2023年高考物理一模试题分项汇编（北京专用）：专题10+磁场

专题10   磁场

一、单选题

1.（2023·北京朝阳·统考一模）图甲为指尖般大小的一种电动机，由于没有铁芯，被称为空心杯电机。这种新颖的结构消除了由于铁芯形成涡流而造成的电能损耗，具有体积小、灵敏、节能等特性，广泛应用在智能手机、平板电脑、医疗、无人机等方面。图乙为一种空心杯电机原理的简化示意图。固定的圆柱形永磁体形成沿辐向均匀分布的磁场（俯视图）；作为转子的多组线圈绕制成水杯状，电流经边缘流入和流出，可简化为沿圆柱体对角线的单匝线圈（图中a、b分别为线圈与顶面和底面的切点）。当线圈通电时，可在安培力作用下绕OO＇轴转动。设图示时刻线圈的电流为I，方向如图所示，线圈所在处的磁感应强度大小均为B。图中线圈实线部分的长度为L。下列说法正确的是（　　）

A. 图中线圈转动过程中，穿过该线圈的磁通量保持不变

B. 图示位置，线圈实线部分所受安培力的大小为BIL

C. 图示位置，线圈在安培力的作用下将绕OO＇轴逆时针转动（俯视）

D. 为使空心杯电机正常转动，则应保持线圈中的电流方向不变

【答案】C

【详解】A．图中线圈转动过程中，由于固定的圆柱形永磁体形成沿辐向均匀分布的磁场，则穿过该线圈的磁通量发生变化，故A错误；

B．图示位置，线圈实线部分所受安培力为

其中d为实际切割磁感线的线圈长度，故B错误；

C．根据左手定值可知，线圈实线部分受到的安培力向里，，线圈虚线部分受到的安培力向外，故线圈在安培力的作用下将绕OO＇轴逆时针转动（俯视），故C正确；

D．由于固定的圆柱形永磁体形成沿辐向均匀分布的磁场，所以转动过程中，线圈中的电流方向需改变，才可以使空心杯电机正常转动，故D错误。

故选C。

2．（2023·北京东城·统考一模）工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势差U，就可计算出管中液体的流量。为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为20和10。当流经电磁流量计的液体速度为10时，其流量约为280，若某段时间内通过电磁流量计的流量为70，则在这段时间内（    ）

A. M点的电势一定低于N点的电势

B. 通过排污管的污水流量约为140

C. 排污管内污水的速度约为2.5

D. 电势差U与磁感应强度B之比约为0.25

【答案】D

【详解】A．根据左手定则可知，正电荷进入磁场区域时会向上偏转，负电荷向下偏转，所以M点的电势一定高于N点的电势，故A错误；

BC．某段时间内通过电磁流量计的流量为70，通过排污管的污水流量也是70m3/h，由

知此段时间内流经电磁流量计的液体速度为2.5m/s，流量计半径为r=5cm=0.05m，排污管的半径R=10cm=0.1m，流经电磁流量计的液体速度为v1=2.5，则

可得排污管内污水的速度约为

故BC错误；

D．流量计内污水的速度约为v1=2.5m/s，当粒子在电磁流量计中受力平衡时，有

可知

故D正确。

故选D。

3．（2023·北京丰台·统考一模）在如图所示的电路中，开关S闭合。两平行金属极板a、b间有匀强磁场，一带电粒子以速度v水平匀速穿过两极板，不计粒子重力。下列说法正确的是（　　）

A. 该粒子一定带正电

B. 仅增大粒子的速度，粒子一定向a板偏转

C. 仅将滑动变阻器的滑片P向下移动，粒子一定向b板偏转

D. 仅增大粒子所带电荷量，粒子一定仍沿水平方向穿过两极板

【答案】D

【详解】A．两极板间电场方向向下，若正电荷粒子所受电场力向下，洛伦兹力向上；若负电荷粒子所受电场力向上，洛伦兹力向下，则无论正负电荷都可以匀速穿过两极板，A错误；

B．根据左手定则判断知，带正电的粒子受到的洛伦兹力竖直向上，电场力竖直向下，粒子沿直线飞出叠加场区域，根据平衡条件有

同理，对带负电的粒子，判断知粒子受到的洛伦兹力竖直向下，电场力竖直向上，粒子沿直线飞出叠加场，根据平衡条件有

所以，仅增大粒子的速度，洛伦兹力增大，电场力不变，故粒子可能向上也可能向下运动，B错误；

C．仅将滑动变阻器的滑片P向下移动，两极板间的电势差增大，电场力增大，合力可能向上也可能向下，故粒子不一定向b板偏转，C错误；

D．仅增大粒子所带电荷量，电场力和洛伦兹力合力仍为零，故粒子一定仍沿水平方向穿过两极板，D正确。

故选D。

4．（2023·北京丰台·统考一模）2023年3月，中国科学技术大学超导量子计算实验室成功实现了三维封装量子计算机原型，其主要构成材料之一为金属超导体。超导体指的是低于某一温度后电阻为零的导体，且当超导体置于外磁场中时，随着温度的降低，超导体表面能够产生一个无损耗的超导电流，这一电流产生的磁场，让磁感线被排斥到超导体之外。如图为某超导体在不同温度下两端电压和流经超导体电流的U-I特性曲线，温度分别为、、，下列说法正确的是（　　）

A. 当超导体处在超导状态时，两端能够测出电压

B. 将超导体置于磁场中，处于超导状态时内部磁感应强度不为零

C. 根据三条曲线的变化趋势，可推断

D. 随着流经超导体的电流增大，超导状态将被破坏

【答案】D

【详解】A．当超导体处在超导状态时，导体的电阻变为零，则不能测出两端电压，选项A错误；

B．由题意可知，当超导体置于外磁场中时，随着温度的降低，超导体表面能够产生一个无损耗的超导电流，这一电流产生的磁场，让磁感线被排斥到超导体之外，则处于超导状态时内部磁感应强度为零，选项B错误；

C．因为当低于某一温度后导体的电阻变为零，即同一较小的电压时电流可以变得很大，则根据三条曲线的变化趋势，可推断

选项C错误；

D．根据U-I图像可知，随着流经超导体的电流增大，电压与电流关系图像逐渐向T1的图像靠近，即导体的电压和电流趋近与正比关系，即导体的电阻趋近于某一固定值，即超导状态将被破坏，选项D正确。

故选D。

5．（2023·北京海淀八模（一））地磁场可以减少宇宙射线中带电粒子对地球上生物体的危害。为研究地磁场，某研究小组模拟了一个地磁场，如图所示，模拟地球半径为R，赤道剖面外地磁场可简化为包围地球、厚度为d、方向垂直该剖面的匀强磁场（磁感应强度大小为B），d=2R。磁场边缘某处（未画出）有一粒子源，可在赤道平面内以不同速度向各个方向射入某种带正电粒子。研究发现，当粒子速度为2v时，沿半径方向射入磁场的粒子恰不能到达模拟地球。不计粒子重力及大气对粒子运动的影响，且不考虑相对论效应。则（　　）

A. 粒子的比荷

B. 粒子的比荷

C. 速度为v的粒子，到达模拟地球的最短时间为

D. 速度为v粒子，到达模拟地球的最短时间为

【答案】AD

【解析】

【详解】A B. 如图所示，设该粒子轨迹半径为，

根据几何关系有

解得r=4R

又

解得

故A正确，B错误；

C D. 速度为的粒子进入磁场有

则

若要时间最短，则粒子在磁场中运动的弧长最短，粒子运动半径等于大气层厚度，如图所示

粒子运动的圆心角为 ，最短时间为

故D正确，C错误；

故选AD。

6．（2023·北京海淀八模（三））已知某地地面处的地磁场水平分量的为，某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验。他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管附近的轴线上，如图所示。小磁针静止时N极指向y轴正方向，当接通电源后，发现小磁针N极指向与y轴正方向成角的方向，则下列说法正确的是（　　）

A. 从左往右看，螺线管中的电流是顺时针方向

B. 从左往右看，螺线管中的电流是逆时针方向

C. 通电螺线管在小磁针处产生的磁场大小约为

D. 通电螺线管在小磁针处产生的磁场大小约为

【答案】AC

【详解】AB．接通电源后，小磁针N极指向是地磁场和螺线管磁场的合磁场的方向，由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右，由安培定则判断螺线管电流方向从左往右看是顺时针方向，故A正确，B错误；

CD．由题意知地磁场水平分量为，设通电螺线管产生的磁场为。由图知得

故C正确，D错误。

故选AC。

7．（2023·北京海淀八模（四））如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，MN为其左边界，磁场中放置一半径为R圆柱形物体，其上涂有荧光物体，电子打到上面会发出荧光．圆柱形物体的圆心到边界MN的距离为．现有一束平行的电子束沿垂直于左边界MN向右射人磁场区，已知电子质量为m，电量为e．则下列分析判断正确的是（    ）

A. 若电子初速度满足，圆柱形物体上发光的弧线长度等于

B. 若电子初速度满足，圆柱形物体上发光的弧线长度等于

C. 若电子初速度满足，圆柱形物体上发光的弧线长度大于

D. 若电子初速度满足，圆柱形物体上将不会发光

【答案】C

【详解】如图所示

A．设电子进入磁场回旋轨道半径为，根据洛伦兹力提供向心力

解得

若电子的初速度满足，则

应用平移圆可知电子均不能打到圆柱体表面上，不会发光，A错误；

B．若电子初速度满足，则

应用平移圆作图可得在圆柱形物体上之间的一段劣弧发光，B错误；

C．若电子初速度满足，则

应用平移圆作图可得在圆柱形物体上之间的一段优弧发光，C正确；

D．若电子初速度满足，则

应用平移圆作图可得圆柱形物体上所有部位都将会发光，D错误。

故选C。

8．（2023·北京西城·统考一模）如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，一带电粒子从圆周上的P点沿半径方向射入磁场．若粒子射入磁场时的速度大小为，运动轨迹为；若粒子射入磁场时的速度大小为，运动轨迹为．不计粒子的重力．下列判断正确的是（    ）

A. 粒子带负电

B. 速度大于速度

C. 粒子以速度射入时，在磁场中运动时间较长

D. 粒子以速度射入时，在磁场中受到的洛伦兹力较大

【答案】C

【详解】A．根据左手定则可知粒子带正电，故A错误；

B．根据牛顿第二定律有

解得

根据图中轨迹可知，，则有

故B错误；

C．粒子在磁场中的运动周期为

粒子在磁场中的运动时间为

由图可知运动轨迹为对应的圆心角大于运动轨迹为对应的圆心角，故粒子以速度射入时，在磁场中运动时间较长，故C正确；

D．粒子在磁场中受到的洛伦兹力大小为

，可知，故粒子以速度射入时，在磁场中受到的洛伦兹力较小，故D错误。

故选C。

9．（2023·北京汇文中学·校考一模）如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一段静止的长为L的通电导线，磁场方向垂直于导线。设单位长度导线中有n个自由电荷，每个自由电荷的电荷量都为q，它们沿导线定向移动的平均速率为v。下列选项正确的是（　　）

A. 导线中的电流大小为nLqv

B. 这段导线受到的安培力大小为nLqvB

C. 沿导线方向电场的电场强度大小为vB

D. 导线中每个自由电荷受到的平均阻力大小为qvB

【答案】B

【详解】A．导线中的电流大小

选项A错误；

B．每个电荷所受洛伦兹力大小

这段导线受到的安培力大小

选项B正确；

C．沿导线方向的电场的电场强度大小为，U为导线两端的电压

它的大小不等于vB，只有在速度选择器中的电场强度大小才是vB，且其方向是垂直导线方向，选项C错误；

D．导线中每个自由电荷受到的平均阻力方向是沿导线方向的，而qvB是洛伦兹力，该力的的方向与导线中自由电荷运动方向垂直，二者不相等，选项D错误。

故选B。

10．（2023·北京四中·校考一模）如图所示，一束正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转，如果让这些不偏转离子进入另一个匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入后一磁场的离子，可得出结论（    ）

A. 它们的动能一定不相同

B. 它们的电量一定不相同

C. 它们的质量一定不相同

D. 它们的电量与质量之比一定不相同

【答案】D

【分析】考查带电粒子在复合场中的运动。

【详解】垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，未发生任何偏转，则有：

即所有离子速度相同；进入另一个匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，即在另一个匀强磁场中做圆周运动，半径不同，由半径公式：

可知，它们的电量与质量之比一定不相同，D正确。

故选D。

11．（2023·北京石景山·统考一模）如图所示，完全相同的甲、乙两个环形电流同轴平行放置，甲的圆心为，乙的圆心为，在两环圆心的连线上有a、b、c三点，其中，此时a点的磁感应强度大小为，b点的磁感应强度大小为。当把环形电流甲撤去后，a点的磁感应强度大小为（    ）

A.  B.  C.  D.

【答案】B

【详解】甲乙两环在b点产生的磁感应强度大小相等，方向相同，而b点的磁感应强度大小为B2，因此两环在b点产生的磁感应强度均为，甲环在a点和b点产生的磁感应强度大小相等，方向相同，故甲环在a点产生的磁感应强度为而a点的磁感应强度大小为B1，因此乙环在a点产生的磁感应强度为。

故选B。