广东省广州市高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-08磁场

这是一份广东省广州市高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-08磁场，共26页。试卷主要包含了单选题，多选题，解答题等内容，欢迎下载使用。
广东省广州市高考物理三年（2020-2022）模拟题知识点分类汇编-08磁场

一、单选题
1．（2021·广东广州·统考模拟预测）如图，在等臂电流天平的右端托盘下固定一矩形线圈，线圈匝数为n，底边cd长为L，调平衡后放在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直；当线圈中通入图示方向的电流I时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码使天平再次平衡，重力加速度为g，则以下关系式正确的是（　　）

A．nBIL=（m1－m2）g B．nBIL=（m2－m1）g
C．BIL=（m2－m1）g D．BIL=（m1+m2）g
2．（2021·广东广州·统考一模）如图所示，三根长为L平行的直线电流在空间构成以a为顶点的等腰直角三角形，其中a、b电流的方向垂直纸面向里，c电流方向垂直纸面向外，其中b、 c电流大小为I，在a处产生的磁感应强度的大小均为B，导线a通过的电流大小为I，则导线a受到的安培力为（　　）

A．2BIL，方向竖直向上 B．BIL，方向水平向右
C．BIL，方向竖直向上 D．4BIL，方向水平向左
3．（2021·广东广州·统考三模）速度方向相同、动能一样大的电子、质子及α粒子从AD边某点O垂直进入某种场中（甲为匀强电场，乙为匀强磁场），都能从BC边离开场区域。关于它们在场中的运动，不计质子与中子的质量差异。下列说法正确的是（　　）

A．若为匀强磁场，运动轨迹有两条
B．若为匀强磁场，离开磁场时α粒子动能最大
C．若为匀强电场，离开电场时质子和α粒子动能增加，电子动能减小
D．若为匀强电场，离开电场时这三种粒子的速度偏转角大小都不相等
4．（2021·广东广州·统考二模）物理学家奥斯特发现了电流的磁效应。如图南北方向放置的直导线正下方有一静止的小磁针，当导线通入由南向北的电流时观察到小磁针偏转，则小磁针(　　)

A．N极会垂直纸面向里偏转
B．N极会沿纸面内向上偏转
C．对通电直导线无力的作用
D．转动方向与电流方向无关
5．（2022·广东广州·统考二模）阿尔法磁谱仪是目前在太空运行的一种粒子探测器，其关键的永磁体系统是由中国研制的。如图，探测器内边长为L的正方形abcd区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，当宇宙中带电量为＋q的粒子从ab中点O沿纸面垂直ab边射入磁场区域时，磁谱仪记录到粒子从ad边射出，则这些粒子进入磁场时的动量p满足（　　）

A． B．
C． D．或
6．（2022·广东广州·统考一模）如图，虚线内有垂直纸面的匀强磁场，是半圆，圆心是O，半径为r，，现有一质量为m、电荷量为的离子，以速度v沿半径射入磁场，从边垂直边界离开磁场，则（　　）

A．离子做圆周运动的半径为 B．离子离开磁场时距b点为
C．虚线内的磁感应强度大小为 D．离子在磁场中的运动时间为

二、多选题
7．（2020·广东广州·统考一模）如图，正四棱柱abcd—a′b′c′d′的两条棱bb′和dd′上各有一根通有相同恒定电流的无限长直导线，则（　　）

A．a点磁场方向平行于db连线
B．a、c两点的磁感应强度相同
C．ac连线上由a到c磁感应强度先增大后减小
D．穿过矩形abb′a′和矩形add′a′的磁感线条数相等
8．（2020·广东广州·统考二模）回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子，在加速电压为U的加速电场中被加速，所加磁场的磁感应强度、加速电场的频率可调，磁场的磁感应强度最大值为Bm和加速电场频率的最大值fm。则下列说法正确的是（ ）

A．粒子获得的最大动能与加速电压无关
B．粒子第n次和第n+1次进入磁场的半径之比为
C．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为
D．若 ，则粒子获得的最大动能为
9．（2021·广东广州·统考模拟预测）如图为回旋加速器工作原理示意图。置于真空中的D形盒之间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可忽略。匀强磁场与盒面垂直，粒子在磁场中运动周期为T，两D形盒间的狭缝中的交变电压周期为T。若不考虑相对论效应和粒子重力的影响，则（　　）

A．T=T B．T=2T C．粒子从电场中获得动能 D．粒子从磁场中获得动能
10．（2021·广东广州·统考二模）如图，在直角三角形abc区域内有磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。直角边ab上的O点有一粒子发射源，该发射源可以沿纸面与ab边垂直的方向发射速率不同的带电粒子。已知所有粒子在磁场中运动的时间均相同，粒子比荷为k，Oa长为d，Ob长为3d，θ=30°，不计粒子的重力以及粒子间的相互作用，则(　　)

A．粒子在磁场中的运动时间为
B．正电粒子的轨迹半径最大为
C．负电粒子的轨迹半径最大为
D．负电粒子运动的最大速度为kBd
11．（2022·广东广州·统考二模）如图是电动充气泵的结构示意图。其工作原理：电磁铁通入电流，弹簧片上下振动，通过橡皮碗对气室施加力的作用，达到充气目的。当电流从电磁铁的a端流入时，小磁体被吸引而向下运动，则（　　）

A．小磁体的下端为S极
B．小磁体的下端为N极
C．a、b间接入的可能是交流电
D．a、b间接入的可能是恒定电流
12．（2022·广东广州·统考一模）如图，高压输电线上使用“正方形间隔棒”支撑导线、、、，目的是固定导线间距，防止导线相碰．的几何中心为O，当四根导线通有等大同向电流时（　　）

A．几何中心O点的磁感应强度不为零
B．几何中心O点的磁感应强度为零
C．对的安培力小于对的安培力
D．所受安培力的方向沿正方形的对角线方向
13．（2022·广东广州·统考二模）地磁场能有效抵御宇宙射线的侵入赤道剖面外地磁场可简化为包围地球一定厚度的匀强磁场，方向垂直该剖面，如图所示。图中给出了速度在图示平面内，从O点沿平行与垂直地面2个不同方向入射的微观带电粒子（不计重力）在地磁场中的三条运动轨迹a、b、c，且它们都恰不能到达地面则下列相关说法中正确的是（　　）

A．沿a轨迹运动的粒子带正电
B．若沿a、c两轨迹运动的是相同的粒子，则c粒子的速率更大
C．某种粒子运动轨迹为a，若它速率不变，只是改变入射地磁场的速度方向，则只要其速度在图示平面内，粒子可能到达地面；
D．某种粒子运动轨迹为b，若它以相同的速率在图示平面内沿其他方向入射，则有可能到达地面

三、解答题
14．（2020·广东广州·统考二模）如图，正方形ABCD区域的边长为L，一质子由静止开始被电压为U的电场加速后，从AD边的中点O平行AB边射入。若ABCD区域内仅存在一垂直纸面向外的匀强磁场，则质子从CD边的中点射出。若ABCD区域内仅存在场强大小为、方向由A指向D的匀强电场，则质子从区域边界上的P点（未画出）射出。已知质子质量为m，电荷量为e，不计重力，求：
(1)磁感应强度大小；
(2)P、C两点间的距离。

15．（2020·广东广州·统考一模）如图是两个共轴圆筒M、N的横截面，N筒的半径为L，M筒半径远小于L，M、N以相同的角速度顺时针匀速转动。在筒的右侧有一边长为2L的正方形匀强磁场区域abcd，磁感应强度大小为B、方向平行圆筒的轴线。两筒边缘开有两个正对着的小孔S1、S2，当S1、S2的连线垂直ad时，M筒内部便通过S1向ad中点o射出一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，该粒子进入磁场后从b点射出。粒子重力不计，求：
(1)该粒子的速度大小；
(2)圆筒的角速度大小。

16．（2020·广东广州·统考二模）如图所示，一个初速为零、带电量为e、质量为m的正离子，被电压为U的电场加速后，经过一段匀速直线运动，垂直于边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场的水平宽度为d（忽略粒子所受重力），求：
(1)离子在磁场中做圆周运动的半径R；
(2)离子在磁中运动的时间

17．（2021·广东广州·统考模拟预测）图甲所示的CT扫描机，其部分工作原理如图乙所示：M、N之间是加速电场，虚线框内存在垂直纸面的匀强磁场。电子从静止开始经加速电场后，垂直进入偏转磁场，最后打在靶上的P点。已知加速电压为U，磁场的宽度为d，电子的质量为m、电荷量为e，电子离开磁场时的速度偏转角为θ。求：
（1）电子离开电场时的速度大小；
（2）磁感应强度的大小和方向。

18．（2021·广东广州·统考一模）如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy平面向里。一带正电的粒子（不计重力）从O点沿y轴正方向以某一速度射入，粒子恰好做匀速直线运动，经t0时间从P点射出；若仅撤去磁场，粒子仍从O点以相同的速度沿y轴正方向射入，经   时间从半圆形区域的边界射出。
（1）求电场强度的大小和方向；
（2）求粒子的比荷 ；
（3）若保留磁场而撤去电场，粒子仍从O点沿y轴正方向射入，但速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间。

19．（2021·广东广州·统考三模）如图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。利用这个发电机给平行金属板电容器供电，如图乙。已知铜盘的半径为L，加在盘下半侧的匀强磁场磁感应强度为B1，盘匀速转动的角速度为ω，每块平行板长度为d，板间距离也为d，板间加垂直纸面向内、磁感应强度为B2的匀强磁场。重力加速度大小为g。
（1）求铜盘产生的感应电动势的大小；
（2）若有一带负电的小球从电容器两板中间水平向右射入，在复合场中做匀速圆周运动又从极板右侧边缘射出，求射入的速度大小。

20．（2021·广东广州·统考一模）如图，在竖直平面的矩形区域内有竖直向上的匀强电场。一带电小球从竖直边上的点以某一速度射入该区域，小球沿做匀速直线运动。若在该区域内再加入垂直纸面向里的匀强磁场，完全相同的带电小球仍以相同的速度从点射入该区域，则小球最终从边的某点（图中未标出）垂直离开该区域。已知：小球质量为，带电量为长为长为，长为，磁感应强度大小为，重力加速度大小为，小球在磁场中的运动时间小于。求：
（1）匀强电场的场强大小；
（2）带电小球的入射速度大小；
（3）两点之间的电势差。

21．（2022·广东广州·统考模拟预测）如图所示，三角形ABC内有一磁感应强度为B、方向垂直于纸面向外的有界匀强磁场，且∠B=30°，∠C=90°，BC=L。BC中点有一离子源S，能均匀地向三角形内的各个方向发射大量速率相等的同种离子，离子质量为m、电荷量为+q。若有离子刚好从C点沿AC方向射出，求：
（1）离子的发射速率v；
（2）从AB边射出的粒子占全部粒子的占比；
（3）从AB边射出的离子在磁场中运动的最短时间tmin。


参考答案：
1．B
【详解】根据左手定则可知线圈所受安培力方向为竖直向上，根据平衡条件有

解得

故选B。
2．A
【详解】b、c电流在a处产生的磁感应强度的大小分别为B，根据矢量的叠加规则，结合几何关系可得，a处的磁感应强度为

方向水平向左，再由左手定则可知，导线a安培力方向竖直向上，大小为

故选A。
3．A
【详解】A．若为匀强磁场，粒子在磁场中做圆周运动，洛仑兹力提供向心力
，

质子与粒子半径相同，磁场中有两条轨迹，A正确；
B．若为匀强磁场，洛仑兹力永远不做功，三种粒子初动能相等，从磁场中出来时的动能也相等，B错误；
C．若为匀强电场，质子与粒子带正电，轨迹向下偏转，电场力做正功，电子带负电，轨迹向上偏转，电场力也做正功，动能都增加，C错误；
D．若为匀强电场，粒子在电场中的偏转角的正切值为

质子和电子都带一个单位的元电荷，偏转角相同，都小于粒子的偏转角，D错误；
故选A。
4．A
【详解】AB．若导线通入由南向北的电流时，根据安培定则可知小磁针处的磁场的方向垂直于纸面向里，所以小磁针的N极会向垂直纸面向里偏转。故A正确B错误；
C．因为力的作用是相互的，故小磁针对通电直导线也有力的作用，故C错误；
D．若导线通入由北向南的电流时，根据安培定则可知小磁针处的磁场的方向垂直于纸面向外，所以小磁针的N极会向垂直纸面向外偏转。故转动方向与电流方向有关。故D错误。
故选A。
5．A
【详解】带电量为＋q的粒子进入磁场，洛伦兹力提供向心力

解得

粒子从a点射出，由几何关系可知

粒子从d点射出，由几何关系可知

解得

则磁谱仪记录到粒子从ad边射出可知

故粒子进入磁场时的动量p满足

故选A。
6．D
【详解】AB．由题意，作出离子在磁场中运动轨迹示意图如下

则根据几何关系，离子在磁场中圆周运动半径为

离子离开磁场时距b点为 r，故AB错误；
C．离子在磁场中，由洛伦兹力提供向心力

可得

故C错误；
D．由几何关系知，离子在磁场中运动轨迹对应的圆心角为150°，则运动时间为

故D正确。
故选D。
7．AD
【详解】A．由右手螺旋定则可知，bb′处通电导线在a点产生的磁感应强度垂直纸面向外，dd′处通电导线在a点产生的磁感应强度沿ab向下，且两导线在a处产生的磁感应强度大小相等，由矢量合成可知，a点磁场方向平行于db连线，故A正确；
B．由右手螺旋定则可知，dd′处通电导线在c点产生的磁感应强度垂直纸面向里，bb′处通电导线在a点产生的磁感应强度沿cd向上，且两导线在c处产生的磁感应强度大小相等，由矢量合成可知，c点磁场方向平行于db连线，但与a点磁场方向相反，故B错误；
C．由于ac与bd相互垂直，设垂足为M，由右手螺旋定则可知，M点的磁感应强度为0，则ac连线上由a到c磁感应强度先减小后增大，故C错误；
D．bb′处通电导线产生的磁场穿过矩形abb′a′的磁通量为0，dd′处通电导线产生的磁场穿过矩形add′a′的磁通量为0，则穿过矩形abb′a′和矩形add′a′的磁感线条数别为dd′处通电导线产生的磁场和bb′处通电导线产生的磁场，由于两导线电流相等，分别到两距形的距离相等，则穿过矩形abb′a′和矩形add′a′的磁感线条数相等，故D正确。
故选AD。
8．ACD
【详解】A.当粒子出D形盒时，速度最大，动能最大，根据qvB=m，得
v=
则粒子获得的最大动能
Ekm=mv2=
粒子获得的最大动能与加速电压无关，故A正确。
B.粒子在加速电场中第n次加速获得的速度，根据动能定理
nqU=mvn2
可得
vn=
同理，粒子在加速电场中第n+1次加速获得的速度
vn+1=
粒子在磁场中运动的半径r=，则粒子第n次和第n+1次进入磁场的半径之比为，故B错误。
C.粒子被电场加速一次动能的增加为qU，则粒子被加速的次数
n==
粒子在磁场中运动周期的次数
n′==
粒子在磁场中运动周期T=，则粒子从静止开始到出口处所需的时间
t=n′T==
故C正确。
D. 加速电场的频率应该等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即， 当磁感应强度为Bm时，加速电场的频率应该为 ，粒子的动能为Ek=mv2。
当时，粒子的最大动能由Bm决定，则

解得粒子获得的最大动能为

当时，粒子的最大动能由fm决定，则
vm=2πfmR
解得粒子获得的最大动能为
Ekm=2π2mfm2R2
故D正确。
故选ACD.
9．AC
【详解】AB．粒子每运动半周，被电场加速一次，故粒子在磁场中的运动周期与两D形盒间的狭缝中的交变电压变化周期相等，即
TB=TE
A正确，B错误；
CD．电场力对粒子做正功，使粒子动能增大，即粒子从电场中获得动能，洛伦兹力只改变粒子的运动方向，不对粒子做功，粒子没有从磁场中获得动能，C正确，D错误。
故选AC。
10．BD
【详解】A．所有粒子在磁场中运动的时间均相同，所以粒子均运动了半个圆周，根据

故A错误；
BC．正粒子向上偏转，负粒子向下偏转，根据几何关系可知，当轨迹与斜边相切时，半径最大，速度最大，对正粒子

解得

负粒子

解得

故B正确C错误；
D．负粒子

最大速度

故D正确。
故选BD。
11．BC
【详解】AB．根据安培定则可得电磁铁上端为极；根据异名磁极相吸可得小磁铁下端为极，故A错误，B正确。
CD．用交流电可以让电磁铁上端的磁极交替变化，从而让气室不断从外吸气，对目标充气。如果用直流电，小磁铁要么被吸引，要么被排斥远离，无法连续充气，故C正确，D错误。
故选BC。
12．BD
【详解】AB．因四条导线中的电流大小相等，O点与四条导线的距离均相等，由安培定则和对称性可知，L1在O点的磁感应强度与L3在O点的磁感应强度等大反向，L2在O点的磁感应强度与L4在O点的磁感应强度等大反向，所以四条导线在O点的磁感应强度等于0，故A错误，B正确；
C．L2相比L3，离L1更近些，处于L1较强的磁场区域，由安培力大小与B成正比可知，对的安培力大于对的安培力，故C错误；
D．根据“同向电流吸引，反向电流排斥”的推论可知，L1受其余三条导线的吸引力分别指向三条导线，根据对称性，L2与L4对L1的安培力大小相等，所以两者合力指向ac方向，再与L3对L1的安培力（沿ac方向）合成，总安培力方向沿正方形的对角线方向，故D正确。
故选BD。
13．BD
【详解】A．由左手定则可知，沿a轨迹运动的粒子带负电，故A错误；
B．由半径公式


可知，沿c轨迹运动的半径大，则沿c轨迹运动的粒子的速率更大，故B正确；
C．圆的直径为最长的弦，图中直径时都到不了地面，则其他反向的也将不会到达地面，故C错误；
D．由图可知，当粒子射入的速度方向沿顺时针转过小于90度的锐角时，都可到达地面，故D正确；
故选BD。
14．(1)；(2)
【详解】(1)设质子从O点射入时的速度大小为v，静止开始加速过程由动能定理
①
由题意可知质子在磁场中圆周运动的半径为，轨迹如图

由牛顿第二定律
②
联立解得
③
(2)依题意知电场强度为

设质子在电场中的加速度为a，运动时间为t，由牛顿第二定律
④
由类平抛运动的规律，沿电场方向的位移
⑤
假设P点在BC边上，垂直电场方向有
⑥
解得

由于y