高中物理高考 (二轮复习 名师经验)11磁场-2021高考备考绝密题型专项突破题集（解析版）

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(二轮复习 名师经验)11磁场-2021高考备考绝密题型专项突破题集1．如图所示，质量为m、长度为l的金属棒放置在横截面为圆弧的光滑轨道上，轨道处在竖直平面内，整个装置处于竖直方向的匀强磁场中，当金属棒通有垂直纸面向外的电流I时，金属棒静止于曲面某点，该点与圆心连线和水平线的夹角为θ，重力加速度为g。则下列说法正确的是（　　）A．匀强磁场的方向竖直向上B．匀强磁场的方向竖直向下C．磁感应强度大小为D．磁感应强度大小为【答案】：BC【解析】：AB．根据平衡条件，磁场力向右，根据左手定则，匀强磁场的方向竖直向下，B正确，A错误；CD．根据平衡条件得解得D错误，C正确，故选BC。2．矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，ab边与MN平行，导线MN中通入电流方向如图所示，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是（　　）A．导线框abcd有逆时针的感应电流B．bc、ad两边均不受安培力的作用C．导线框所受的安培力的合力向右D．MN所受线框给它的作用力向右【答案】：AC【解析】：A．直导线中通有向上增大的电流，根据安培定则，知通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且增大，根据楞次定律，可得感应电流的方向为逆时针方向，故A正确；B．线圈中有感应电流产生，依据左手定则，可判断知bc、ad两边均受安培力的作用，故B错误；CD．根据左手定则，知ab边所受安培力方向水平向右，cd边所受安培力方向水平向左，离导线越近，磁感应强度越大，所以ab边所受的安培力大于cd边所受的安培力，则线圈所受磁场力的合力方向向右，因此MN所受线框给它的作用力向左，故C正确，D错误，故选AC。3．如图所示是洛伦兹力演示仪的实物图和示意图。电子枪可以发射电子束。玻璃泡内充有稀薄的气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。励磁线圈能够在两个线圈之间产生匀强磁场，磁场的方向与两个线圈中心的连线平行（　　）A．只增大电子枪的加速电压，轨道半径不变B．只增大电子枪的加速电压，轨道半径变小C．只增大励磁线圈中的电流，轨道半径不变D．只增大励磁线圈中的电流，轨道半径变小【答案】：D【解析】：电子经电场加速时，根据动能定理进入磁场中后联立解得AB．只增大电子枪的加速电压，轨道半径变大，AB错误；CD．只增大励磁线圈中的电流时，磁场的磁感强度增大，轨道半径变小，C错误，D正确，故选D。4．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（　　）A．回旋加速器是利用电场来加速带电粒子，利用磁场使带电粒子旋转的B．带电粒子在回旋加速器中不断被加速，因而它做匀速圆周运动一周的时间越来越短C．两D形盒间所加交变电压越大，同一带电粒子离开加速器时的动能就越大D．交变电流的周期是带电粒子做匀速圆周运动周期的一半【答案】：A【解析】：A．回旋加速器是利用电场来加速带电粒子，利用磁场使带电粒子旋转的，选项A正确；B．粒子在磁场中的周期即带电粒子在回旋加速器中不断被加速，但是它做匀速圆周运动一周的时间不变，选项B错误；C．粒子离开加速器时满足则同一带电粒子离开加速器时的动能与交变电压无关，选项C错误；D．为了使得粒子每次经过D型盒的缝隙处都能被加速，则交变电流的周期等于带电粒子做匀速圆周运动的周期，选项D错误，故选A。5．如图所示，两平行金属板中有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，带正电的粒子（不计粒子的重力）从两板中央垂直电场、磁场入射。它在金属板间运动的轨迹为水平直线，如图中虚线所示。若使粒子飞越金属板间的过程中向上板偏移，则可以采取下列的正确措施为（　　）A．使电场强度增大 B．使粒子电量增大C．使入射速度增大 D．使磁感应强度减小【答案】：C【解析】：由于运动的轨迹为水平直线，可知由于电荷带正电，根据左手定则可知，洛伦兹力竖直向上，而电场力竖直向下，若是粒子向上偏转，应使即可以增加磁场的磁感强度，增加入射粒子的速度或减少电场强度，而与粒子的带电量无关，故选C。6．下列说法是某同学对概念、公式的理解，其中正确的是（　　）A．根据电场强度定义式，电场中某点的电场强度和试探电荷的电荷量q无关B．根据公式可知，磁感应强度B与通电导线所受到的磁场力F成正比，与电流I和导线长度L的乘积IL成反比C．电荷在电场中某点所受静电力的方向就是这点电场强度的方向D．磁场中某点磁感应强度B的方向，与通电导线在该点所受磁场力F的方向相同【答案】：A【解析】：A．电场强度的定义式为比值定义，因此电场强度的大小与试探电荷在电场中所受电场力以及试探电荷带电量无关，A正确；B．磁感应强度的定义式是比值定义，因此磁感应强度B的大小，与通电导线所受的的磁场力以及导线长度，电流大小都无关，B错误；C．正电荷在电场中某点所受静电力的方向就是这点电场强度的方向，而负电荷在电场中某点所受静电力的方向与该点电场强度的方向相反，C错误；D．根据左手定则，磁场中某点磁感应强度B的方向，与通电导线在该点所受磁场力F的方向垂直，D错误，故选A。7．下列关于磁通量和磁感应强度的说法正确的是（　　）A．磁感应强度是矢量，它的方向就是该处小磁针N极所指的方向B．穿过某个面的磁通量为零，该处磁感应强度也为零C．磁场中某处磁感应强度越大，垂直穿过该处单位面积的磁感线条数越多D．垂直穿过某面的磁感线条数数值上等于该处的磁感应强度【答案】：C【解析】：A．磁感应强度是矢量，它的方向就是该处小磁针静止时N极所指的方向，A错误；B．当平面与磁场平行时，穿过该面的磁通量为零，但该处的磁感应强度不为零，B错误；CD．由可知，磁场中某处磁感应强度越大，垂直穿过该处单位面积的磁感线条数越多，C正确，D错误，故选C。8．如图所示是“简易电动机”的装置，即用一节号干电池负极吸附一块圆柱形强磁铁，铜导线上端与电池正极接触，下面两端与强磁铁接触，铜导线组成的线框就能转动起来。则下列说法正确的是（　　）A．线框转动是由于受到洛伦兹力作用B．如果强磁铁上表面是极，那么从上往下看，线框做逆时针转动C．线框可以一直保持匀速转动D．电池输出的电功率等于线框旋转的机械功率【答案】：B【解析】：A．线框的上下两条边受到安培力的作用而发生转动的，故A错误；B．如果磁铁吸附在电池负极的是S极，根据条形磁铁的磁感线分布规律，线圈竖直边处的磁场方向为从外侧指向转轴的，或者说是汇聚的，而线圈竖直边的电流是竖直向下，由左手定则，从上往下看，线圈的竖直边受到的磁场力的方向为逆时针，所以线框做逆时针转动，故B正确；C．线框从静止开始旋转达到稳定的过程中，导线框切割磁感线会产生反电动势，电流会减小，线框不是一直保持匀速转动，故C错误；D．电流通过线圈，线圈要产生热量，损失电能，则电池输出的电功率大于线框旋转的机械功率，故D错误，故选B。9．如图所示，直角三角形中存在一匀强磁场，荷质比相同的两个粒子沿方向自点射入磁场，分别从边上的两点射出，则（　　）A．从射出的粒子速度大B．从射出的粒子速度大C．从射出的粒子，在磁场中运动的时间长D．两粒子在磁场中运动的时间不一样长【答案】：B【解析】：AB．粒子运动轨迹如图所示，粒子在磁场中做圆周运动，分别从点和点射出，由图知，粒子运动的半径，粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得解得粒子运动速度故A错误，B正确。CD．粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系（图示弦切角相等），粒子在磁场中偏转的圆心角相等，根据粒子在磁场中运动的时间又因为粒子在磁场中圆周运动的周期可知粒子在磁场中运动的时间相等，故CD错误，故选B。10．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行分析研究，宏观规律是由微观机理所决定，找出二者的内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。如图所示，一段横截面积为S的直导线，单位体积内有n个自由电子，自由电子电量为e。该导线通有电流时，假设自由电子定向移动的速率均为v。(1)请根据电流的公式，推导电流微观表达式I；(2)原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流有多大？(3)如图所示，将图示导线放在匀强磁场中，电流方向垂直于磁感应强度B，导线所受安培力大小为，导线内自由电子所受洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。【答案】：(1)见解析；(2)；(3)见解析【解析】：(1)通过导体横截面的电荷量由电流的定义式可得，电流微观表达式(2)电子绕核旋转一周时间：等效电流(3)安培力：通过导体横截面自由电子个数洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力，则洛伦兹力11．如图甲为一粒子收集装置，粒子源靠近加速区水平极板M、N的M板，N板下方偏转区为一对长为L，间距为的竖直极板P、Q，再下方区域存在着垂直于纸面的匀强磁场，磁场上边界的部分放有粒子收集板。极板M、N中间开有小孔，两小孔的连线为竖直极板P、Q的中线，与磁场上边界的交点为O。加速区极板M、N之间的电压为；竖直极板P、Q之间的电势差随时间t变化的图象如图乙所示；磁场的磁感强度，粒子源连续释放初速可忽略、质量为m、带电量为的粒子，这些粒子经加速区电场获得速度进入电场偏转区后再进入磁场区域，最终被Q板右侧的粒子收集板全部收集。已知粒子在电场偏转区中运动的时间远小于电场变化的周期，忽略极板P、Q间电场的边界效应，粒子重力不计。求：(1)带电粒子进入电场偏转区时的速率；(2)磁场上、下边界区域的最小宽度D；(3)收集板的最小长度及对应收集板左端至O点距离。【答案】：(1)；(2)；(3)；【解析】：(1)粒子在电场中被加速(2)设带电粒子以速度进入磁场粒子与磁场边界之间的夹角为时向下偏移的距离当时，有最大值代入数据得(3)粒子运动轨迹如图所示，若时进入偏转区电场，在电场中匀速直线运动进入磁场时打在收集板上距离中心线最近为任意电压时出偏转电场时的速度为，设粒子与磁场边界之间的夹角为，根据几何关系在收集板上长度为打在收集板的位置和射入磁场位置间的间距相等，与偏转区电压无关，在收集板上的落点宽度等于粒子在电场中的偏转距离，带电粒子在电场中最大偏转距离收集板上的最小长度收集板左端距离O点距离为12．一质量为m的小滑块带正电，电荷量为q，与绝缘水平面间的动摩擦因数为μ．空间存在水平向右的匀强电场，电场强度为E。小滑块从C点由静止释放后能沿直线向D点运动，C、D两点间的距离为S，滑块的带电量不变，重力加速度g。（1）求滑块运动到D点时的速度大小v；（2）在该空间再加一垂直纸面向里的水平匀强磁场，磁感应强度为B，若滑块从C点由静止释放，运动到D点时恰好离开水平面，求离开水平面时的速度大小υ1和此过程中摩擦力对滑块所做的功W。（3）在第（2）问情况下，求从C运动到D的时间？（4）大致画出在第（2）问下滑块离开地面后的轨迹（至少两个周期,不要求写具体分析计算过程）【答案】：(1) ;(2) ;(3) ; (4)见详解【解析】：(1)小滑块从C到D的过程，根据动能定理有解得(2)滑块离开水平面时速度为v1，有根据动能定理有联立解得(3)物块在由C到D的过程中取t时刻到t+Δt这段时间，根据动量定理有则由上述两式得对运动过程求和，有则有 联立上述各式得 (4)可以把离地面后的运动v1分解为一个斜向上的匀速直线运动和一个初速度竖直向下的匀速圆周运动；从三者构成的动态圆来分析；轨迹为下图所示旋轮线(摆线)。13．如图所示，在磁感应强度的匀强磁场中，有一个与水平面成角的导电滑轨，滑轨上放置一个可自由移动的金属杆ab，磁场方向与滑轨所在平面垂直且向里。已知接在滑轨中的电源电动势，内阻，滑动变阻器R的阻值足够大。ab杆长，质量，电阻，杆与滑轨间的动摩擦因数，滑轨的电阻忽略不计，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。取，，，要使ab杆在滑轨上保持静止，求：(1)电流的最小值；(2)若磁场方向可以变化，求滑动变阻器的最大功率。【答案】：(1) ；(2) 【解析】：(1)当杆受到向上的摩擦力最大时，电流最小，受力分析有解得(2)如果不考虑导体棒是否平衡，把导体棒电阻等效为电源内阻，则当内外电阻相等时，滑动变阻器上功率最大，此时有  如果考虑导体棒的平衡则分析受力，如图所示先合成支持力与摩擦力，合力为 解得： 其中是与N之间的夹角，可知这两个力的合力与竖直方向的夹角恒定，要使ab杆在滑轨上保持静止，受力分析如图，则最小的安培力为 则最小电流为 此电流 滑动变阻器上的功率为结合输出功率与电流的关系图像可知在电流大于时电流越小，功率越大，所以当电流取时既保证了平衡也保证了电阻的功率达到最大，最大值为14．如图所示，竖直条形区域I有磁感应强度大小为B，方向水平向外的匀强磁场，竖直条形区取Ⅱ（含Ⅰ、Ⅱ区域的分界线）有电场强度大小为E、方向水平向右的匀强电场，区域Ⅰ、Ⅱ的宽度均为L且足够足够长，M、N均为涂有荧光物质的竖直板。现有一束质子在竖直面内从M板上的A点沿与M板夹角的方向连续不断地射入磁场，结果恰好M板没有亮斑，N板只有一个亮斑.质子的质量为m、电荷量为e，不计质子所受重力和质子间的相互作用。求：（1）质子从A点射出时的速度大小；（2）质子在磁场中运动的时间t；（3）N板上的亮斑与A点间的竖直高度h。【答案】：（1）；（2）；（3）【解析】：（1）运动轨迹如图所示，质子经过边界时，其速度方向恰好与边界相切（此时速度方向与电场方向垂直），设其在磁场中做圆周运动的半径为R，有由几何关系有  解得（2）质子在磁场中做圆周运动的周期为经分析可知解得（3）由几何关系可知，质子在磁场中偏转的距离为设质子在电场中运动的加速度大小为a，有设质子在电场中运动的时间为，有质子在电场中偏转的距离为又解得15．如图所示，平面直角坐标系xOy在第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，在y<0的区域内存在方向垂直于xOy平面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从y轴上M点（0，L）以速度v0垂直于y轴射入电场，经匀强电场后从N点（2L，0）进入磁场，恰好从坐标原点O第一次射出磁场，不计重力。求：(1)粒子从N点进入库磁场时的速度大小v； (2)磁场的磁感应强度B；(3)粒子从M点进入电场运动到O点离开磁场经历的时间t。【答案】：(1)；(2)；(3)【解析】：(1)带电粒子在匀强电场中做类平抛运动，设粒子加速度大小为a，运动时间为t1，沿y轴负方向速度大小为vy，则
 联立解得(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示；设粒子进入磁场时的速度方向与x轴正向夹角为θ1，在磁场中的轨道半径为r，则：解得由几何关系可知由得(3)设带电粒子从N点运动到O点的时间为t2联立解得