2022新高考衡水名师原创物理专题卷：专题09 磁场

1、2022新高考衡水名师原创物理专题卷 专题九 磁场1.电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的通电平行线圈I和，线圈I固定，线圈置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。下列说法正确的是（ ）A.当天平示数为负时，两线圈电流方向相同B.当天平示数为正时，两线圈电流方向相同C.线圈I对线圈的作用力大于线圈对线圈I的作用力D.线圈I对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力是一对相互作用力2.如图所示，水平地面上方固定一个通电螺线管，其中电流的方向如图中箭头所示，在螺线管轴线的正下方竖直固定一个轻质弹簧。在螺线管上方某一高度处，将一个金属圆盘由静止释放，圆盘下落的过程中盘面始

2、终保持水平，且圆盘的中轴线始终与弹簧的轴线、螺线管的轴线重合。从圆盘开始下落到弹簧被压缩至最短的过程中，若不计空气阻力的影响，下列说法正确的是( )A.圆盘内的磁通量逐渐增大B.从上往下看，在圆盘一直产生顺时针方向的涡流C.在接触弹簧之前，某时刻圆盘的加速度可能等于重力加速度gD.圆盘的重力势能减少量等于弹簧弹性势能的增加量3.如图所示，两根平行长直导线垂直纸面放置，导线内通有方向相反、大小相等的电流，O点是两者连线的中点，连线上的两点到O点距离相等，是两者连线的垂直平分线上的三点，其中两点到O点距离相等，下列说法正确的是( )A.两点磁感应强度大小相等、方向相反B.导线M受到的安培力方向沿方

3、向，指向NC.两点磁感应强度方向相反，均沿连线垂直平分线，且指向O点D.d点磁感应强度大小大于c点的磁感应强度大小4.如图所示，大量质量为m、带电荷量为的离子通过宽度为d的狭缝，沿着与边界垂直的方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，已知离子进入磁场的速度大小，不考虑离子间的相互作用和离子的重力。则带电离子在磁场中可能经过的区域的面积是( )A.B.C.D.5.如图，纸面内虚线上下两侧存在方向均垂直纸面向外的匀强磁场，虚线下方磁场的磁感应强度是虚线上方磁场磁感应强度的2倍。一带正电的粒子（重力不计）从虚线上O点，沿与虚线成角的方向以某速度垂直射入上方磁场，粒子从虚线上的P点第一次进入下方磁场，

4、一段时间后粒子再次经过P点。粒子从O点至第一次到P点的过程中，平均速度为，从O点至第二次到P点的过程中，平均速度为，则等于（ ）A.1：1B.1：2C.1：7D.7：16.如图所示，是边长为L的正方形，在四分之一圆区域内有垂直正方形平面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的带电粒子从b点沿方向射入磁场时，粒子恰好能通过c点，不计粒子的重力，则粒子的速度大小为（ ）A.B.C.D.7.如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q（q0）的粒子垂直于x轴射入第二象限，随后垂直于y轴进入第一象限，最后经

5、过x轴离开第一象限。粒子在磁场中运动的时间为( )ABCD8.带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以速度垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中，其轨迹如图所示，则下列说法正确的是( )A B C甲的速度可能变大D丙的速度不一定变大9.如图所示,空间存在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场和水平向左、场强为E的匀强电场。有一质量为m,电荷量大小为q的微粒垂直于磁场且以与水平方向成45角的速度v做直线运动,重力加速度为g。则下列说法正确的是( )A.微粒可能做匀加速直线运动B.微粒可能只受两个力作用C.匀强磁场的磁感应强度D.匀强电场的电场强度10.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，

6、其示意图如图所示，其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速， 经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子 在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为( )A.11 B.12C.121D. 14411.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作：当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移

7、动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则元件的（ ）A.前表面的电势比后表面的低B.前、后表面间的电压U与v无关C.前、后表面间的电压U与c成正比D.自由电子受到的洛伦兹力大小为12.如图所示是磁流体发电机的示意图，间距为d的两平行金属板之间有一磁感应强度大小为B的匀强磁场，与电阻R相连接，一束含有大量正、负带电离子的等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场。若两平行金属板之间的内阻为r，则下列说法正确的是( )A.流过电阻R的电流方向由b到aB.流过电阻R的电流大小为C.电阻R的热功率为D.当时，磁流体发

8、电机输出电功率最大13.空间有足够大的正交的垂直纸面向外的匀强磁场和水平方向的匀强电场，虚线为匀强电场的等势线，一不计重 力的带电粒子在O点以某一初速度垂直等势线进入正交的电磁场中，运动轨迹如图所示，已知粒子在P点的速 度比在O点的速度大，则( )A.带电粒子一定带负电B.带电粒子的运动轨迹一定是抛物线C.电场线方向一定垂直等势线向右D.带电粒子从O点运动到P点的过程中电势能增大14.如图,以为直径的半圆内有垂直纸面向外的磁感应强度大小为B的匀强磁场,半径与半径夹角为60。一对正、负电子从P点沿方向射入磁场中,一个从A点离开磁场,另一个从B点离开磁场。已知电子的质量为m、电荷量为e,电子重力及

9、电子间的相互作用力均不计,则( )A.从A点射出磁场的是正电子B.正电子运动的速率为C.正、负电子在磁场中运动的时间之比为2:1D.正、负电子在磁场中运动的向心加速度大小之比为3:115.如图所示,上部半圆下部矩形组成的平面区域内存在垂直平面向里的匀强磁场。由点A向圆心O方向连续发射相同速率的同种带电粒子,最终粒子从B点离开磁场区域。不计粒子所受重力、粒子间的相互作用及空气阻力。则以下说法正确的是( )A.该种粒子一定带负电,且在B点沿方向离开磁场B.若在A点增大粒子入射速率,方向不变,则粒子在磁场中的运动时间增加C.若在A点调整粒子入射方向,速率不变,则间无粒子射出D.若在A点调整粒子入射方

10、向,速率不变,从弧射出的粒子的出射方向均与平行16.如图所示，等腰直角三角形abc区域内（包含边界）有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，在bc的中点O处有一粒子源，可沿与ba平行的方向发射大量速率不同的同种粒子，这些粒子带负电，质量为m，电荷量为q，已知这些粒子都能从ab边离开abc区域，ab=2l，不考虑粒子的重力及粒子间的相互作用。关于这些粒子，下列说法正确的是（ ）速度的最大值为 B速度的最小值为在磁场中运动的最短时间为 D在磁场中运动的最长时间为17.如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等 矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方

11、向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止则a、b的电流方向可能是( )A.均向左B.均向右C.a的向左，b的向右D.a的向右，b的向左18.如图，A、C两点分别位于x轴和y轴上，OCA=30，OA的长度为L。在OCA区域内有垂直于xOy平面向里的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带正电粒子，以平行于y轴的方向从OA边射入磁场。已知粒子从某点射入时，恰好垂直于OC边射出磁场，且粒子在磁场中运动的时间为t0。不计重力。（1）求磁场的磁感应强度的大小；（2）若粒子先后从两不同点以相同的速度射入磁场，恰好从OC边上的同一点射出磁场，求该粒子这两次在磁场中运动的时间之和；（3）若粒子从某点射入磁场后，其运动

12、轨迹与AC边相切，且在磁场内运动的时间为，求粒子此次入射速度的大小。19.台质谱仪的工作原理如图所示.大量的甲、乙两种离子飘入电压为的加速电场，其初速度几乎为0,经过加速后，通过宽为L的狭缝沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上.已知甲、乙两种离子的电荷量均为+q,质量分别为2m和m，图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N的甲种离子的运动轨迹.不考虑离子间的相互作用.1）.求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离x;2）.在图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度d;3）.若考虑加速电压有波动，在到之间变化，要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠

13、，求狭缝宽度L满足的条件.20.如图所示，在第象限内存在电场强度大小为、方向沿轴负方向的匀强电场和磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场。在复合场中放置一线形、长为的带电粒子发生器，它沿轴正方向不断地发射出速度相同的带正电粒子(已知粒子质量均为、电荷量均为)，这些粒子能在的区间内垂直轴进入第象限。在第象限内半径为的圆形区域内存在着一与纸面垂直的匀强磁场，圆形区域与轴分别相切于两点。在第象限整个区域内存在磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场。已知从点射入圆形磁场区域的粒子恰好从点沿轴负方向进入第象限。不计粒子重力和相互作用力。(可能用到的公式：)(1)求第象限圆形磁场区域内的磁感应

14、强度大小和方向。(2)求通过圆形磁场区域的带电粒子第二次通过轴的区域范围。(3)若调整粒子发生器和复合场，使粒子发射速度增大一倍，且粒子仍能垂直轴进入第象限。求从点射入的粒子通过轴时点的坐标。参考答案1.答案：A解析：当两线圈电流方向相同时，表现为相互吸引，电流方向相反时，表现为相互排斥，故当天平示数为正时，两者相互排斥，电流方向相反，当天平示数为负时，两者相互吸引，电流方向相同，A正确B错误；线圈I对线圈的作用力与线圈对线圈I的作用力是一对相互作用力，等大反向，C错误；静止时，线圈平衡，线圈I对线圈的作用力与托盘对线圈的作用力施力物体不同，受力物体相同，不满足相互作用力的条件，D错误。2.答

15、案：C解析：由磁通量，可知S不变，B先增大后不变再减小，故圆盘内的磁通量先增大后不变再减小，A项错误；根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向先竖直向下后竖直向上，由右手定则可知，自上而下看，圆盘进入螺线管的过程中会产生顺时针方向的涡流，离开螺线管的过程中会产生逆时针方向的涡流，B项错误；在接触弹簧之前，圆盘经过螺线管中点时，磁通量最大，没有涡流产生，圆盘只受重力作用，其加速度大小为g，C项正确；根据能量守恒定律可知，圆盘接触弹簧下落过程中，圆盘的重力势能转化为弹簧的弹性势能、圆盘的动能以及因涡流效应产生的内能，故D项错误。3.答案：D解析：根据安培定则，两点磁感应强度大小相等、方向相同，均垂

16、直连线向下，故A选项错误。根据安培定则判断导线N在M处的磁感应强度方向，再结合左手定则判断安培力的方向，可得M所受安培力的方向沿方向，背离N，B选项错误。两点磁感应强度方向相同，均沿连线垂直平分线向下，C选项错误。导线各自在d点处产生的磁感应强度大小均大于在c点处产生的磁感应强度大小，且d点处两磁感应强度的方向夹角更小，合磁感应强度更大，故D选项正确。4.答案：B解析：根据向心力公式和洛伦兹力公式得，解得。如图所示，磁场中带电离子可能经过的区域的面积，所以只有B项正确。5.答案：D解析：粒子运动轨迹如图，粒子在上方磁场做圆周运动的周期，在下方磁场做圆周运动的周期，则，结合几何关系得，则，答案为

17、D。6.答案：C解析：粒子沿半径方向射入磁场，则出射速度的反向延长线一定经过圆心a，由于粒子能经过c点，因此粒子出磁场时的速度方向一定沿方向，轨迹如图，由几何关系可知，粒子做匀速圆周运动的半径为，根据牛顿第二定律得，解得，故C正确。7.答案：B解析：运动轨迹如图:即运动由两部分组成,第一部分是个周期,第二部分是个周期,故总时间为B选项的结果.8.答案：A解析：对于甲粒子：轨迹向上弯曲,;对于乙粒子：轨迹不弯曲,;对于丙粒子：轨迹向下弯曲,;则,故A正确,B错误;甲粒子向上偏,电场力做负功,导致动能减小,则速度在减小,故C错误;丙粒子的电场力做正功,动能增大,则速度变大,故D错误。故选A。9.答

18、案：D解析：粒子沿直线运动,由于洛仑兹力与速度垂直且大小与速度成正比,故粒子必定做匀速直线运动,根据平衡条件可求解电场力与洛仑兹力,并可求出B和E;AB、若粒子带正电,电场力向左,洛伦兹力垂直速度v线斜向右下方,而重力竖直向下,则电场力、洛伦兹力和重力三个力的合力与速度不在同一直线上,粒子不可能做直线运动,所以粒子不可能带正电;则有粒子带负电,电场力向右,洛伦兹力垂直速度v线斜向左上方,而重力竖直向下,只有电场力、洛伦兹力和重力三力平衡,粒子才能做直线运动,所以粒子做匀速直线运动,故A、B错误;CD、根据平衡条件,有:,qvB=,联立解得:E=,B=,故D正确,C错误;故选D。10.答案：D解

19、析：由动能定理得,可得带电粒子进入磁场时的速度为，又带电粒子在磁场中运动的轨迹半径,联立可得，由题意可知，该离子与质子在磁场中具有相同的轨迹半径和电荷量，故，其中，可得,故选D. 11.答案：D解析：由图知电流从左向右流动，因此电子的运动方向为从右向左，根据左手定则可知电子偏转到后面表，因此前表面的电势比后表面的高，故A错误，电子在运动过程中洛伦兹力和电场力平衡，有，故，故D正确，由则电压，故前后表面的电压与速度有关，与a成正比，故BC错误。12.答案：BC解析：含有大量正、负带电离子的等离子体进入磁场，根据左手定则，正离子向上偏，打在上极板P上，负离子向下偏，打在下极板Q上，所以上极板P带正

20、电，下极板Q带负电，流过电阻R的电流方向由a到b，A项错误；设磁流体发电机的电动势为E，带电离子从两平行金属板之间通过，依据电场力等于洛伦兹力，即，则有，再由闭合电路的欧姆定律，B项正确；电阻R的热功率，C项正确；根据电源输出电功率最大的条件可知，当时，磁流体发电机输出电功率最大，D项错误。13.答案：AC解析：根据粒子在电场、磁场中的运动轨迹和左手定则可知A正确;由洛伦兹力方向与速度方向垂直，粒子受到的合力是变力，而物体只有在恒力作用下做曲线运动时，轨迹才是抛物线，选项B错误；由于空间只存在电场和磁场，粒子的速度增大，说明在此过程中电场力对带电粒子做正功,则电场线方向一定垂直等势线向右，选项

21、C正确；电场力做正功，电势能减小，选项D错误。14.答案：BD解析：根据左手定则判断知从A点射出磁场的是负电子,选项A错误;圆弧所对的圆心角,则正电子运动轨迹的半径,由得正电子运动的速率,选项B正确;同理,负电子运动轨迹的半径,轨迹所对的圆心角,正、负电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期均为,由得,正、负电子在磁场中运动的时间之比为,选项C错误;由得,正、负电子在磁场中运动的向心加速度大小之比为,选项D正确。15.答案：AD解析：从A向圆心O发射粒子,从B点离开磁场,则粒子在A处所受洛伦兹力方向水平向左,则由左手定则知粒子带负电,因为上部为半圆区域磁场,所以沿径向射入必沿径向射出,在B点沿方向

22、离开磁场,故A项正确。如图甲所示,粒子在磁场中的轨迹半径。在A处只调整粒子的入射方向,速率不变,如图若从D点射出,因为菱形,与平行且相等则D处速度水平,故D项正确。若射入方向沿偏右,则会从间射出,C项错误。若在A点增大入射速率,方向不变,如图乙所示,粒子运动轨迹对应圆心角变小,时间变短,故B项错误。16.答案：AD解析：粒子从ab边离开磁场时的临界运动轨迹如图所示： 由几何知识可知： 解得：AB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：，故粒子的最大速度为： 最小速度：故A正确，B错误。CD由粒子从ab边离开磁场区域的临界运动轨迹可知，粒子转过的最大圆心角，最小圆心角：，粒子做圆周运动的周期： 则粒子在磁场中运动的最短时间大于四分之一周期， 最长时间：17.答案：CD解析：由右手螺旋定则可知，若a、b两导线的电流方向相同，在矩形线框上、下边处产生的磁场方向相反，由于矩形线框上、下边的电流方向也相反，则矩形线框上、下边所受的安培力相反，所以不可以平衡，则要使矩形线框静止，a、b两导线的电流方向相反，故CD正确。