2020届人教高考物理一轮稳优提优题：磁场练习

人教高考物理一轮稳优提优题：磁场练习及答案**专题：磁场**一、选择题1、磁体与磁体间、磁体和电流间、电流和电流间相互作用示意图，以下正确的是（）A．磁体磁场磁体 B．磁体磁场电流C．电流电场电流 D．电流磁场电流【参考答案】ABD2、如图所示，在竖直向下的匀强磁场中有两根竖直放置的平行粗糙导轨CD、EF，导轨上放一金属棒MN．现从t＝0时刻起，给金属棒通以图示方向的电流且电流强度与时间成正比，即I＝kt，其中k为常量，金属棒与导轨始终垂直且接触良好．下列关于金属棒的速度v、加速度a随时间t变化的关系图象，可能正确的是()如图：解析：选D．从t＝0时刻起，金属棒通以电流I＝kt，由左手定则可知，安培力方向垂直纸面向里，使其紧压导轨，导致金属棒在运动过程中，所受到的摩擦力增大，所以加速度在减小，当滑动摩擦力小于重力时速度与加速度方向相同，所以金属棒做加速度减小的加速运动．当滑动摩擦力等于重力时，加速度为零，此时速度达到最大．当安培力继续增大时导致加速度方向竖直向上，则出现加速度与速度方向相反，因此做加速度增大的减速运动．v－t图象的斜率绝对值表示加速度的大小，故选项A、B均错误．对金属棒MN，由牛顿第二定律得mg－μFN＝ma，而FN＝BIL＝BktL，即mg－μBktL＝ma，因此a＝g－eq\f(μkBL,m)t，显然加速度a与时间t成线性关系，故选项C错误，D正确．3、初速度为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则()A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变解析：选A．由安培定则可知，通电导线右方磁场方向垂直纸面向里，则电子受洛伦兹力方向由左手定则可判知向右，所以电子向右偏；由于洛伦兹力不做功，所以电子速率不变．4、劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示．置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U．若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响．则下列说法正确的是()A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πRfB．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C．质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为eq\r(2)∶1D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，仍用该回旋加速器释放质量为m的质子，则最大动能不变解析：选ACD．质子被加速后的最大速度受到D形盒半径R的制约，因v＝eq\f(2πR,T)＝2πRf，故A正确；质子离开回旋加速器的最大动能Ekm＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m×4π2R2f2＝2mπ2R2f2，与加速电压U无关，B错误；根据R＝eq\f(mv,Bq)，Uq＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，2Uq＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，得质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为eq\r(2)∶1，C正确；因回旋加速器的最大动能Ekm＝2mπ2R2f2与m、R、f均有关且这几个量均不变，D正确．5、(多选)如图所示，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b，相距为d，ab间的电场强度为E，今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b板时，速度大小不变，而方向变为水平方向，且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域，bc区域的宽度也为d，所加电场强度大小为E，方向竖直向上，磁感应强度方向垂直纸面向里，磁场磁感应强度大小等于eq\f(E,v0)，重力加速度为g，则下列关于粒子运动的有关说法正确的是()A．粒子在ab区域的运动时间为eq\f(v0,g)B．粒子在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r＝2dC．粒子在bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为eq\f(πd,6v0)D．粒子在ab、bc区域中运动的总时间为eq\f((π＋6)d,3v0)解析：选ABD．粒子在ab区域，竖直方向上做匀减速运动，由v0＝gt得t＝eq\f(v0,g)，故A正确；水平方向上做匀加速运动，a＝eq\f(v0,t)＝g，则qE＝mg，进入bc区域，电场力大小未变方向竖直向上，电场力与重力平衡，粒子做匀速圆周运动，由qv0B＝eq\f(mveq\o\al(2,0),r)，得r＝eq\f(mv0,qB)，代入数据得r＝eq\f(veq\o\al(2,0),g)，又veq\o\al(2,0)＝2gd，故r＝2d，B正确；在bc区域，粒子运动轨迹所对圆心角为α，sinα＝eq\f(1,2)，α＝eq\f(π,6)，运动时间：t＝eq\f(eq\o(s,\s\up12(－)),v0)＝eq\f(\f(π,6)·2d,v0)＝eq\f(πd,3v0)，故C错误；粒子在ab区域的运动时间也可以表示为：t＝eq\f(d,v0/2)＝eq\f(2d,v0)，故总时间t总＝eq\f(2d,v0)＋eq\f(πd,3v0)＝eq\f((π＋6)d,3v0)，故D正确．6、如图所示，有一个正方形的匀强磁场区域abcd，e是ad的中点，f是cd的中点，如果在a点沿对角线方向以速度v射入一带负电的带电粒子，恰好从e点射出，则()A．如果粒子的速度增大为原来的二倍，将从d点射出B．如果粒子的速度增大为原来的三倍，将从f点射出C．如果粒子的速度不变，磁场的磁感应强度变为原来的2倍，也将从d点射出D．只改变粒子的速度使其分别从e、d、f点射出时，在磁场中运动时间关系为：te＝td>tf解析：选AD．作出示意图，如图所示，根据几何关系可以看出，当粒子从d点射出时，轨道半径增大为原来的二倍，由半径公式R＝eq\f(mv,qB)可知，速度v增大为原来的二倍或磁感应强度变为原来的一半，A项正确，C项错误；如果粒子的速度增大为原来的三倍，则轨道半径也变为原来的三倍，从图中看出，出射点在f点下面，B项错误；据粒子的周期公式T＝eq\f(2πm,qB)，可知粒子的周期与速度无关，在磁场中的运动时间取决于其轨迹圆弧所对应的圆心角，所以从e、d点射出时所用时间相等，从f点射出时所用时间最短，D项正确．7、如图是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场均匀辐向分布，线圈中a、b两条导线长均为l，通以图示方向的电流I，两条导线所在处的磁感应强度大小均为B．则()A．该磁场是匀强磁场B．线圈平面总与磁场方向垂直C．线圈将顺时针转动D．a、b导线受到的安培力大小总为BIl解析：选CD．匀强磁场的磁感应强度应大小处处相等，方向处处相同，由图可知，选项A错误；在图示的位置，a受向上的安培力，b受向下的安培力，线圈顺时针转动，选项C正确；易知选项B错误；由于磁感应强度大小不变，电流大小不变，则安培力大小始终为BIl，选项D正确．8、质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是()A．该微粒一定带负电荷B．微粒从O到A的运动可能是匀变速运动C．该磁场的磁感应强度大小为eq\f(mg,qvcosθ)D．该电场的场强为Bvcosθ解析：选AC．若微粒带正电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向左的电场力qE和垂直OA斜向右下方的洛伦兹力qvB，知微粒不能做直线运动，据此可知微粒应带负电荷，它受竖直向下的重力mg、水平向右的电场力qE和垂直OA斜向左上方的洛伦兹力qvB，又知微粒恰好沿着直线运动到A，可知微粒应该做匀速直线运动，则选项A正确，B错误；由平衡条件得：qvBcosθ＝mg，qvBsinθ＝qE，得磁场的磁感应强度B＝eq\f(mg,qvcosθ)，电场的场强E＝Bvsinθ，故选项C正确，D错误．9、如图所示，一个绝缘且内壁光滑的环形细圆管固定于竖直平面内，环的半径为R(比细圆管的内径大得多)．在圆管的最低点有一个直径略小于细圆管内径的带正电小球处于静止状态，小球的质量为m，带电荷量为q，重力加速度为g．空间存在一磁感应强度大小未知(不为零)，方向垂直于环形细圆管所在平面向里的匀强磁场．某时刻，给小球一方向水平向右、大小为v0＝eq\r(5gR)的初速度，则以下判断正确的是()A．无论磁感应强度大小如何，获得初速度后的瞬间，小球在最低点一定受到管壁的弹力作用B．无论磁感应强度大小如何，小球一定能到达环形细圆管的最高点，且小球在最高点一定受到管壁的弹力作用C．无论磁感应强度大小如何，小球一定能到达环形细圆管的最高点，且小球到达最高点时的速度大小都相同D．小球从环形细圆管的最低点运动到所能到达的最高点的过程中，水平方向分速度的大小一直减小解析：选BC．小球在轨道最低点时受到的洛伦兹力方向竖直向上，若洛伦兹力和重力的合力恰好提供小球所需要的向心力，则在最低点时小球不会受到管壁弹力的作用，A选项错误；小球运动的过程中，洛伦兹力不做功，小球的机械能守恒，运动至最高点时小球的速度v＝eq\r(gR)，由于是双层轨道约束，小球运动过程中不会脱离轨道，所以小球一定能到达轨道的最高点，C选项正确；在最高点时，小球圆周运动的向心力F＝meq\f(v2,R)＝mg，小球受到竖直向下的洛伦兹力的同时必然受到与洛伦兹力等大反向的轨道对小球的弹力，B选项正确；小球从最低点运动到最高点的过程中，小球在下半圆内上升的过程中，水平分速度向右且减小，到达圆心的等高点时，水平分速度为零，而运动至上半圆后水平分速度向左且不为零，所以水平分速度一定有增大的过程，D选项错误．二、非选择题1、在如图所示的平面直角坐标系xOy中，有一个圆形区域的匀强磁场(图中未画出)，磁场方向垂直于xOy平面，O点为该圆形区域边界上的一点．现有一质量为m、带电荷量为＋q的带电粒子(不计重力)从O点以初速度v0沿x轴正方向进入磁场，已知粒子经过y轴上P点时速度方向与y轴正方向夹角为θ＝30°，OP＝L，求：(1)磁感应强度的大小和方向；(2)该圆形磁场区域的最小面积．解析：(1)由左手定则得磁场方向垂直xOy平面向里．粒子在磁场中做弧长为eq\f(1,3)圆周的匀速圆周运动，如图所示，粒子在Q点飞出磁场．设其圆心为O′，半径为R．由几何关系有(L－R)sin30°＝R，所以R＝eq\f(1,3)L．由牛顿第二定律有qv0B＝meq\f(veq\o\al(2,0),R)，故R＝eq\f(mv0,qB)．由以上各式得磁感应强度B＝eq\f(3mv0,qL)．(2)设磁场区域的最小面积为S．由几何关系得直径eq\o(OQ,\s\up12(－))＝eq\r(3)R＝eq\f(\r(3),3)L，所以S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(eq\o(OQ,\s\up12(－)),2)))eq\s\up12(2)＝eq\f(π,12)L2．答案：(1)eq\f(3mv0,qL)方向垂直于xOy平面向里(2)eq\f(π,12)L22、如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁