2022年高考物理总复习综合能力测试卷及答案9 磁场

1、综合能力测试九磁场时间：60分钟 分值：100分一、选择题（15为单选，68为多选，6' X8=48/ ）1. （2017全国卷II）如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸 面的匀强磁场，尸为磁场边界上的一点，大量相同的带电粒子以相同 的速率经过尸点，在纸面内沿不同方向射入磁场.若粒子射入速率为 pi,这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上；若粒子射 入速率为。2,相应的出射点分布在三分之一圆周上.不计重力及带电 粒子之间的相互作用.则。2 S为（C ）A.由 2B.2 1C.3 1 D. 3 啦A B/八 2尺,/、小冲不/ 解析：由于是相同的粒子，粒子进入磁场时的速度大小

2、相同，由2 umv"吕=小方可知，R=一石，即粒子在磁场中做圆周运动的半径相同.若 粒子运动的速度大小为如图所示，通过旋转圆可知，当粒子在磁 场边界的出射点A离尸点最远时，则AP=2用；同样，若粒子运动的 速度大小为6,粒子在磁场边界的出射点B离尸点最远时，则BP=2K2,由几何关系可知，Ri=g, R2=Rcos30° =*R,则£=华=5, 乙Xc/1 i 1C项正确.2 .如图所示，一个理想边界为P。、MN的匀强磁场区域，磁场宽 度为d，方向垂直纸面向里.一电子从。点沿纸面垂直尸。以速度加 进入磁场.若电子在磁场中运动的轨道半径为2d.O'在MN上，

3、且 OO,与MN垂直.下列判断正确的是（D ）。X X 4右 二也NP?左X X XbX X X _ .MO'A.电子将向右偏转B.电子打在MN上的点与O'点的距离为dC.电子打在MN上的点与O'点的距离为由dD.电子在磁场中运动的时间为黑oV（）K 6rxfix d右X七Np °】七 X 宾X左 X X、'*解析：电子带负电，进入磁场后，根据左手定则判断可知，所受 的洛伦兹力方向向左，电子将向左偏转，如图所示，A错误；设电子 打在MN上的点与O'点的距离为x,则由几何知识得:x=r一吹户一心 =2d-yJ（2d）2d2=（2-a/3）故B、C

4、错误；设轨迹对应的圆心角为djT0,由几何知识得：sin9=h=0.5,得夕=7，则电子在磁场中运动的时间为，=三，故D正确. vq Jro3 .如图所示是速度选择器的原理图，已知电场强度为E、磁感 应强度为B,电场和磁场相互垂直分布，某一带电粒子（重力不计）沿图中虚线水平通过，则该带电粒子（B ）A. 一定带正电B.速度大小为苴C.可能沿。尸方向运动D.若沿尸。方向运动的速度大于"将一定向下极板偏转解析：若粒子从左边射入，则不论带正电还是负电，电场力大小 均为qE,洛伦兹力大4、均为F=quB=qE,这两个力平衡，速度0=粒子做匀速直线运动，故A错误，B正确.若粒子从右边沿虚线 方

5、向进入，则电场力与洛伦兹力在同一方向，粒子受力不平衡，不能 做直线运动，故C错误.若速度东 则粒子受到的洛伦兹力大于电 场力，使粒子偏转，只有当粒子带负电时，粒子才向下偏转，故D错 误.4 .质量为小、带电荷量为q的小物块，从倾角为夕的光滑绝缘固 定斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中，磁 感应强度为不 如图所示.若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用 力恰好为零，下列说法中正确的是（B ）A.小物块一定带正电荷B.小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动C.小物块在斜面上运动时做加速度增大的变加速直线运动D.小物块在斜面上下滑过程中，当小物块对斜面的作用力为零 时的速率为鬻解析：

6、带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，知洛 伦兹力的方向垂直于斜面向上，根据左手定则知，小物块带负电，故 A错误.小物块沿斜面运动的过程中受重力、斜面的支持力、洛伦兹 力，合外力沿斜面向下，大小为mgsxnO,根据牛顿第二定律知a= gsin/小物块在离开斜面前做匀加速直线运动，故B正确，C错误.当 物块对斜面的作用力为零时，在垂直于斜面方向上的合力为零，有mgcos3=qvB,解得。故 D 错误.5 .如图所示，无限长导线均通以恒定电流/.直线部分和坐标轴接 近重合，弯曲部分是以坐标原点。为圆心的相同半径的一段圆弧，已 知直线部分在原点0处不形成磁场，则下列选项中O处磁感应强度 和图

7、中0处磁感应强度相同的是（A ）解析：由题意可知，图中0处磁感应强度的大小是其中一条导线 在。点的磁感应强度大小的2倍，方向垂直纸面向里，A中，根据安 培定则可知，左上与右下的通电导线在0处产生的磁感应强度叠加为 零，剩余的两条通电导线在。处产生的磁感应强度大小是其中一条导 线在。点的磁感应强度的2倍，且方向垂直纸面向里，故A正确； 同理，B中，四条通电导线在0处的磁感应强度大小是其中一条在O 处的磁感应强度大小的4倍，方向垂直纸面向里，故B错误；C中， 右上与左下的通电导线在。处产生的磁感应强度叠加为零，剩余两条 通电导线在0处产生的磁感应强度大小是其中一条在0处产生的磁 感应强度的2倍，方

8、向垂直纸面向外，故C错误；D中，左上和右下 的通电导线在。处产生的磁感应强度叠加为零，剩余两条通电导线在 O处的磁感应强度大小是其中一条在0处产生磁感应强度的2倍，方 向垂直纸面向外，故D错误.6 .图中直流电源电动势为E=1 V,电容器的电容为。=1F.两 根固定于水平面内的光滑平行金属导轨间距为，=1 m,电阻不计.一 质量为机=1 kg、电阻为£=1 Q的金属棒MN,垂直放在两导轨间 处于静止状态，并与导轨良好接触.首先开关S接L使电容器完全 充电.然后将S接至2, MN开始向右加速运动，导轨间存在垂直于 导轨平面、磁感应强度大小为B= T的匀强磁场（图中未画出）.当 MN达到

9、最大速度时离开导轨，贝lj（ BD ）A.磁感应强度垂直纸面向外B. 离开导轨后电容器上剩余的电荷量为0.5 CC. 的最大速度为1 m/sD. MN刚开始运动时加速度大小为1 m/s2解析：充电后电容器上板带正电，通过MN的电流方向由M到N, 由于MN向右运动，受到的安培力向右，根据左手定则知，磁感应强 度垂直纸面向里，故A错误；当电容器充电完毕时，设电容器上电量 为Qo, MN离开导轨后电容器上剩余的电荷量为Q,有：o=CE, 开关S接2后，开始向右加速运动，速度达到最大值0max时，设 MN上的感应电动势为E',有：E' =8勿max.依题意有：E' =% 设在此

10、过程中MV的平均电流为7,MV上受到的平均安培力为了有: F=Bll,由动量定理，有Af=»Wmax-0.又了 £=。0。，联立得：02/202丑Q=m + B2l2Cf代入数据解得。=0£ C f Pmax =0.5 m/s, B 正确，C 错误；电容器完全充电后，两极板间电压为E,当开关S接2时，电 容器放电，设刚放电时流经MN的电流为/,有：/=1,设MN受到 的安培力F,有：F=IIB,由牛顿第二定律有：F=ma,联立以上三 式得，MN刚开始运动时加速度g=1 m/s?.故D正确，故选BD.7.如图，为探讨霍尔效应，取一块长度为0、宽度为从厚度为 d的金属

11、导体，给金属导体加与前后侧面垂直的匀强磁场B,且通以 图示方向的电流/时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为 U.已知自由电子的电荷量为e.下列说法中正确的是（CD ）A. M板比N板电势高B.导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大C.导体中自由电子定向移动的速度为。=痣IJUD.导体单位体积内的自由电子数为焉解析：电流方向向右，电子定向移动方向向左，根据左手定则判 断可知，电子所受的洛伦兹力方向向上，则M板积累了电子，M. N 之间产生向上的电场，所以M板比N板电势低，选项A错误.电子 定向移动相当于长度为d的导体垂直切割磁感线产生感应电动势，电 压表的读数U等于感应电动势则有

12、U=£=b而，可见，电压表 的示数与导体单位体积内自由电子数无关，选项B错误；由U=E= B加得,自由电子定向移动的速度为等，选项C正确；电流的微 观表达式是/=如S,则导体单位体积内的自由电子数=3，S=CO Jdb,告，代入得 =/看，选项D正确.8 .如图所示，真空中xOy平面内有一束宽度为d的带正电粒子束 沿x轴正方向运动，所有粒子为同种粒子，速度大小相等，在第一象 限内有一方向垂直xOy平面的有界匀强磁场区(图中未画出)，所有带 电粒子通过磁场偏转后都会聚于x轴上的«点.下列说法中正确的是 (CD )I A1 Aoa xA.磁场方向一定是垂直xOy平面向里B.所有

13、粒子通过磁场区的时间相同C.所有粒子在磁场区运动的半径相等D.磁场区边界可能是圆弧解析：由题意可知，正粒子经磁场偏转后，都集中于一点根 据左手定则可知，磁场的方向垂直平面向外，故A错误；由洛伦兹力 提供向心力，可得T=鬻，而运动的时间还与圆心角有关，因此粒 子的运动时间不等，故B错误；由洛伦兹力提供向心力，可得R=福, 由于为同种粒子，且速度大小相等，所以它们的运动半径相等，故C 正确；所有带电粒子通过磁场偏转后都会聚于x轴上的a点，因此磁 场区边界可能是圆，也可能是圆弧，故D正确；故选C、D.二、非选择题(10' +12' +15' +15' =52'

14、)9 .如图所示，在水平放置的光滑平行导轨一端架着一根质量m= 0.04 kg的金属棒导轨另一端通过开关与电源相连.该装置放在 高刀=20 cm的绝缘垫块上.当有竖直向下的匀强磁场时，接通开关 金属棒ab会被抛到距导轨右端水平位移s=10() cm处.试求开关接 通后安培力对金属棒做的功.(g取10 m/s2)解析：在接通开关到金属棒离开导轨的短暂时间内，安培力对金属棒做的功为W,由动能定理得：W=mv2设平抛运动的时间为f,则竖直方向：k=ggF水平方向：s=vt联立以上三式解得：W=0.5J.答案：0.5J10 .如图，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为8,方向 垂直于纸面向外；在x

15、轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平 行，且与x轴成45。夹角.一质量为机、电荷量为q(q>0)的粒子以初 速度。从y轴上的尸点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进 入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间To,磁场的方 向变为垂直于纸面向里，大小不变.不计重力.(1)求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间；(2)若要使粒子能够回到尸点，求电场强度的最大值.解析：(1)带电粒子在磁场中做圆周运动，设运动半径为K,运动 周期为T,根据洛伦兹力公式及圆周运动规律，有vo 2nRqvoB=m 示 T=-依题意，粒子第一次到达X轴时，运动转过的角度为余T,所需时间h为Zi

16、=1r,求得h二鬻(2)粒子进入电场后，先做匀减速运动，直到速度减小为0,然后 沿原路返回做匀加速运动，到达x轴时速度大小仍为加，设粒子在电场中运动的总时间为0 加速度大小为电场强度大小为E,有qE 12m=ma9 v()=at29 得 tz=7根据题意，要使粒子能够回到尸点，必须满足力/。得电场强度最大值E="等.q/o答案.迎应11 .如图所示，有一平行板电容器左边缘在y轴上，下极板与x轴 重合，两极板间匀强电场的场强为E.一电荷量为外质量为，的带电 粒子，从。点与x轴成0角斜向上射入极板间，粒子经过K板边缘a 点平行于x轴飞出电容器，立即进入一磁感应强度为B的圆形磁场的 一部分

17、(磁场分布在电容器的右侧且未画出)，随后从c点垂直穿过x 轴离开磁场.已知粒子在0点的初速度大小为。=喑，NacO=45。,cosO=磁场方向垂直于坐标平面向外，磁场与电容器不重合，带电粒子重力不计，试求:(1)K极板所带电荷的电性；(2)粒子经过c点时的速度大小；(3)圆形磁场区域的最小面积.解析：(1)粒子由。到c,向下偏转，根据左手定则判断，可知粒 子带正电.粒子在电场中做类斜抛运动，根据粒子做曲线运动的条件 可知电场力垂直于两极板向下，正电荷受到的电场力与电场方向相 同，故电场方向垂直于两极板向下，K板带正电，L板带负电.(2)粒子由。到a做类斜抛运动，水平方向分运动为匀速直线运动，

18、竖直方向为匀减速运动，到达“点平行于x轴飞出电容器，即竖直方 向分速度减为零，g点速度为初速度的水平分量，出电场后粒子在磁 场外做匀速直线运动，在磁场中做匀速圆周运动，速度大小始终不变， 故粒子经过c点时的速度与a点速度大小相等.由上可知粒子经过c点时的速度大小Vc =(3)粒子在磁场中做圆周运动，轨迹如图所示，a、c为两个切点. 洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律可知：qvcB=n可得轨迹半径R=mvc mEqB -qB2粒子飞出电容器立即进入圆形磁场且磁场与电容器不重合，圆形 磁场必与电容器右边界而切于a点，还需保证c点也在磁场中，当 圆形磁场与be切于c点时磁场面积最小，此时磁场半径与轨迹半径相 等.7T，2/72磁场最小面积S=nR2= g2g4 .答案：正电(2隙节酒'12 .如图所示，圆形区域半径为心圆心在。点，区域中有方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为R电子在电子枪中经电 场加速后沿AO方向垂直进入磁场，偏转后从M点射出并垂直打在荧 光屏PQ上的N点，PQ平行于AO, O点到尸。的距离为2R.电子电 荷量为e,质量为2,忽略电子加速前的初动能及电子间的相互作用.求：左P*Q右rMf-o UoJ 1 、一 十/ R丁 二方.£；2、J(1)电子进入磁场时的速度大小V；(2)电子枪的加速电压U；(3