2023届高考物理一轮复习情景应用专练（9）磁场

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（9）磁场1.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。结合上述材料，下列说法不正确的是(   )。
 A.地理南、北极与地磁场的北、南极不重合B.通电导线在地磁场中可能不受安培力作用C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D.地磁场是一种客观存在的物质2.南极考察经常就南极特殊的地理位置进行科学测量，“雪龙号”考察队员一次实验如下：在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管，如图所示。下列说法正确的是(   )
 A.若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将减小B.若将a端接电源正极，b端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大C.若将b端接电源正极，a端接电源负极，则弹簧测力计示数将增大D.不论螺线管通电情况如何，弹簧测力计示数均不变3.为了降低潜艇噪声，提高其前进速度，可用电磁推进器代替螺旋桨。电磁推进器中有绝缘材料制成的直海水管道，马鞍形超导线圈在通道内形成磁场，正、负电极与直流电源相连在海水中形成电流。装置的截面图如图所示，关于该电磁推进器的说法正确的是(   )
 A.同等情况下装置在纯净的淡水湖中推进效果比在海水中好B.同等情况下增加磁感应强度不能改变推进效果C.图示中海水受到的磁场力方向垂直纸面向里D.图示中推进器受到的海水推力方向垂直纸面向里4.如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择器中电场强度大小为，磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里,静电分析器通道中心线为圆弧，圆弧的半径（）为R，通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器中有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度v沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，不计粒子重力。下列说法正确的是(   )
 A.速度选择器的极板的电势比极板的低 B.粒子的速度C.粒子的比荷为  D.两点间的距离为5.如图所示为一种回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且限制在板间，虚线中间无电场，带电粒子从处以速度沿电场线方向射入加速电场，经过加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种回旋加速器，下列说法正确的是(   )
 A.加速粒子的最大速度与D形盒尺寸无关B.带电粒子每运动一周被加速一次C.带电粒子运动过程中进入磁场时各点间满足等于D.加速电场方向不需做周期性变化6.现代科学仪器常用电场、磁场控制带电粒子的运动。真空中存在着如图所示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场，电场和磁场的宽度都相同，长度足够长。电场强度方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。电场、磁场的边界互相平行且与电场方向垂直。一个带正电的粒子在第1层左侧边界某处由静止释放，不计粒子的重力及运动时的电磁辐射。已知粒子从第4层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水平方向的夹角为30°。若保证粒子不能从第n层磁场右边界穿出，n至少为(   )
 A.12 B.16 C.20 D.247.自行车速度计可以利用霍尔效应传感器计算出自行车的运动速率。如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。其原理如图乙示，电源输出电压为，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前、后表面间出现电势差（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中正确的是(   )
 A.图乙中霍尔元件的载流子带正电B.已知自行车的车轮半径，再有单位时间内的脉冲数，即可获得车速大小C.若传感器的电源输出电压变大，则霍尔电势差变大D.霍尔电势差的大小与霍尔元件所用的材料无关8.“巴罗轮”的示意图如图所示，下边缘浸入水银槽中的铝盘置于蹄形磁铁的磁场中，可绕转轴转动，当转轴、水银槽分别与电源的正负极相连时，铝盘开始转动，下列说法中正确的是(   )。
 A.铝盘沿顺时针方向转动B.只改变磁场方向，铝盘的转动方向改变C.只改变电流方向，铝盘的转动方向改变D.同时改变磁场方向与电流方向，铝盘的转动方向不变9.CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测。图（a）是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图（b）所示。图（b）中之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线（如图中带箭头的虚线所示）；将电子束打到靶上的点记为P点。则(   )
 A.M处的电势高于N处的电势 B.增大之间的加速电压可使P点左移C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外 D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移


   答案以及解析1.答案：C解析：地球为一巨大的磁体，地磁场的南、北极分别在地理上的北极和南极附近，并不重合，A项正确；当通电导线与地磁场平行放置时，导线不受安培力，B项正确；只有赤道附近上空磁场的方向才与地面平行，C项错误；地磁场是客观存在的一种物质，磁感线是人们为了研究方便而假想出来的，D项正确。2.答案：AC解析：地磁N极在地球南极附近，通电螺线管相当于一条形磁铁，根据安培定则判断出“条形磁铁”的极性。再根据同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引可知AC正确。3.答案：C解析：本题通过电磁推进器代替螺旋桨考查磁场对电流的作用及左手定则。海水导电效果好于淡水，同等条件下海水中的推进效果好，A错误；根据安培力公式可知，增加磁感应强度可以增强推进效果，B错误；根据左手定则可知，海水受到的安培力垂直纸面向里，C正确；根据牛顿第三定律可知，推进器受到的海水推力方向垂直纸面向外，D错误。4.答案：C解析：本题考查质谱仪的工作原理。粒子在静电分析器内沿中心线方向运动，说明粒子带正电，由左手定则可判断出粒子在速度选择器中受到的洛伦兹力方向向上，粒子受到的电场力方向向下，故速度选择器中极板的电势比极板的高，A错误；由可知，粒子的速度,B错误；由和可得，粒子的比荷为，C正确；粒子在磁分析器中做圆周运动，为轨迹圆的直径，故两点间的距离,D错误。5.答案：BD解析：本题考查回旋加速器的工作原理。根据得，知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关，故A错误；带电粒子只有经过板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次，电场的方向不需改变，故B、D正确；根据，则,因为每转一圈带电粒子被加速一次，根据，粒子每次加速的时间t不相等，知每转一圈速度的变化量不等，则，故C错误。6.答案：B解析：设粒子在第n层磁场中运动的速度为，轨迹半径为，则有，设粒子进入第n层磁场时，速度的方向与水平方向的夹角为，从第n层磁场右侧边界穿出时速度方向与水平方向的夹角为，粒子在电场中运动时，垂直于电场线方向的速度分量不变，则有，又，可知，则，由图甲可知，则有，则为一组等差数列，公差为d，可得，当时，由图乙可知，则，解得，若粒子恰好不能从第n层磁场右侧边界穿出，则即，由题目可知当时，，即，当时，联立解得，B正确，ACD错误。
 7.答案：BC解析：根据左手定则可判断，霍尔元件中的载流子在洛伦滋力的作用下集中于前表面，而前表面电势较低，故载流子带负电，选项A错误。根据单位时间的脉冲数，可求得车轮的转动周期，从而求得车轮的角速度，根据可求得车速的大小，选项B正确。根据得，又电流的微观表达式，其中n是单位体积内的粒子数，q是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度，联立得，若传感器的电源输出电压变大，则电流增大，也增大，不同的材料单位体积内的粒子数不同，导电粒子电荷量也可能不同，所以霍尔电势差的大小与霍尔元件所用的材料有关，选项C正确，D错误。8.答案：BCD解析：铝盘、水银与电源构成一个闭合回路，铝盘中有电流，由左手定则可知，铝盘受到的安培力与盘的半径垂直，且沿逆时针方向，则铝盘沿逆时针方向转动，故A项错误；只改变磁场的方向，由左手定则可知，铝盘受到的安培力方向将与开始时相反，所以铝盘的转动方向改变，故B项正确；电流方向反向，由左手定则可知，安培力方向反向，铝盘的转动方向反向，故C项正确；由左手定则可知，将电流及磁场方向同时改变，铝盘受力方向不变，铝盘的转动方向不变，故D项正确。9.答案：D解析：A错：电子在间受向右的电场力，电场方向向左，故M处的电势低于N处的电势。
B错：加速电压增大，可使电子获得更大的速度，根据可知，电子在磁场中做圆周运动的半径变大，P点右移。
C错：电子受洛伦兹力方向向下，根据左手定则，可判断磁场方向垂直于纸面向里。
D对：根据增大，可使圆周运动半径变小，P点左移。