2022年高考物理模拟试题分类汇编磁场(带详细解析)

1、2022 年高考物理试题分类汇编磁场(全国卷 1) 26(21 分) 如下图， 在0 x 3a 区域内存在与 xy 平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为 B.在 t=0 时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy 平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y 轴正方向的夹角分布在 0180范围内。已知沿 y 轴正方向发射的粒子在t = t0 时刻刚好从磁场边界上P( 3a, a) 点离开磁场。求： 粒子在磁场中做圆周运动的半径 R 及粒子的比荷 qm； 此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y 轴正方向夹角的取值范围； 从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。2 3 q 2【答案】

2、R = a = 3 m 3Bt 0速度与 y 轴的正方向的夹角范围是 60到 120从粒子发射到全部离开所用 时间 为2t0【解析】 粒子沿 y 轴的正方向进入磁场，从 P 点经过做 OP 的垂直平分线与 x 轴的交 点为圆心，根据直角三角形有R 2 = a 2 + ( 3a R) 2解得R = 2 33a3，则粒子做圆周运动的的圆心角为 120， 2sin 9 = a =R周期为T = 3t0粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，根据牛顿第二定律得2 3h = 3a 一 a =3a ，半径与 y 轴的的夹角是 30，这种粒子的 33圆心角是 240。所用 时间 为2t 。0所以从粒子发射到全

3、部离开所用 时间 为2t 。0Bqv = m(2 ) 2R ， v = 2 R ，化简得 q = 2T T m 3Bt0仍在磁场中的粒子其圆心角一定大于 120，这样粒子角度最小时从磁场右边界穿出；角度最大时从磁场左边界穿出。角度最小时从磁场右边界穿出圆心角 120，所经过圆弧的弦与中相等穿出点如图，根据弦与半径、 x 轴的夹角都是 30，所以此时速度与 y 轴的正方向的夹角是 60。角度最大时从磁场左边界穿出，半径与y 轴的的夹角是 60，则此时速度与 y 轴的正方向的夹角是 120。所以速度与 y 轴的正方向的夹角范围是 60到 120在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹应该与磁场的右边界2

4、3相切，在三角形中两个相等的腰为R = a ，而它的高是3RRR(全国卷 2)26 (21 分)图中左边有一对平行金属板，两板相距为 d，电压为 V;两板之间有匀强磁场，磁场应强度大小为 B0，方向平行于板面并垂直于纸面朝里。图中右边有一边长为 a 的正三角形区域 EFG(EF 边与金属板垂直)，在此区域内及其边界上也有匀强磁场，磁感 应强度大小为 B，方向垂直于纸面朝里。假设一系列电荷量为q 的正离子沿平行于金属板面， 垂直于磁场的方向射入金属板之间，沿同一方向射出金属板之间的区域，并经EF 边中点 H 射 入磁场区域。不计重力(1)已知这些离子中的离子甲到达磁场边界 EG 后，从边界 EF

5、 穿出磁场，求离子甲的质量。3 (2) 已知这些离子中的离子乙从 EG 边上的 I 点(图中未画出)穿出磁场， 且 GI 长为 a ，4求离子乙的质量。(3) 若这些离子中的最轻离子的质量等于离子甲质量的一半， 而离子乙的质量是最大的， 问磁场边界上什么区域内可能有离子到达。解析：(1)在粒子进入正交的电磁场做匀速直线运动，设粒子的速度为 v，电场的场强为 E0， 根据平衡条件得E q = B qv0 0VE =0 d由化简得Vv =B d0粒子甲垂直边界 EF 进入磁场，又垂直边界 EF 穿出磁场，则轨迹圆心在 EF 上。粒子运动 中经过 EG，说明圆轨迹与 EG 相切，在如图的三角形中半径

6、为R=acos30tan15tan15= 1 cos30 osin30o = 2 联立化简得R = ( 3 )a323在磁场中粒子所需向心力由洛伦磁力提供，根据牛顿第二定律得B qv = mv2 0 ( 3 3 )a2联立化简得m = qadBB0( 3 3 )V 2(2)由于 1 点将 EG 边按 1 比 3 等分，根据三角形的性质说明此轨迹的弦与 EG 垂直，在如图的三角形中，有1R = 2 = acos30 o 4a cos30 osin 30o同理qadBBm = 04V(10)mv(3)最轻离子的质量是甲的一半，根据半径公式R = 离子的轨迹半径与离子质量呈 Bq正比， 所以质量在甲

7、和最轻离子之间的所有离子都垂直边界EF 穿出磁场， 甲最远离 H 的距离3为(2 3 3)a ，最轻离子最近离 H 的距离为( 3 )a ，所以在离 H 的距离为(2 3 3)a 到2( 3 )a 之间的 EF 边界上有离子穿出磁场。32比甲质量大的离子都从 EG 穿出磁场，期中甲运动中经过EG 上的点最近，质量最大的乙穿出磁场的 1 位置是最远点，所以在 EG 上穿出磁场的粒子都在这两点之间。a(新课标卷) 25. (18 分)如图所示，在 0 xa、oy 范围内有垂直于 xy 平面向外 2的匀强磁场， 磁感应强度大小为 B。坐标原点 O 处有一个粒子源， 在某时刻发射大量质量为 m、电荷量

8、为 q 的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xy 平面内，与 y 轴正方向的a夹角分布在 090范围内.己知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于 到 a 之间，从发射粒 2子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一，求最后 离开磁场的粒子从粒子源射出时的：(1)速度大小；(2)速度方向与 y 轴正方向夹角正弦。解析：设粒子的发射速度为 v，粒子做圆周运动的轨道半径为 R，由牛顿第二定律和洛伦磁力公mv2 mv式，得qvB = ，解得： R =R qBa当 Ra 时，在磁场中运动时间最长的粒子，其轨迹是圆心为 C 的圆弧，圆弧与磁场 2T 的边界相切，如图所示

9、，设该粒子在磁场中运动的时间为t，依题意， t = 时， 三OCA=4 2设最后离开磁场的粒子的发射方向与 y 轴正方向的夹角为，由几何关系可得：aR sina = R 一 , R sina = a 一 R cosa 再加上 sin2 a + cos2 a = 1，解得：26 6 aqB 6 一 6R = (2 一 )a, v = (2 一 ) ,sin a =2 2 m 10(上海物理) 13. 如图，长为2l 的直导线拆成边长相等，夹角为60 的V 形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为 B ，当在该导线中通以电流强度为 I 的电流时，该V 形通电导线受到的安培力大小为(A

10、) 0 (B) BIl (C) BIl (D) 2BIl答案： C解析： 导线有效长度为 2lsin30。=l，所以该 V 形通电导线收到的安培力大小为BIl 。选 C。本题考查安培力大小的计算。难度：易。(重庆卷) 21.如题 21 图所示，矩形 MNPQ 区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有 5 个 带电粒子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁块，在纸面民内做匀速圆周运动，运动 轨迹为相应的圆弧，这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示由以上信息可知，从图中 a、b、c 处进大的粒子对应表中的编号分别为A 3、5、4 B4、 2、5C5、3、2 D2、4、5答案：Dmv【解析】 根据

11、半径公式 r = 结合表格中数据可求得 15 各组粒子的半径之比依次为 2 Bq3 3 2，说明第一组正粒子的半径最小，该粒子从MQ 边界进入磁场逆时针运动。由图a、b 粒子进入磁场也是逆时针运动，则都为正电荷，而且a、b 粒子的半径比为 2 3，则 a 一定是 第 2 组粒子， b 是第4 组粒子。 c 顺时针运动，都为负电荷，半径与a 相等是第 5 组粒子。正 确答案 D。(江苏卷) 9.如图所示，在匀强磁场中附加另一匀强磁场，附加磁场位于图中阴影区域， 附加磁场区域的对称轴 OO与 SS垂直。 a、b、c 三个质子先后从 S 点沿垂直于磁场的方向摄入磁场，它们的速度大小相等， b 的速度

12、方向与 SS垂直， a、c 的速度方向与 b 的速度方向间的 夹角分别为a、b ，且a b 。三个质子经过附加磁场区域后能达到同一点S，则下列说法中 正确的有A三个质子从 S 运动到 S的时间相等B三个质子在附加磁场以外区域运动时，运动轨迹的圆心均在 OO轴上 C 若撤去附加磁场， a 到达 SS连线上的位置距 S 点最近D附加磁场方向与原磁场方向相同答案： CD解析：A.三个质子从 S 运动到 S的时间不相等， A 错误；B.三个质子在附加磁场意外区域运动时， 只有 b 运动轨迹的圆心在 OO轴上， 因为半径相 等，而圆心在初速度方向的垂线上，所以B 错误；C.用作图法可知，若撤去附加电场，

13、 a 到达 SS连线上的位置距 S 点最近， b 最远； C 正 确；D. 因 b 要增大曲率，才能使到达SS连线上的位置向 S 点靠近， 所以附加磁场方向与原磁 场方向相同， D 正确；本体选 CD。本体考查带电粒子在磁场中的运动。难度：难。(福建卷) 21、(19 分)如图所示，两条平行的光滑金属导轨固定在倾角为9 的绝缘斜面 上，导轨上端连接一个定值电阻。导体棒 a 和 b 放在导轨上，与导轨垂直并良好接触。斜面 上水平虚线 PQ 以下区域内，存在着垂直穿过斜面向上的匀强磁场。现对a 棒施以平行导轨斜 向上的拉力，使它沿导轨匀速向上运动，此时放在导轨下端的 b 棒恰好静止。当 a 棒运动

14、到 磁场的上边界 PQ 处时，撤去拉力， a 棒将继续沿导轨向上运动一小段距离后再向下滑动，此 时 b 棒已滑离导轨。当 a 棒再次滑回到磁场边界 PQ 处时，又恰能沿导轨匀速向下运动。已知 a 棒、 b 棒和定值电阻的阻值均为 R,b 棒的质量为 m，重力加速度为 g，导轨电阻不计。求(1) a 棒在磁场中沿导轨向上运动的过程中， a 棒中的电流强度 I，与定值电阻 R 中的电流强度 I 之比；R(2) a 棒质量 m ； a(3) a 棒在磁场中沿导轨向上运动时所受的拉力F。解析：(1) a 棒沿导轨向上运动时， a 棒、 b 棒及电阻 R 中的电流分别为 Ia 、Ib 、IR ，有I R

15、 = I RR b bI = I + Ia b RI 2解得： a = I 1b(2)由于 a 棒在 PQ 上方滑动过程中机械能守恒，因而 a 棒在磁场中向上滑动的速 度大小 v1 与在磁场中向下滑动的速度大小v2 相等，即 v1=v2=v设磁场的磁感应强度为 B，导体棒长为 L 乙， a 棒在磁场中运动时产生的感应电动势 为E=Blv当 a 棒沿斜面向上运动时EI =2b 3R2BI L = m g sin 9b A向下匀速运动时， a 棒中的电流为 Ia 、则EI =a 2RBI L = m g sin 9a A3由以上各式联立解得： m = ma 2(3)由题可知导体棒 a 沿斜面向上运

16、动时，所受拉力F = BI L + mg sin9 = mg sin97a 2(广东卷) 36.(18 分)如图 16 (a)所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转 轴及两个薄盘 N1 、N2 构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为 L，盘上各开一狭缝，两狭缝 夹角9 可调(如图 16 (b)；右为水平放置的长为 d 的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为 B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N1 ，能通d过 N2 的粒子经 O 点垂直进入磁场。 O 到感光板的距离为 2 ，粒子电荷量为 q,质量为 m，不计重力。(1)若两狭缝平行且盘静止(如图 1

17、6 (c)，某一粒子进入磁场后，竖直向下打在感光 板中心点 M 上，求该粒子在磁场中运动的时间t；(2)若两狭缝夹角为9 0 ，盘匀速转动，转动方向如图 16 (b) .要使穿过 N1 、N2 的粒子 均打到感光板 P1P2 连线上。 试分析盘转动角速度 的取值范围 (设通过 N1 的所有粒子在盘转d一圈的时间内都能到达 N2 )。解：(1)分析该粒子轨迹圆心为9 爪m动时间为： t = T =2爪 2Bq爪2 2P1 ，半径为 ，在磁场中转过的圆心角为9 = ，因而运(2)设粒子从N1 运动到 N2 过程历时为 t，之后在磁场中运行速度大小为v，轨迹半径为R 则：在粒子匀速过程有：L=vt

18、粒子出来进入磁场的条件：9 = ot0在磁场中做匀速圆周运动有：v2qvB = m R设粒子刚好过 P1 点、 P2 点时轨迹半径分别为： R1、R2 则：R R 三 R1 2dR = 1 4R 2 - | R - | = d 2 2 ( 2 HYPERLINK l _bookmark1 2 )( d ) 2qB9 d 5qB9 d由 得： 0 Q D v = v , Q Q 1 2 1 2 1 2 1 2答案： D解析： 由于从同一高度下落，到达磁场边界时具有相同的速度v，切割磁感线产生感应电B2 l 2 v 4l流同时受到磁场的安培力F = ，又R = p ( 为材料的电阻率， l 为线圈的边长)，R SB2 l 2 vS F所以安培力 F = ，此时加速度 a = g = ，且 m = p S . 4l ( p 为材料的密度)，所4p m 0 0以加速度a = g B2v 是定值，线圈和同步运动，落地速度相等 v =v 。由能量守恒可 16pp 1 201得： Q = mg(h + H ) mv2 ， (H 是磁场区域的高度)，为细导线 m 小，产生的热量小，所 2以 Q Q 。正确选项 D。1 2(安徽卷) 23. (16 分)如图 1 所示，宽度为d 的竖直狭长区