2023江苏版物理高考第二轮复习-专题十　磁场

2023江苏版物理高考第二轮复习专题十磁场1.（2022河南名校联盟三诊）（多选）回旋加速器的工作原理如图所示,D形金属盒的半径为R,两I）形盒间狭缝的宽度为d,匀强磁场的磁感应强度大小为双方向与盒面垂直。D形金属盒的中心0处有一粒子源，能产生质量为叭电荷量为e的质子（质子的初速度及其所受重力均不计），质子在加速电压为〔的电场中加速,最终从出口处射出.下列说法正确的是（）a.质子在电场中运动的总时间为3B.质子在磁场中运动的总时间为党C.若仅将电压I：增大，则质子从出口处射出时的动能不变4 p2r2口2D.若仅将0处的粒子源改为氨（；He）核源并适当调整交流电频率，则氨核可获得的最大动能为匕答案AC当质子射出1）形盒时,根据洛伦兹力提供向心力得evB=^,v=—,质子在电场中的加速度大小为a=空黑,质子Km mmd在电场中运动的总时间15=竿，故A正确;设在电场中加速的次数为n,根据动能定理得neU=imv\在电场中加速一次后,在磁2n2 nr»2场中运动半圈,在磁场中运动半圈的时间1产；二胃,质子在磁场中运动的总时间I,二nL，一：:义警二二：/，故B错误;当质子射2eB 2mueb2U出D形盒时,质子的速度v喑若仅将电压L增大，则质子从出口处射出时的速度不变,动能不变,故C正确;若仅将0处的粒子源改为氨（：He）核源并适当调整交流电频率，则与质子比较,电荷量增大为2倍,质量增大为4倍，则氮核吸得的最大速度为eRR 1 „2d2d2v'半最大动能E^Xdmv':=W~L,故D错误.im L（2022东北师大附中测试七）如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图,演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线圈,通入电流I后，能够在两线圈间产生匀强磁场;玻璃泡内有电子枪,通过加速电压I对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心0点正下方的S点水平向左射出，电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹.则下列说法正确的是（）励磁线圈A.若要正常观察电子径迹,励磁线圈的电流方向应为逆时针（垂直纸面向里看）B.若保持U不变,增大1,则圆形径迹的半径变大C.若同时减小I和I,则电子运动的周期减小D.若保持I不变,减小I,则电子运动的周期将不变答案D若要正常观察电子径迹，则电子向左运动时需要受到向上的洛伦兹力,根据左手定则可知,玻璃泡内的磁场应向里，根据安培定则可知,励磁线圈的电流方向应为顺时针，故A错误;电子在磁场中，向心力由洛伦兹力提供，则有eBv=m^,可得r曦,而电子进入磁场的动能由电场力做功得到,即eU=%v；即U不变，则、不变，由于m、e不变,而当1增大时,B增大，故半径减小，故B错误;因为T卫=驾,所以电子运动的周期与I■无关,当减小电流I时,B也减小,则电子运动的周期T增大故C错误;当I不变,u砌的T不变，故D正确.解题指导磁场是由通电励磁圆形线圈产生,电流变化时磁场也会变化.（2022江苏连云港二模）利用霍尔元件可以制作位移传感器.如图甲所示，将霍尔元件置于两块磁性强弱相同、同名磁极相对放置的磁体间隙中,以中间位置为坐标原点建立如图乙所示空间坐标系.当物体沿x轴方向移动时，霍尔元件将产生不同的霍尔电压U.已知在小范围内,磁感应强度B的大〃与x成正比.电流I沿+z方向且保持不变。下列说法正确的是（）A.电流I越小，霍尔电压I：越大B.位移传感器无法确定位移的方向C.位移传感器的刻度线是均匀的D.当霍尔元件处于x>0的位置时,上表面电势高答案C根据题意得qvB=qg,又I=nqSv,解得U=%I,电流1越小,霍尔电压I越小,A错误;根据题意B=kx,解得L=^x,电a nqS nqS压与位移成正比,位移传感器的刻度线是均匀的,c正确;若载流子所带电荷的正负确定,根据左手定则，可以确定上表面电势的高低,故位移传感器可以确定位移的方向,B错误;载流子所带电荷的正负未知,当霍尔元件处于x>0的位置时,如果载流子带正电荷，则正电荷在洛伦兹力作用下向上偏转，上表面电势高,如果载流子带负电荷,负电荷在洛伦兹力作用下也是向上偏转，则下表面电势高,因此无法确定上表面电势高低,D错误.（2022辽宁沈阳模拟）（多选）将长方体金属导体板水平放在匀强磁场中,磁场垂直前后侧面向里穿过,当左右侧面接入电路、通入电流时,在导体板的上下两表面间会出现电势差,此现象称为霍尔效应,上下两表面间的电压称为霍尔电压Ik某同学利用霍尔效应的原理设计一个电路自动控制开关,部分电路如图所示.闭合电路开关,通入电流时,若上表面电势低于下表面电势，显示器会提示“电流方向错误”，同时控制器将断开电路开关.若通入了正确方向的电流,当URU。时显示器显示“正常”，开关保持接通;当U“>U。时显示器会提示“电流过大”，同时控制器也将断开电路开关。则通入“正常”电流时（）显示器A.电流方向向左B.导体板上表面因得到正电荷而带正电C.通入导体板的电流大小变为原来的一半时,U“也变为原来的一半D.换用上下表面间距较大的同种金属长方体导体板，上下表面间电势差U“变大答案AC金属导体板中能自由运动的粒子是电子,当通入“正常”电流时产生的霍尔效应使导体板上表面电势高于下表面电势,说明电子受到的洛伦兹力方向向下,根据左手定则可判断出电子向右定向移动,所以“正常”电流方向向左，故A正确；金属导体中正电荷不移动,通入“正常”电流时上表面因失去电子而带正电，故B错误;稳定时电子匀速经过，有q萼=qvB,可得dU尸Bdv,d是上下表面间的距离,\是电子定向移动的速率,根据电流的微观表达式I=neSv可得丫=总，则U产需,通入导体板的DI电流I大小变为原来的一半时,u”也变为原来的一半，故C正确;设导体板前后侧面间的距离为1,贝US=dl,所以u„=—,说明L-„net与上下表面间的距离d无关，故I）错误.（2022山东潍坊一模.7）如图所示,正六边形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场.一带正电粒子以速度v,从a点沿ad方向射入磁场，从<：点离开磁场;若该粒子以速度'〔从a点沿ae方向射入磁场，则从d点离开磁场。不计粒子重力，"的值为（）A.V3B.当

答案c带正电粒子以速度v.从a点沿ad方向射入磁场,从c点离开磁场,设六边形的边长为L,则由几何关系得R,=V3L;若该粒子以速度5从a点沿ae方向射入磁场，则从d点离开磁场，则由几何关系得RWL,由洛伦兹力提供向心力得Bqv=m^，则R等,故速度之比即半径之比,”=号《，故选C.Bq V2/?22（2022山东聊城一模.9）（多选）如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里,上端开口、下端封闭的玻璃管竖直放置,玻璃管内壁光滑，管底有一带正电的小球（未画出），在外力作用下,玻璃管垂直进入磁场并保持速度不变，小球最终从上端管□飞出.从进入磁场到小球飞出玻璃管的过程中,下列说法正确的是（）TOC\o"1-5"\h\zI I X XJx X XL ；x x/:X X Xb：xXXA.洛伦兹力对小球做正功B.小球的机械能增加C.小球的运动轨迹是一条抛物线D.小球在玻璃管中的运动时间与玻璃管速度无关答案BC洛伦兹力的方向与速度方向垂直,永远不做功，故A错误;设小球竖直分速度为水平分速度为v,小球受力如图所示,玻璃管对带电小球的弹力水平向右，小球的速度方向斜向右上方，弹力对小球做正功，小球的机械能增加，故B正确;小球随玻璃管在水平方向做匀速直线运动，小球在竖直方向所受的洛伦兹力F,-qvB是恒力,在竖直方向,由牛顿第二定律得qvB-mg=ma,解得小球的加速度大小a=*g,小球的加速度不随时间变化,恒定不变，小球在竖直方向做匀加速直线运动,合运动为匀变速曲线运动,运动轨迹是一条抛物线，故C正确;小球在竖直方向做匀加速运动,根据h=iat2,可知小球在玻璃管中的运动时间与玻璃管速度有关,选项【）错误。'ng'ng（2022广东佛山二模,10）（多选）据报道，我国空间站安装了现代最先进的霍尔推进器用以空间站的轨道维持。如图乙，在很窄的圆环空间内有沿半径向外的磁场1,其磁感应强度大小可近似认为处处相等;垂直圆环平面同时加有匀强磁场2和匀强电场（图中没画出），磁场1与磁场2的磁感应强度大小相等，已知电子电荷量为e,质量为m,若电子恰好可以在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动，则以下说法正确的是（）甲 乙甲 乙A.电场方向垂直环平面向外粒子轨迹XXX入射方向粒子轨迹XXX入射方向B.电子运动周期为一VC.垂直环平面的磁感应强度大小为手eRmv2D.电场强度大小为华eR答案BCD根据左手定则可知电子在圆环内受到磁场1的洛伦兹力垂直环平面向里,电场力与该洛伦兹力平衡，电场力应垂直环平面向外,由于电子带负电,故电场方向垂直环平面向里,A错误;电子在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动，则电子运动周期为T=,B正确;电子在圆环内受到磁场2的洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力,则有cvB=m-,v R2解得B空,C正确;电子在垂直环平面方向受力平衡，则有eE=evB,解得卜：笠,D正确。eR eRD（2022广东深圳二模,8）（多选）如图为地球赤道剖面图,地球半径为R,把地面上高度为e区域内的地磁场视为磁感应强度为B、方向垂直于剖面的匀强磁场，一带电粒子以速度v正对地射入该磁场区域,轨迹恰好与地面相切,则（）入射方向粒子轨迹A.粒子带正电荷B.轨迹较为言C.粒子的比荷为白D.若粒子速度减小,在该磁场区域的运动时间增大答案BD由左手定则知，粒子带负电,A错误;由几何关系知/+（R+9,（R+r）；解得r=^,B正确;根据qvB=（,解得工法,C错误;若粒子速度减小，则运动半径减小,在磁场中运动的圆心角变大,粒子的周期T普不变，则由t=^T知,在该磁m5dK Qd场区域的运动时间变大,D正确。（2022临澧一中开学考,5）磁单极子是物理学家设想的一种仅带有单一磁极（\极或S极）的粒子，它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布,目前科学家还没有证实磁单极子的存在.若自然界中存在磁单极子，以其为球心画出两个球面1和2,如图所示,a点位于球面1上,b点位于球面2上,则下列说法正确的是（）

A.a点比b点的磁感应强度大B.a点比b点的磁感应强度小C.球面1比球面2的磁通量大D.球面1比球面2的磁通量小答案A由于磁单极子的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布,磁感线越密集的地方,磁感应强度越大,A正确,B错误;由于磁感线都是发散射线,中间没有断开,穿过两个面的磁感线的条数相等,因此两个面的磁通量相等,C、D错误。（2022长沙长郡中学月考六,9）（多选）自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率.如图甲所示,一块磁铁安装在前轮上,轮子每转一圈,磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压.如图乙所示，电源输出电压为U„当磁场靠近霍尔元件时,在导体前后表面间出现电势差k（前表面的电势低于后表面的电势）.下列说法中正确的是（）连接到速度计霍尔传感器、自行车前叉图甲磁场8Hi 图乙A.图乙中霍尔元件的载流子带正电B.已知自行车车轮的半径,再根据单位时间内的脉冲数，即获得车速大小C.若传感器的电源输出电压I,变大，则霍尔电压I：变大D.自行车的车速越大，则霍尔电压L越大答案BC霍尔元件的电流1是由负电荷定向运动形成的,选项A错误;根据单位时间内的脉冲数,可求得车轮转动周期,从而求得车轮的角速度,最后由线速度公式v=r3，结合车轮半径即可求解车轮的速度大小,选项B正确;根据qvB=q^,得&=vdB,由电流的微观表达式I=nqS%七解得后缁，霍尔电压盘与车速大小无关,选项D错误;由公式旧倦，若传感器的电源输出电压U,变大,那么电流I变大，则霍尔电压V.将变大，选项0正确。（2020塘沽一中期末）如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择器中电场强度大小为E„磁感应强度大小为B”方向垂直纸面向里,静电分析器通道中心线为:圆弧,圆弧的半径（0P）为R,通道内有均匀辐射的电场,在中心线处的电场强度大小为E,磁分析器中有范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外.一带电粒子以速度v沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点，不计粒子重力。下列说法正确的是（）Q P磁分析器 BA.速度选择器的极板P,的电势比极板P：的电势!氐B.粒子的速度、・聋C.粒子的比荷为ERBiD.P、Q两点间的距离为丝誓答案C根据图可知,粒子在磁分析器内向左偏转，则粒子受到的洛伦兹力的方向向左,由左手定则可知，该粒子带正电;粒子在速度选择器内向右运动,根据左手定则可知,粒子受到的洛伦兹力的方向向上;因为粒子匀速穿过速度选择器,所以粒子受到的电场力的方向向下，则电场的方向向下,所以极板P的电势比极板P：的电势高，故A项错误.粒子在速度选择器内匀速运动,受力平衡，则有qE产qvB“解得'=2,故B项错误.粒子在静电分析器内做匀速圆周运动，则有qE塔,联立可得粒子的比荷2=4=鸟,故c项正确.粒子在磁分析器内做匀速圆周运动,有qvB=—,联立解得厂瞥,由几何关系知P、Q之间的距离mchERB] r cjd为2r二^^1,故D项也（2022滨海七校联考,5）新型冠状病毒传播能力非常强,因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须是全程都在高度无接触物理防护性条件下操作。武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室,在该实验室中有一种污水流量计,其原理可以简化为如图所示模型:污水内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,左侧流出.流量Q等于单位时间通过横截面的液体的体积.空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是（）BXX“XXXXXXxx/vxxA.所有离子所受洛伦兹力方向均由M指向NB.M点的电势高于、点的电势C.污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速D.若再测量出M、N两点间的电压就能够推算出污水的流量答案D根据左手定则可知,正离子受到的洛伦兹力向下,负离子受到的洛伦兹力向上,因此正离子向下聚集,负离子向上聚集,、点电势高于M点电势，故A、B均错误;不带电的粒子不会受洛伦兹力,因此也不会偏转,M、N之间不会出现电势差，故（,错误;当M、N两点间电压U稳定时,根据平衡条件有qvB=qE,根据匀强电场中电势差与场强的关系有U=Ed,由题意可知Q=vsJnd'联立解得Q=嘤,由该式可知只需要知道磁感应强度B、直径d及义两点间的电压I,就能够推算出污水的流4 48量,故1）正确。（2022浙江宁波十校联考）为了降低潜艇噪音，科学家设想用电磁推进器替代螺旋桨。装置的截面图如图所示，电磁推进器用绝缘材料制成海水管道，马鞍形超导线圈形成如图所示的磁场,现潜艇在前进过程中海水正源源不断地被推向纸外.则下列说法正确的是（）A.图中所接电源为直流电源,a极为电源正极B.同时改变磁场方向和电源正负极可实现潜艇倒退C.加速阶段,海水对潜艇的力与潜艇对海水的力大小相等D.电源输出的能量完全转化为海水的动能和潜艇的动能答案C海水被推向纸外,根据左手定则可知,电流方向由b指向a,b为电源正极,A错误;同时改变电流和磁场方向,海水受到的安培力不变,航行方向不变,B错误;根据牛顿第三定律,海水对潜艇的力与潜艇对海水的力大小相等,方向相反,C正确;电源输出的能量不可能完全转化为动能,有焦耳热损耗,D错误.（2022山东青岛一模,17）某电子显像装置的原理如图所示,平面内有匀强电场和匀强磁场区域,磁场分布在x轴下方及抛物线与y轴之间,抛物线方程为y=2x；磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外;电场分布在抛物线与x轴之间所夹的空间,电场强度大小为E,方向沿y轴负方向.现有带正电粒子从抛物线上各处无初速度释放,粒子进入第四象限经磁场偏转后都会经过原点0,粒子重力不计，求：（1）带电粒子的比荷；（2）y=2m处释放的粒子从释放到再次运动到抛物线（非原点）所用的时间；（3）y=2m处释放的粒子第三次经过x轴的位置坐标....16E (3ir+16)B答案⑴/⑵⑶(2-5m,0)

解析⑴设带电粒子在磁场中的运动半径为R,根据洛伦兹力提供向心力qvB带电粒子在电场中加速Eqy=^mv:由于粒子恰好能经过圆心0,可知x=2R又y=2x2⑵当y=2m时,得x=lm此时粒子做圆周运动的半径R=0.5m由圆运动方程可得(x-0.5)2+y2=R2又抛物线方程为y=2x2解得x=0,y=0或者x=0.5,y=0.5即粒子再次到达抛物线的坐标为(0.5m,0.5m),可知粒子在磁场中恰好运动了;周期,粒子做圆周运动的周期T驾4 qB粒子在磁场中运动的时间1尸》=瞿432c图图(a)解得T2E则运动的时间(3)粒子再次进入电场后做类平抛运动带电粒子在电场中加速口=黑片，则平抛的水平位移Xo=vt3=2m因此达到X轴上的坐标为⑵5m,0).(2022广东二模,13)如图(a)是一种防止宇宙射线危害宇航员的装置,在航天器内建立半径分别为R和45r的同心圆柱，圆柱之间加上沿轴向方向的磁场,其横截面如图(b)所示.宇宙射线中含有大量的质子,质子沿各个方向运动的速率均为v0,质子的电荷量为e、质量为m.图(b)(1)若设置磁感应强度大小为某值时,恰好所有方向入射的质子都无法进入防护区,求这种情况下磁感应强度的大小.(2)若设置磁感应强度大小使得正对防护区圆心入射的质子，恰好无法进入防护区,求这种情况下质子从进入磁场到离开磁场的时间.

田一z,x(V3+l)mvo/c\2rR答案⑴^⑵丽解析(D设磁感应强度为B时,运动半径为r的质子渗透最深入时都无法进入防护区,其在磁场中的运动轨迹如图甲所示.由几何关系可知厂当与2傩兹力想共向心力ev庄》联立①②解得B="臀eR(2)设磁感应强度为B„质子的运动半径为如图乙所示.由几何关系可知r『+(gR)2=(ri+R)2③又tana= ④质子在磁场中运动的时间，胃噫联立③④⑤解得(2022常德统考,14)物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，如图是该设备的平面结构简图。初速度不计的氧离子(比荷青2.4X1。，C/kg)经电压V的电场加速后，从C点水平向右进入竖直向下的场强为E=207/m的匀强电场，恰好打到电场、磁场的竖直分界线I最下方M点(未进入磁场)并被位于该处的金属靶材全部吸收,C、M两点的水平距离为。.5%靶材蝴出的部分金属离子(比荷森2.0X1。"C/kg)沿融方向进入两匀强磁场区域，麒大小均为1.0X10'必,并沂积在固定基底上,M点到基底的距离为一m.基底与水平方向夹角为45。，大〃弁等(B=lX10：T)、方向相反(均垂直纸面)4的两磁场的分界线0过M点且与基底垂直。求：(两种离子均带正电.忽略重力及离子间相互作用力)(DC.M两点的高度差;(2)在纸面内,基底上可被金属离子打中而镀膜的区域长度;(3)金属离子打在基底上所用时间最短时离子的入射方向与分界线II的夹角的正弦值.靶材答案(1)0.5m(2)空m(3)乎解析(1)氮离子在电场中加速根据动能定理有qiU«=1miVo故v产产91—。二］小乙7mi氢离子在电场中偏转CMA=Vot1,CMr=rat2qiE=mia代入数据得高度差C.My=0.5m(2)金属离子在磁场中运动m?v2c一「二Bq「vlx金属离子沿着靶材和右下磁场边界入射,其圆心o在M点正上方0.5m处,金属离子沉积点为K,分界线II与基底的交点为A.0靶材0Msin45°=AM所以()恰好在基底上。V20A=AMtan45m4所以AK=竽m4离子靠近MA方向射出，则会落在A点的附近.左上磁场区域范围内离子受到洛伦兹力偏向右,根据对称性,离子能够到达K'点(在A左