专题20 磁场（二）-2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编

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2021年高考高三下学期5月模拟物理试题汇编专题20 磁场（二）1、（2021·广东省普宁二中高三下学期5月适应性考试）如图所示，半径为R的圆形区域磁场内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，半径OC与ON成60°夹角。质子甲、乙分别以速率v、从A点沿直径AN方向射入磁场，甲、乙分别从C、D点（D点未画出）射出磁场。质子的电荷量为q、质量为m，下列说法正确的是（　　）A. 质子甲在磁场中运动的轨迹半径为B. 质子乙在磁场中运动的轨迹半径为C. 质子甲在磁场中运动的时间为D. A、D两点之间的距离为【答案】C【解析】A．如图所示由几何关系可知质子甲在磁场中运动的轨迹半径为所以A错误；B．根据半径公式可知轨道半径与速度成正比，则质子乙在磁场中运动的轨迹半径为，所以B错误；C．根据周期公式质子甲在磁场中运动的时间为所以C正确；D．如图由几何关系可得则则A、D两点之间的距离为，所以D错误；故选C。2、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UH为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（　　）A. 该仪表只能测量位移的大小，无法确定位移的方向B. 该仪表的刻度线是均匀的C. 若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当Δz<0时，下表面电势高D. 电流I越大，霍尔电压UH越小【答案】B【解析】A．若上表面电势高，则空穴在上表面聚集，根据左手定则可知磁感应强度方向沿z轴负方向，说明霍尔元件靠近右侧的磁铁，位移方向向右，反之则位移向左，则该仪表可确定位移的方向，故A错误；B．设霍尔元件在y方向的长度为d，空穴定向移动的速率为v，则根据平衡条件有 B=kz 解得则UH与z成正比关系，可知该仪表的刻度线是均匀的，选项B正确；C．若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当Δz<0时，磁场方向向右，则由左手定则可知，电子偏向下表面，即下表面电势低，选项C错误；D．根据电流的决定式可知当n、e、S三者确定时，I越大，v越大，霍尔电压UH越高，故D错误。故选B。3、（2021·北京市海淀区高三下学期5月期末反馈）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UH为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。已知霍尔元件中导电的载流子为“空穴”（可看做正电荷），定义为仪表的灵敏度。下列说法中正确的是（　　）A. 若上表面电势高，则相对于坐标原点的位移Δz沿z轴的负方向B. 若霍尔电压UH随时间按正弦规律变化，表明待测物体做简谐运动C. 仪表的灵敏度与坐标z有关D. 电流I越大，仪表的灵敏度越低【答案】B【解析】A．若上表面电势高，则空穴在上表面聚集，根据左手定则可知磁感应强度方向沿z轴负方向，说明霍尔元件靠近右侧的磁铁，即相对于坐标原点的位移Δz沿z轴的正方向，故A错误；B．设霍尔元件在y方向的长度为d，空穴定向移动的速率为v，则根据平衡条件有解得由题意，当UH随时间按正弦规律变化时，有又因为B与z成正比，所以有说明待测物体相对于位移零点的位移随时间按正弦规律变化，即待测物体做简谐运动，故B正确；C．设B与z之间的关系为B=kz则由于d一定，所以仪表的灵敏度与B和 z之间的比例系数k以及空穴定向移动的速率v有关，故C错误；D．根据电流的决定式可知当n、e、S三者确定时，I越大，v越大，仪表灵敏度越高，故D错误。故选B。4、（2021·北京市房山区高三下学期5月二模）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。下述说法中正确的是（　　）A. 粒子只在电场中加速，因此电压越大，粒子的最大动能越大B. 可以采用减小高频电源的频率，增大电场中加速时间来增大粒子的最大动能C. 粒子在磁场中只是改变方向，因此粒子的最大动能与磁感应强度无关D. 粒子的最大动能与D形盒的半径有关【答案】D【解析】当粒子从D形盒出来时速度最大，根据得出则最大动能为可得出最大动能与金属盒间的电压无关，与加速电场的频率无关，与D形盒内的磁感应强度、金属盒半径有关，磁感应强度越大，金属盒半径越大，那么动能越大；D对，ABC错。故选D。5、（2021·北京市朝阳区高三下学期5月二模）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nLqvB. 这段导线受到的安培力大小为nLqvBC. 沿导线方向电场的电场强度大小为vBD. 导线中每个自由电荷受到的平均阻力大小为qvB【答案】B【解析】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。6、（2021·北京市朝阳区高三下学期5月二模）如图所示，铝管竖直置于水平桌面上，小磁体从铝管正上方由静止开始下落，在磁体穿过铝管的过程中，磁体不与管壁接触，且无翻转，不计空气阻力。下列选项正确的是（　　）A. 磁体做匀加速直线运动B. 磁体的机械能守恒C. 磁体动能的增加量小于重力势能的减少量D. 铝管对桌面的压力大于铝管和磁体的重力之和【答案】C【解析】A．磁体在铝管中运动的过程中，虽不计空气阻力，但在过程中，出现安培力作负功现象，从而磁体的加速度小于重力加速度；根据法拉第电磁感应定律可知，磁体运动的速度越快，则产生的感应电动势越大，所以受到的安培力也越大，所以磁体的加速度是逐渐减小的，磁体不是做匀加速运动，故A错误；BC．磁体在整个下落过程中，除重力做功外，还有产生感应电流对应的安培力做功，导致减小的重力势能，部分转化动能外，还要产生内能，故机械能不守恒，且磁体动能的增加量小于重力势能的减少量，故B错误，C正确；D．以铝管和磁体整体为研究对象，因磁体有向下的加速度，则整体合力向下，故地面对整体的支持力小于总重力，根据牛顿第三定律可知，铝管对桌面的压力小于铝管和磁体的重力之和，故D错误。故选C。7、（2021·安徽省芜湖市高三下学期5月质检）如图所示，水平放置的挡板上方有垂直纸面向里的匀强磁场，一带电粒子垂直于挡板从板上的小孔射入磁场，另一带电粒子垂直于磁场且与挡板成角射入磁场，、初速度大小相等，两粒子恰好都打在板上同一点（图中未标出），并立即被挡板吸收。不计粒子重力，下列说法正确的是（　　）A. 、的电性一定相同B. 、的比荷之比为C. 若在点左侧，则在磁场中运动时间比长D. 若在点右侧，则在磁场中运动路程比短【答案】AB【解析】A．两粒子打到同一个点，表明偏转方向一致，所以带同种电荷。A正确；B．设P点与O点的距离为L，则有所以有B正确；C．若在点左侧，则粒子在磁场中运动的时间为，角在锐角范围内，有C错误；D．若在点右侧，则粒子在磁场中运动的弧长为，角在锐角范围内，有D错误。故选AB。8、（2021·安徽省马鞍山市高三下学期5月三模）回旋加速器的工作原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间接电压为U的交流电源。中心A处的粒子源产生的带电粒子，初速度可视为0，在两盒之间被电场加速。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场B中，粒子在磁场中做匀速圆周运动。忽略两盒缝之间的距离。已知粒子被第一次加速后，经过时间t，再次到达盒缝处，与A的距离为d。则（　　）A. 电场变化的周期为tB. 粒子被2次加速后，再次经过盒缝时，与A的距离为dC. 粒子的最大动能与金属盒半径R有关，与加速电压U无关D. 粒子在加速器中运动的时间与加速电压U、金属盒半径R均有关【答案】CD【解析】A．根据加速原理，当粒子在磁场中运动周期与交变电压周期同步时才能处于加速状态，故电场变化的周期在磁场中运动周期相同，而时间t是磁场中运动的半个周期，磁场中运动周期T=2t，所以电场变化周期为2t，故A错误；B．粒子第二次加速后，速度变大，由得可得v变大，则R变大，则再次经过盒缝时，与A点的距离大于d，则B错误；C．由则由此可知，粒子的最大动能只与粒子本身的荷质比，加速半径，和磁场大小有关，与电源电压U无关，故C正确；D．粒子在回旋加速器运动的总时间与粒子在电场中加速，在磁场中偏转次数有关，而电压越高，次数越少，总时间越少，金属盒半径越大，次数越多，时间越长，故D正确；故选CD。9、（2021·安徽省八校高三下学期5月模拟）如图，在xOy竖直平面内存在着匀强电场和匀强磁场，电场方向与y轴同向，磁场方向垂直纸面向里。在原点O处有一质量为m、带电量为+q的小球，置于长度为L的绝缘竖直轻管的管底，管在水平力作用下沿x轴正方向匀速运动，一段时间后球从管口离开，离开时速度方向与x轴正方向成45°角，之后球经过y轴上某点P。已知重力加速度大小为g，电场强度大小为，磁感应强度大小为B，不计一切摩擦和空气阻力。（1）求管运动的速度大小；（2）求P点的坐标；（3）请画出球离开管前，管受到的水平力F与其运动位移x变化的关系图像，不要求写出推导过程。【答案】（1）；（2）（0，）；（3）见解析【解析】（1）设管的速度大小为vx，场强大小为E，球在管中运动时的加速度大小为a，根据牛顿第二定律得球离开管口时，竖直方向上分速度大小设为vy，则vy=vx联立得（2）依题意，有qE=mg所以粒子离开管后在磁场中做匀速圆周运动，设半径为R球离开管时的速度大小为球在磁场中做匀速圆周运动时，有联立得R=2L管向右运动的距离运动时间联立可得x1=2L由几何关系可知粒子做圆周运动的圆心在y轴上则P点的纵坐标yP=R（1+cos45°）+L解得P点坐标为（0，）（3）管带着球向右匀速运动时，系统水平方向上受力平衡，有球在管内运动时间水平位移x=vxt联立得所以F与x成正比关系，当x=x1=2L时画出图像如图