高二物理-磁场-习题及答案解析

磁场一、选择题：1．一个松弛的螺旋线圈如图所示，当线圈通有电流I时，线圈中将出现的现象是（）A．轴向收缩，径向变大B．轴向收缩，径向收缩C．轴向伸长，径向变大D．轴向伸长，径向收缩2．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直斜面放置一根长为L、质量为m的直导体棒，当通以图示方向电流I时，欲使导体棒静止在斜面上，可加一平行于纸面的匀强磁场，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中，下列说法中正确的是()A．此过程中磁感应强度B逐渐增大B．此过程中磁感应强度B先减小后增大C．此过程中磁感应强度B的最小值为D．此过程中磁感应强度B的最大值为3．如图所以，固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一平面内，mn与ad、bc边平行且离ad边较近。当导线mn中通以向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是（）A．向左运动B．向右运动C．以mn为轴转动D．静止不动

4．在图中，标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是（）5．一根长为0.2m、电流为2A的通电导线，放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，受到磁场力的大小可能是（）A．0.4NB．0.2NC．0.1ND．0N6．质子（p）和粒子以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道分别为和，周期分别为和，则下列选项正确的是（）A．∶=1∶2，∶=1∶2 B．∶=1∶1，∶=1∶1C．∶=1∶1，∶=1∶2 D．∶=1∶2，∶=1∶17．一带电粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（）A．带电粒子可能做匀速直线运动B．带电粒子虽发生位移但磁场力不做功C．带电粒子做圆周运动时，粒子的动能与圆面积成正比D．带电粒子做圆周运动时，其圆轨道直径可能与磁场方向不垂直8．两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b，以不同的速率对准圆心O沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图。若不计粒子的重力，则下列说法正确的是()A．a粒子带正电，b粒子带负电B．a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大C．b粒子动能较大D．b粒子在磁场中运动时间较长9．（2016全国新课标=2\*ROMANI=3\*ROMANII卷）平面OM和平面ON之间的夹角为30°，其横截面（纸面）如图所示，平面OM上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。一带电粒子的质量为m，电荷量为q（q>0）。粒子沿纸面以大小为v的速度从PM的某点向左上方射入磁场，速度与OM成30°角。已知粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场。不计重力。粒子离开磁场的射点到两平面交线O的距离为（）A.QUOTEmv2qBB.QUOTE3mvqBC.QUOTE2mvqBD.QUOTE4mvqB10．如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所具有的速率，那么（）A．带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过B．带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过C．不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过D．不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过二、计算题:1．一切速度零的质子，经过电压为1880V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4T的匀强磁场中。质子受到的洛伦兹力是多大？洛伦兹力与质子的重力的比值是多大？（质子质量m=1.67×10―27kg，g取10N/kg）2．（2016大庆校级月考）如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，放置一根长为L、质量为m、通过电流为I的导线，若另加一匀强磁场，下列情况下，导线始终静止在斜面上（重力加速度为g）（1）若磁场方向竖直向下，磁感应强度B为多少？（2）若使磁感应强度最小，求磁感应强度的最小值和方向．3．质量为0.1g的小物块，带有5×10－4C的电荷量，放在倾角为30°的绝缘光滑斜面上，整个斜面置于0.5T的匀强磁场中，磁场方向如图所示。物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，物块开始离开斜面（设斜面足够长，取g=10m/s），问：（1）物块带何种电荷？（2）物块离开斜面时的速度为多少？（3）物块在斜面上滑行的最大距离是多少？4．（2015福州模拟）飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析。如图所示，在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的正离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器。已知元电荷为e，a、b板间距为d，极板M、N的长度和间距均为L。不计离子重力及进入a板时的初速度。(1)当a、b间的电压为U1时，在M、N间加上适当的电压U2，使离子到达探测器。请导出离子的全部飞行时间与比荷K()的关系式。(2)去掉偏转电压U2，在M、N间区域加上垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为B。若进入a、b间的所有离子质量均为m，要使所有的离子均能通过控制区从右侧飞出，a、b间的加速电压U1至少为多少？5．如图所示，在x＜0与x＞0的区域中，存在磁感应强度大小分别为B1与B2的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面向里，且B1＞B2。一个带负电荷的粒子从坐标原点O以速度v沿x轴负方向射出，要使该粒子经过一段时间后又经过O点，则B1与B2的比值应满足什么条件？【答案与解析】一、选择题：1．A解析：同向电流相互吸引，异向电流相互排斥．2．【答案】AC【解析】导体棒受重力、支持力、安培力作用而处于平衡状态，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向由垂直斜面向上沿逆时针方向转至水平向左的过程中，安培力由沿斜面向上转至竖直向上，导体棒受力的动态变化如图所示，则由图知安培力逐渐增大，即此过程中磁感应强度B逐渐增大，A对、B错；刚开始安培力F最小，有，所以此过程中磁感应强度B的最小值为，C对；最后安培力最大，有F＝mg，即此过程中磁感应强度B的最大值为，D错。3．B解析：ad边的电流在mn电流的磁场中受到向右的吸引力，bc边中的电流与mn中电流方向相反，受到向右的排斥力，所以线框受到向右的合力而向右运动，B选项正确。4．C5．BCD解析：据安培力的定义，当磁感应强度B与通电电流I方向垂直时，磁场力有最大值为Fmax=BIL=0.5×2×0.2N=0.2N。当两者方向平行时，磁场力有最小值为0N。随着二者方向夹角的不同，磁场力大小可能在0.2N与0N之间取值。6．A解析：质子（）和粒子（）在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式，周期公式，又因质子和粒子的速率相等，代入q、m可得∶=1∶2，∶=1∶2，故选A。7．ABC解析：带电粒子沿磁场方向运动时不受洛伦兹力，做匀速直线运动；洛伦兹力永远不做功，所以A、B正确；带电粒子的动能，，，解得，所以C选项正确；带电粒子轨道半径的方向与洛伦兹力方向平行，一定垂直于磁场的方向，所以D不正确。8．【答案】C【解析】由左手定则可知b粒子带正电，a粒子带负电，选项A错误；由于b粒子轨迹半径较大，由可知b粒子动能较大，b粒子在磁场中运动时间较短，选项C正确D错误；由于a粒子速度较小，所以a粒子在磁场中所受洛伦兹力较小，选项B错误。9．【答案】D【解析】如图所示，粒子运动轨迹与ON只有一个交点，则轨迹与ON相切于C,由几何关系可知：则三角形O’AB为等边三角形，CO’A为一条直线，三角形AOC为直角三角形，所以，又，故距离为。10．AC解析：按四个选项要求让粒子进入，洛伦兹力与电场力等大反向抵消了的就能沿直线匀速通过磁场。二、计算题：1．4.8×10－17N2.87×109解析：质子的初速度为零，电场加速的能量全部转化为质子垂直进入匀强磁场时的动能。依据能量守恒定律有，可得质子进入匀强磁场时的速率。由于质子是垂直进入磁场，故F=qvB=1.6×10－19×6.0×105×5.0×10－4N=4.8×10－17N，质子的重力G=mg=1.67×10－27×10N=1.67×10－26N，则。2．【答案】（1）；（2），应垂直斜面向下【解析】（1）对导线受力分析，如题所示由平衡条件，得：BIL=mgtanα，解得（2）若使磁感应强度最小，磁场方向应垂直斜面向下，如图所示由平衡条件，得：BIL=mgsinα，解得3．解析：本题考查带电粒子在磁场中的受力情况。（1）由左手定则可知物块带负电荷。（2）当物块离开斜面时，物块对斜面的压力FN=0，物体受力分析如图所示，则有F=mgcos30°，即qvB=mgcos30°，解得v≈3.46m/s。4．【答案】(1)(2)【解析】(1)依题意，n价正离子带电荷量为ne(n＝1,2,3，…)，由动能定理：，n价正离子在a、b间的加速度，在a、b间运动的时间。在M、N间运动的时间。离子到达探测器的时间。(2)假定n价正离子在磁场中向N板偏转，洛伦兹力提供向心力，设轨迹半径为R，由牛顿第二定律得。离子刚好从N板右侧边缘穿出时，由几何关系得由以上各式得：。当n＝1时，U1取最小值：。5．，（n=1，2，3…）解析：粒子在整个运动过程中的速度大小恒为v，交替地在xOy平面内B1与B2磁场区域中做匀速圆周运动，轨道都是半个圆周。设粒子的质量和电荷量的大小分别为m和q，圆周运动的半径分别为r1和r2，有，①，②现分析粒子运动的轨迹。如图所示，在xOy平面内，粒子先沿半径为r1的半圆C1运动至y轴上距O点距离为2r1的A点，接着沿半径为r