磁场中运动的时间
D.该匀强磁场的磁感应强度
答案　A　
3.(2021海南,13,4分)(多选)如图,在平面直角坐标系Oxy的第一象限内,存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B。大量质量为m、电荷量为q的相同粒子从y轴上的P(0,3L)点,以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场,设入射速度方向与y轴正方向的夹角为α(0≤α≤180°)。当α=150°时,粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则(　　)

A.粒子一定带正电
B.当α=45°时,粒子也垂直x轴离开磁场
C.粒子入射速率为23qBLm
D.粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为35L
答案　ACD　
4.[2022届T8联考(1),10](多选)如图所示,某同学为探究带电粒子“约束”问题,构想了向里的匀强磁场区域,磁感应强度为B,边界分别是半径为R和2R的同心圆,O为圆心,A为磁场内在圆弧上的点且OP=PA。若有一粒子源垂直磁场方向在纸面内的360°发射出比荷为qm的带负电粒子,速度连续分布且无相互作用,不计其重力,sin37°=0.6。对粒子源的位置和被约束相关量的说法正确的是(　　)

A.在A时,被磁场约束的粒子速度最大值vmA=3qBR2m
B.在O时,被磁场约束的粒子速度最大值vmO=3qBR2m
C.在O时,被磁场约束的粒子每次经过磁场时间最大值tm=127πm90qB
D.在P时,被磁场约束的粒子速度最大值vmP=qBRm
答案　ACD　
5.(2020江西景德镇摸底)如图所示,在矩形区域(含边界)存在垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小B0=2.0×10-2T,A、B、C、D为矩形的四个顶点,BC边长l1=4m,AB边长l2=2m。大量质量m=3.2×10-26kg、电荷量q=1.6×10-18C的带负电粒子,从A点沿AD方向以不同的速率射入匀强磁场中,粒子恰好均从BC边上某点射出,不计粒子重力及粒子间的作用力。求:
(1)粒子速率的取值范围;
(2)粒子在磁场中运动的最长时间。

解析　(1)粒子恰好均从BC边射出,可知粒子以最小速率v1运动时恰好打在B点,由几何关系可知其半径R1=l22=1m

粒子以最大速率v2运动时恰好打在C点,设其半径为R2,由几何关系有(R2-l2)2+l12=R22
解得R2=5m
粒子在匀强磁场中运动,由洛伦兹力提供向心力,有B0qv=mv2R
可得v=qB0Rm
解得v1=1.0×106m/s,v2=5.0×106m/s
则粒子速率的取值范围为1.0×106m/s≤v≤5.0×106m/s 
(2)从B点射出的粒子在磁场中运动的时间最长,其运动时间t=T2
而T=2πR1v1=2πmqB0
解得t=3.14×10-6s 
6.(2020浙江7月选考,22,10分)某种离子诊断测量简化装置如图所示。竖直平面内存在边界为矩形EFGH、方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场,探测板CD平行于HG水平放置,能沿竖直方向缓慢移动且接地。a、b、c三束宽度不计、间距相等的离子束中的离子均以相同速度持续从边界EH水平射入磁场,b束中的离子在磁场中沿半径为R的四分之一圆弧运动后从下边界HG竖直向下射出,并打在探测板的右边缘D点。已知每束每秒射入磁场的离子数均为N,离子束间的距离均为0.6R,探测板CD的宽度为0.5R,离子质量均为m,电荷量均为q,不计重力及离子间的相互作用。

(1)求离子速度v的大小及c束中的离子射出磁场边界HG时与H点的距离s;
(2)求探测到三束离子时探测板与边界HG的最大距离Lmax;
(3)若打到探测板上的离子被全部吸收,求离子束对探测板的平均作用力的竖直分量F与板到HG距离L的关系。
解析　(1)qvB=mv2R
得v=qBRm
几何关系
OO'=0.6R
s=R2-(0.6R)2=0.8R

(2)a、c束中的离子从同一点Q射出,α=β
tanα=R-sLmax
Lmax=415R
(3)a或c束中每个离子动量的竖直分量
pz=pcosα=0.8qBR
0