2021北京高三一模物理汇编磁场(教师版)

2121122021京高三一模物理汇212112一选题共6小题）．（2021西城区一模）云室是借助过饱和水蒸气在离子凝结来显示通过它的带电粒子径迹的装置。如图为一张云室中拍摄的照片。云室中加了垂直于纸面向里的磁场。图中、b、、、是点出一些正电子或负电子的径迹。有关a、c三径以下判断正确的是（）Aa、b、c都正电子的径迹B．径对应的粒子动量大C．径对应的粒子动能最大D．径迹对应的粒子运动时间最．（2021丰台区一模）两条平行的通电直导线ABCD通磁场发生相互作用，电流方向如图所示。下列说法正确的是（）A两根导线之间将相互排斥BI在I位置产生的磁场方向垂直纸面向外C．AB受的力是由I的场施加的D．I＞I，AB到的力大于受的力．（2021朝阳区一模）如图所示，两个平行金属板水平置，要使一个电荷量为q质量为的粒，以速度v沿板中心轴线S向右运动，可在两板间施加匀强电场或匀强磁场。设电场强度为E磁感应强度为B，不计空气阻力，已知重力加速度为。下列选项可行的是（）1/

N00NNN00NNA只施加竖直向上的电场，且满足＝B只施加竖直向上的磁场，且满足C．时施加竖直向下的电场和竖直向上的磁场，且满足＝

D．时加竖直向下的电场和垂直纸面向里的磁场，且满足E

．（2021门头沟区一模）永磁体之间的相互作用与电荷间的相互作用相似，人们将电荷的相关概念引入磁现象的研究之中。认为磁棒的两极存在两种磁荷N极带正磁荷极带负磁荷磁荷”观点认为磁荷可以激发磁场，描述磁场的基本物理量定义为磁场强度H类比电场强度的定义方法，用正磁荷在磁场中受到的磁场力F和磁荷的值表示磁场强度H，方向与该处磁荷受力方向一致。用如图装置，可以测量通电线圈产生的磁场和磁间作用力。假设图N极磁荷，线圈不通电时，测力计示数为。）A当线圈中通顺时针方向（俯视）电流时，测力计示数小于B磁铁N极处位置的磁场强度大小H＝C．电后测力计示数改变量为F，则磁铁N极处位置的磁场强度大小H＝D．果一根较短磁铁挂在测力计上，并使磁铁完全放入线圈中，则通电后测力计的示数变小2/

00．（2021门头沟区一模）如图所示，为洛伦兹力演示仪结构示意图。由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。当通有恒定电流时前后两个励磁线圈之间产生强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电U和磁线圈的电流I调节。适当调节U和I玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹。通过下列调节，一定能让圆形径迹半径减小的是（）00A减小U增大IC．时减小U和I

B增大U减小ID．时大U和I．（2021门头沟区一模）如图所示是磁流体发电机的示图，两平行金属板P、Q之有一个很强的磁场。一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场方向喷入磁场。将P、Q与阻R相连接。下列说法正确的是（）AP板电势低于板电势B通过的电流方向由b指向aC．只改变磁场强弱，通过的流保持不变D．只大粒子入射速度，通过R的流大二计题共3小题）．（2021海淀区一模）如图1示，空间分布着方向平行于纸面、宽度为的水平匀强电场。在紧靠电场右侧半径为的圆形区域内，分布着垂于纸面向里的匀强磁场。一个质量为m电荷量为﹣粒子从左极板上A点由静止释放后，在M点开速电场，并以速度v沿半径方向射入匀强磁场区域然后从点射出两点间的圆心角MON＝，子重力可忽略不计。（1求加速电场场强的大小；（2求匀强磁场的磁感应强度B的小；3/

1nn110000112（3若仅将该圆形区域的磁场改为平行于纸面的匀强电场，如图2所，带电粒子垂直射入该电场后仍然从N点射出。求该匀强电场场强E的小1nn110000112．（2021朝阳区一模）一种获得高能粒子的装置如图所。环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场A、B为环形区域内两块中心开有小孔的极板t＝0时A板势为+U，板电势为零，质量为、荷量+q的粒子在A板孔处由静止始加速；粒子离开B板，板势立即变为零，此后粒子在环形区域内做半径为R的圆周运动。每当粒子到达A板，板势变为+U离开B时A板势变为零；B板势始终为零。如此往复，粒子在电场中一次次被加速。为使粒子在环形区域内绕行半径不变，需不断调节磁场的弱A、B板间距远小于R不虑电场、磁场变化产生的影响，不考虑相对论效应的影响，不计粒子的重力。（1求粒子绕行第一圈时线速度的大小；（2求粒子绕行第时，磁感应强度的大小及效电流I；（3在粒子绕行的整个过程中，A板势可否始终+？并说明理由。．（2021门头沟区一模）如图甲所示，两个相同的平行属极板P、Q平放置，高速电子在O点中线O射入，速度大小为v极板P、Q的度为L，极间的距离为，子的质量为m电荷量为，忽略电子所受重力和电子之间的相互作用。（1若在极板P、Q间加垂直于纸面的匀强磁场，电子垂直打在极板P，求此匀强磁场的磁感应强度（2若在极板P、Q间加恒定电压U，电子穿过极板、Q时，沿竖直方向偏移的距离为，求U的小；（3若在极板P、Q间加一交变电压，其电压u随间变的像如图乙所示，电压的最大值为。子在O点持续均匀的沿O射，且在单位时间内射入的电子数为，在O点直放置一个较短的金属条，4/

HH金属条长为eq\o\ac(△,l)eq\o\ac(△,)（eq\o\ac(△,l)eq\o\ac(△,)比）。求该金属条上能够检测到的平均电流强度I的小。（由于电子在P、Q板运动时间极短，远小于交变电压的周期，电子在穿过、Q板时的电压认为不变）。HH三解题共3小题）．（西城区一模）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广应用于测量和自动控制等领域。（1如图1将一半导体薄片垂直置于磁场中在薄片的两个侧面、通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中能够自由移动的电荷受洛伦兹力的作用一侧偏转和积累，于是在c、f间生霍尔电压U。知半导体薄片的厚度为d，自由电荷的电荷量为q求薄片内单位体积中的自由电荷数n；（2利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图所示，两块完全相同的磁体同极相对放置，在两磁体间的缝隙中放入图1所的霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，霍尔电压U为，将该点作为位的零点。当霍尔元件沿着x轴向移动时，则有霍尔电压输出。若该霍尔元件是电子导电的，在霍尔元件中仍通以由向b的流，那么如何由输出的霍尔电压判断霍尔元件由中间位置沿着x轴哪个方向移动？请分析说明；5/

安（3自行车测速码表的主要工作传感器也是霍尔传感器。如图，霍尔元件固定在自行车前叉一侧，一块强磁铁固定在一根辐条上。当强磁铁经过霍尔元件时，使其产生电压脉冲。已知自行车在平直公路匀速行驶，车轮与地面间无滑动，车轮边缘到车轴的距离为r。安a若单位时间内霍尔元件检测到个冲，求自行车行驶的速度大小；．图4中两幅图哪个可以大致反映自行正常行驶过程中车轮边缘一点相对地面的运动轨迹？请说明由。．（•东城区一模）如图所示，宽为l的滑固定导轨与水平面成α角质量为m金属杆ab（电阻不计）水平放置在导轨上，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B电源的内阻为r，当变阻器接入电路的阻值为时，金属杆恰好能静止在轨上。重力加速度用表示。求：（1金属杆静止时受到的安培力的大小F；（2电源的电动势；（3若保持其它条件不变，仅改变匀强磁场的方向，求由静止释放的瞬间，金属杆可能具有的沿导轨向上最大加速度。．（•东城区一模，劳伦斯和学生利文斯顿研制了世界上第一台回旋加速器，如图1所，这个精致的加速器由两个D形空盒拼成，中间留一条缝隙，带电粒子在缝中被周期性变化的电场加速，在垂直于盒面的磁场作用下旋转，最后以很高的能量从盒边缘的出射窗打出，用来轰击靶原子。（1劳伦斯的微型回旋加速器直径＝10cm加速电压U＝2kV可加速氘核（H达到最大为＝的能量，求：a氘核穿越两形间缝隙的总次数N；．氘核被第10次速后在形中环绕时的半径R。6/

（2自诞生以来，回旋加速器不断发展，加速粒子的能量已经从每核子2（20MeV/u提高到2008年1000MeV/u，代速器是一个非常复杂的系统，而磁铁在其中相当重要。加速器中的带电粒子，不仅要被加速，还需要去打靶，但是由于粒子束在运动过程中会因各种作用变散开，因此需要用磁铁来引导使它们聚集在一起。为了这个目的，磁铁的模样也发生了很大的变化。图所的磁铁“超导四极”图示为它所提供磁场的磁感线。请在图中图分析并说明，当很多带正电的粒子沿垂直纸面方向进“超四极的空腔，磁场对粒子束有怎样的会聚或散开作用？7/

k242021京高三一模物理汇编：磁场k24参考答案一选题共6小题）．【分析】根据左手定则判断粒子所带电性，根据粒子做圆周运动的半径和圆心角分析粒子的速度、动能、动量和运动时间。【解答】解：A、左手定则可知，，、、c是电子的迹；BC带电粒子在磁场中所受到的洛伦兹力提供其做圆周运动的向心力粒子的半径最大径对应粒子的半径最小，根据

解得：r＝，速度越大，c径对应E＝

和＝可得：径迹对应粒子的动能最大，径对应粒子的动能最小，故正确；D、据＝

可知，粒子在磁场中运的时间为t＝，中子在磁场中的偏转角，径对应粒子的偏转角最大，故错。故选：。【点评】本题考查带电粒子在匀强磁场中的运动，比较简单，从图中正确得出粒子做圆周运动的径和圆心角是解题关键。．【分析】根据安培定则判断通电直导线周围产生磁场，再根据左手定则判断安培的方向，两根导线之间的安培力是作用力与反作用力。【解答】解：A、据安培定则判断通电直导周围产生磁场，可知两根导线相互吸引；B根据安培定则可知在I位置产生的场垂直纸面向里，故B误；C、场的基本性质是对放入其中的磁体，故AB受的力是由I的磁场施加的，故C正确；D、个流之间的吸引力属于作用力与反作用力，方向相反。故选：。【点评】本题研究平行通电导线之间有力的作用，知道通电导线之间的相互作用规律是关键。．【分析】微粒带负电，只加电场时，电场力与重力平衡，从而求出电场方向和场大小；微粒带负电，只加磁场时，洛伦茲力与重力平衡，由左手定则求出磁场方向和平衡条件求出磁应强度大小；8/

12720N微粒带负电，同时加电场和磁场，判断电场力和洛伦茲力的方向，三力平衡，从而求出电场强大小。12720N【解答】解：A、微粒带负电，且满足

向运动，故A误；B因微粒带负电，且满足

时向右运动，故错误；CD因微粒带负电，电场力竖直向，重力竖直向下解得：，D正；故选：D。【点评】微粒带负电，只有电场时，电场力与重力平衡，只加磁场时，洛伦茲力与重力平衡，同加电场和磁场时，重力、电场力、洛伦茲力三力平衡。注意左手定则的应用，判断洛伦茲力的方向。．【分析】根据安培定则判断出线圈电流产生的磁场方向，然后判断测力计示数如变化；根据磁场强度的定义式求出磁场强度；磁铁完全放入线圈中，磁铁不受磁场力作用，测力计示数不变。【解答】解：A、线圈中通顺时针方向（俯）电流时，电流产生的磁场竖直向下，测力计示数变大，A错误；BC线圈通电后测力计示数的变化量等磁荷受到的磁场力＝，错误；D、果一根较短磁铁挂在测力计上，通电后线圈电流产生的磁场与磁铁平行，磁铁受力情况不变，故D错误。故选：。【点评】本题是一道信息给予题，认真审题理解题意，从题中获取所需信息是解题的前提与关键根据题意应用安培定则与磁场强度的定义式即可解题。．【分析】让圆形径迹半径减小，根据牛顿定律可以减小进入磁场的速度或者增加场的磁感应强度。【解答】解：A、子枪加速电压和粒子速度关系为＝，所以有，节磁线圈中的电流I，增，则当减小U，增大I减。B增大U减小I，半径增大。9/

C、时减小U和I，故C误。D、时大U和I，故D错。故选：A。【点评】掌握牛顿第二定律和带电粒子在磁场中运动的结合是解题的关键。．【分析】等离子体从左向右进入磁场，受到洛伦兹力发生偏转，打到极板上，使极板间形成电势差，当粒子所受电场力与洛伦兹力相等时，形成动态平衡。根据极板的正负判断电势的高低以及电流的流。【解答】解：、等离子体进入磁场，正电荷向上偏，负电荷向下偏。所以上极板带正电，则P板电势高于Q板电势，故AB错；C、据电场力等于磁场力＝，再由欧姆律

＝，流与磁感应强度成正，通过电流也改变；D、上析可知R电流也会增大。故选：D。【点评】解决本题的关键会根据左手定则判断洛伦兹力的方向，以及知道当粒子所受电场力与洛兹力相等时，形成动态平衡。二计题共3小题）．【分析】（1）根据动能定理列式求解；（2根据圆周运动半径公式列式求解；（3根据类平抛相关内容列式求解。【解答】解：（1）粒子在匀强电场中加速的过程根据动能定理有解得图10/

05（2粒子运动轨迹如图1所，粒子在磁场中做匀速圆周运动05由几何关系可得tan30°解得图（3粒子在偏转电场中做匀加速曲线运动，运动轨迹如图2所在x方有R+Rcos60°vt在y方有根据牛顿第二定律有Eq＝ma联立解得E＝答：（）加速电场场强E的小为；（2匀强磁场的磁感应强度B的大小为；（3该匀强电场场强的小为。【点评】本题考查带电粒子在复合场中的运动，分析带电粒子的运动过程是解题关键。．【分析】（1）由动能定理求绕行第一圈的线速度大小；（2第加速后绕行第n圈由动能定理求得绕行的速度，由电流一定义求等效电流强度；（3由加速器的原理进行说明。【解答】解：（1）由动能定理11/

7nn0得7nn0（2由第）问可得洛伦兹力提供向心力：得：由：

及得（3不可以。如果A板直保持压不变，不能保证粒子一直加速答：（）粒子绕行第一圈时线速度的大小v为；（2粒子绕行第圈时，感应强度的大小B为、效电流I为；（3在粒子绕行的整个过程中，不可以使A一直保持+U不，那么子转一周被加速一次回到A时再减速一次。【点评】本题是带电粒子在圆形加速器中加速的应用，这是一个很好的想法，在一个很小空间内速粒子，但与回旋加速器比起来，有相似之处，也不不同之处，此处每当粒子加速完毕离开电场后，立即势变为零，否则加速不会延续。．【分析】（1）电子在磁场中做匀速圆周运动，做出在磁场中运动轨迹图，根据几何关系可求磁场强度大小；（2电子做类平抛运动，由平抛规律和牛顿第二定律可以求出极板间所加的电压大小；（3求出恰好打在金属条边缘时，极板上的电压，显然此电压下出发的电子将打在金属条上，小于此电压时间段点总时间段的倍数即为打在金属条上的与发出电子的倍数，由此求出电流强度。【解答】解：（1）间加磁场时，带电粒子做匀速圆周运动洛伦兹力提供向心力有：B12/

0054mmm000所以得到：B＝0054mmm000（2间加电场U时，高速电子在板间做类平抛运动水平方向：L＝vt竖直方向：＝

而a＝联立解得：U＝（3若极板间的所加电压为U时，电子的竖直位移为，有＝

而＝

将t代入可得：＝而当电压最大时，偏转位移为y＝，a＝2×

，将t代后得到y＝结合图乙知道，一个周期T内压小于电压U时间段t＝2×。那么金属条eq\o\ac(△,l)eq\o\ac(△,)上的平均电流强度INt＝答：（）匀强磁场的磁感应强度B；

＝＝（2U的大小为；（3该金属条上能够检测到的平均电流强度I的小为。【点评】本题考查电子在电场和磁场中分别做匀速圆周运动和类平抛运动运动的实例，但不便思的是最后一问求打在金属条上的总电荷量，实际上与打在金属条上的电子数目有关，结合上两问，求出能在金属条上电子的总数目，利用数学知识求解，过程复杂，有一定的难度。三解题共3小题）．【分析】1）根据平衡条件结合洛伦兹力的计算公式、电流微观表达式进行解答；13/

（2由输出的霍尔电压可知c、f两哪电势高，进可判断霍尔元件沿着x轴哪个方向移动；（3、单位时间内霍尔元件检测到个冲，由此得到车轮转动的角速度，再根据线速度与角速度的关系求解自行车的行驶速度；、自行车轴相对于地的速度与轮边缘的点绕轴转动的速度相等，根据轮上各点相对地的速度不同，分析哪个图可以反映自行车正常行驶过程中车轮边缘一点相对地面的运动轨迹。【解答】解：（1）设c、f两面之间的距离为L当电场力与洛伦兹力相等时，根据平衡条件可得q根据电流强度微观表达式可得I其中：＝联立解得：n＝；（2由题意可知，两块磁体的中间位置合磁场的磁感应强度为，中间位置左侧的区域合磁场的方向向右，且通有由b方向的电流时，根据左手定则可判断f一，因此f侧累负电荷c侧累正电荷，电势高；当霍尔元件处于中间位置左侧f侧势高。若输出的霍尔电压显示侧势高，说明霍尔元件向轴方向移动；若f电势高，说明霍尔元件向负方向移动。（3、单位时间内霍尔元件检测到个冲，因此车轮转动的角速度＝πm自行车的行驶速度v＝＝πmr；、甲图可以反映自行车正常行驶过程中车轮边缘一点相对地面的运动轨迹。理由：在自行车正常行驶时，车轮边缘上的一点同时参与两个运动v和行车一起向前做线运动，二是以线速度v绕轴做圆周运动，因此车轮边缘上一点运动到最高点时相对地面的速度最大v，运动到最低点时对地面的速度最小，为0而乙图中的轨迹的最低点的速度方向指向自行车行驶的反方向；也可以这样分析：在自行车正常行驶时，车轮与地面之间不打滑，即车轮边缘一点运动到最低时相对地面的速度为，而乙图中的轨迹的最低点的速度方向指向自行车行驶的反方向。答：（）薄片内单位体积中的自由电荷数为；（2若输出的霍尔电压显示侧势高，说明霍尔元件向轴方向移动；若f侧势高，说明霍尔件向轴负方向移动；14/

（3、若单位时间内霍尔元件检测个脉冲；、图6中甲图可以大致反映自行车正常驶过程中车轮边缘一点相对地面的运动轨迹。【点评】本题主要是考查传感器的应用，知道该霍尔元件里面导电的是自由电子，能够根据平衡件求解霍尔电压，根据左手定则判断电势高低，弄清楚霍尔元件测量微小位移的原理、自行车测速码表的作原理是关键。．【分析】1）对金属杆进行受力分析，根据共点力的平衡计算安培力的大小；（2根据安培力的表达式F＝BIL闭合电路的欧姆定律

计算电源电动势；（3当金属杆沿导轨向上的合力最大时，相应的加速度也最大，所以当安培力沿导轨向上时，金属杆可