2022年高三物理 各类考试分类汇编 专题九 磁场

2022年高三物理 各类考试分类汇编 专题九 磁场1.（xx天津新华中学高三第三次月考，1题）下图中标出了磁感应强度B、电流I和其所受磁场力F的方向，正确的是（ ）【答案】A 【解析】根据左手定则可判断，A正确；B不受磁场力的作用；C图F的方向应向上；D图F的方向应垂直纸面向外。2.（xx天津和平一模，3题）如图所示，一个边长L、三边电阻相同的正三角形金属框放置在磁感应强度为B的匀强磁场中。若通以图示方向的电流(从A点流入，从C点流出)，电流强度I，则金属框受到的磁场力为 A0 BILB CILB D2ILB【答案】B【解析】本题考查对基本概念的理解。由通电导线在磁场中所受安培力大小的计算公式可知选项B正确。CDEFUCDBI3.（xx天津宝坻高三模拟，5题）利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD，下列说法中正确的是A电势差UCD仅与材料有关B若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0C仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大D在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平【答案】C【解析】若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则可知，电子向C侧面偏转，C表面带负电，D表面带正电，所以D表面的电势高，则UCD0，选项B错误。CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，有q=qvB，I=nqvS=nqvbc，则UCD=，故A错误C正确在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，故D错误故选C4.（xx天津河东二模，11题）(18分)如图所示，一根电阻为R=12的电阻丝做成一个半径为r=1m的圆形导线框，竖直放置在水平匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直，磁感强度为B=0.2T，现有一根质量为m=0.1kg，电阻不计的导体棒，自圆形线框最高点静止起沿线框下落，在下落过程中始终与线框良好接触，已知下落距离为时，棒的速度大小为，下落到经过圆心时棒的速度大小为，（取g=10m/s2）试求：(1)下落距离为时棒的加速度；(2)从开始下落到经过圆心的过程中线框中产生的焦耳热。【答案】见解析【解析】5.（xx天津和平二模，11题）（18分）如图所示，在个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径为边界的两个半圆形区域I、II中，与的夹角为。质量为m、带电量为+q的粒子以某速度从I区的边缘点处沿与成角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于的方向经过圆心O进入II区，最后再从处射出磁场。已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，（忽略粒子重力）。求：(1)画出粒子在磁场I和II中的运动轨迹；(2)粒子在磁场I和II中的轨道半径和比值；(3)I区和II区中磁感应强度的大小【答案】见解析【解析】6.（xx天津和平一模，12题）(20分)如图所示，方向垂直纸面向里的匀强磁场的边界，是一个半径为r的圆，圆心O1在x轴上，OO1距离等于圆的半径。虚线MN平行于x轴且与圆相切于P点，在MN的上方是正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度的大小为E，方向沿x轴的负方向，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外。有群相同的正粒子，以相同的速率，在纸面内沿不同方向从原点O射入第I象限，粒子的速度方向在与x轴成角的范围内，其中沿x轴正方向进入磁场的粒子经过P点射入MN后，恰好在正交的电磁场中做直线运动。粒子的质量为m电荷量为q(不计粒子的重力)。求： (1)粒子的初速率； (2)圆形有界磁场的磁感应强度：(3)若只撤去虚线MN上面的磁场B，这些粒子经过y轴的坐标范围。【答案】见解析【解析】7.（xx天津市五区县高三第二次质量调查，12题）（20分）如图为实验室筛选带电粒子的装置示意图，竖直金属板MN之间加有电压，M板有一电子源，可不断产生速度可忽略不计的电子，电子电荷量为e，质量为m，N板有一与电子源正对的小孔O。金属板的右侧是一个半径为R的圆筒，可以围绕竖直中心轴逆时针转动，圆筒直径两端的筒壁上有两个正对的小孔O1、O2两孔所需要的时间是t=0.2s。现圆筒内部有竖直向下的磁场圆筒匀速转动以后，凡是能进入圆筒的电子都能从圆筒中射出来。试求：（1）金属板MN上所加电压U的大小（2）圆筒转动的最小角速度（3）若要求电子从一个孔进入圆筒后必须从另一个孔射出来，圆筒转动的角速度多大？【答案】见解析【解析】（1）电子通过圆筒时速度为v，则2R=vt 电子通过电场时，根据动能定理得eU=mv2 由式得U= （2）电子通过磁场时半径为r，则qvB= 俯视图如图，电子在通过圆筒时转过的圆心角，由几何关系知tan= 由式得= 电子在圆筒中运动的时间：t= 则圆筒转过的最小角速度：=t= 由式得：=rad/s （3）由前面几何关系知，粒子从另一孔飞出时，圆筒转过的角度：=2n+ 由式得1=rad/s n=0、1、2 评分标准：本题共20分，其中每式1分 ，其余各式每式2分。 8.（xx天津河西一模，11题）（1 8分）如图所示，在纸面内建立直角坐标系xoy，以第象限内的直线OM（与负x轴成角）和正y轴为界，在x0的区域建立垂直纸面向里的匀强强磁场，磁感应强度B=0.lT.一不计重力的带负电粒子，从坐标原点O沿y轴负方向以=2ms的初速度射入磁场。己知粒子的比荷为q/m=5C/kg，求：(1)粒子第一次经过磁场边界时的位置坐标：(2)粒子在磁场区域运动的总时间：(3)粒子最终离开电磁场区域时的位置坐标。【答案】见解析【解析】9.（xx天津红桥一模，11题）(18分)如图所示，相距为d的L1和L2两条平行虚线是上下两个匀强磁场的边界，L1上方和L2下方都是垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，M、N两点都在L2上，M点有一放射源其放射性元素衰变前原子核的质量为m，它释放出一个质量为m1，带电量为-q的粒子后，产生的新原子核质量为m2，释放出的粒子以初速度v与L2成30o角斜向上射入，经过一段时间恰好斜向上通过N点(不计重力)，求： (1)该原子核发生衰变的过程中释放的核能； (2)说明粒子过N点时的速度大小和方向，并求从M到N的时间及路程。【答案】见解析【解析】10.（xx天津南开二模，12题）（20分）如图所示:轻弹簧一端连于固定点O，可在竖直平面内自由转动；另一端连接一带电小球P，其质量kg，电荷量q=0.2C。将弹簧保持原长拉至水平后，以初速度竖直向下射出小球P，小球P到达O点的正下方点时速度恰好水平，其大小v=15m/s。若、相距R=1.5m，小球P在点与另一由细绳悬挂的、不带电的、质量kg的静止绝缘小球N相碰。碰后瞬间，小球P脱离弹簧，小球N脱离细绳，同时在空间加上竖直向上的匀强电场E和垂直于纸面的磁感应强度B=lT的匀强磁场。此后，小球P在竖直平面内做半径r=0.5m的匀速圆周运动。小球P、N均可视为质点，小球P的电荷量保持不变，不计空气阻力，取。则。(1)判断小球P所带电性，并说明理由。(2)弹簧从水平摆至竖直位置的过程中，其弹性势能变化了多少？(3)请通过计算并比较相关物理量，判断小球P、N碰撞后能否在某一时刻具有相同的速度。【答案】见解析【解析】11.（xx天津市五区县高三第一次质量调查，12题）（20分）如图所示，真空中直角坐标系XOY，在第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，在第四象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小均为B，在第二象限内有沿x轴正向的匀强电场，第三象限内有一对平行金属板M、N，两板间距为d。所加电压为U，两板间有垂直纸面向里、磁感应强度为B0的匀强磁场。一个正离子沿平行于金属板的轴线射入两板间并做直线运动，从A点（L，0）垂直于x轴进入第二象限，从P（0，2L）进入第一象限，然后离子垂直于x轴离开第一象限，不计离子的重力，求：（1）离子在金属板间运动速度V0的大小（2）离子的比荷q/m（3）从离子进入第一象限开始计时，离子穿越x轴的时刻【答案】见解析【解析】(1)离子在板间做直线运动，电场力与洛伦兹力平衡qE=qv0B0 -2分-1分OAxyPBB-1分(2)离子在第二象限内做类平抛运动，离子在P点时沿y轴方向的分速度为v0，设沿x方向的分速度为vx2L=v0t -1分L=vxt -2分vx=v0 -1分离子在P点时的速度与y轴正方向成450角-1分此时v=v0 -1分由几何关系可以确定离子在第一象限的轨道半径为r=2L -2分根据qvB=m -1分可得 = -2分 (3)离子在第一、第二象限内的轨迹如图所示离子的周期T=2 -1分离子第一次在第一象限内运动的时间t -2分离子穿过x轴的时刻为t=n+t= n(0,1,2,) -2分12.（xx天津第三次六校联考，12题）如图所示，在坐标系坐标原点O处有一点状的放射源，它向平面内的轴上方各个方向发射粒子，粒子的速度大小均为，在的区域内分布有指向轴正方向的匀强电场，场强大小为，其中与分别为粒子的电量和质量；在的区域内分布有垂直于平面向里的匀强磁场，为电场和磁场的边界为一块很大的平面感光板垂直于平面且平行于轴，放置于处，如图所示观察发现此时恰好无粒子打到板上（不考虑粒子的重力及粒子间的相互作用），求：xO yd2dabEB（1）粒子通过电场和磁场边界时的速度大小及距y轴的最大距离;（2）磁感应强度的大小；（3）将板至少向下平移多大距离才能使所有的粒子均能打到板上？此时ab板上被粒子打中的区域的长度【答案】见解析【解析】（1）根据动能定理： （2分）可得： （1分） 初速度方向与轴平行的粒子通过边界时距轴最远，由类平抛知识： 解得： （3分）（2）根据上题结果可知：，对于沿x轴正方向射出的粒子进入磁场时与x轴正方 向夹角： （1分）易知若此粒子不能打到ab板上，则所有粒子均不能打到ab 板，因此此粒子轨迹必与ab板相切，可得其圆周运动的半径： （2分）又根据洛伦兹力提供向心力： （2分）可得： （1分） （3）由分析可知沿x轴负方向射出的粒子若能打到ab板上，则所有粒子均能打到板上。其临界情况就是此粒子轨迹恰好与ab板相切。 （2分） 由分析可知此时磁场宽度为原来的， （2分） 则：板至少向下移动 （1分）沿x轴正方向射出的粒子打在ab板的位置粒子打在ab板区域的右边界由几何知识可知：板上被粒子打中区域的长度： （3分）13.（xx天津市十二区县重点学校高三毕业班一联，12题）（20分）静电喷漆技术具有效率高、浪费少、质量好、有益于健康等优点，其装置可简化如图。、为水平放置的间距的两块足够大的平行金属板，两板间有方向由指向的匀强电场,场强为。在板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪，油漆喷枪可向各个方向均匀地喷出初速度大小均为的油漆微粒，已知油漆微粒的质量均为、电荷量均为，不计油漆微粒间的相互作用、油漆微粒带电对板间电场和磁场的影响及空气阻力，重力加速度。求：（1）油漆微粒落在板上所形成的图形面积；（2）若让、两板间的电场反向，并在两板间加垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度，调节喷枪使油漆微粒只能在纸面内沿各个方向喷出，其它条件不变。板被油漆微粒打中的区域的长度；（3） 在满足（2）的情况下，打中板的油漆微粒中，在磁场中运动的最短时间。【答案】见解析【解析】（1）油漆微粒的加速度 根据运动学 运动的半径 落在板上所形成圆形面积 由式并代入数据得 （2）当电场反向 油漆微粒做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力 水平向右射出的油漆微粒打在板的右端，根据几何关系 的长度 打在板左端的油漆微粒为和板相切的微粒，同理求得 油漆微粒打在极板上的长度 由式并代入数据得 (3)打在板上的微粒中，最短的弦长对应的时间最短有几何关系 运动的最短时间 微粒在磁场中运动的周期 由式代入数据解得 评分标准：式每式各1分，第一问共5分；式每式各1分。式每式各2分，第二问共计10分。明确打在板上的微粒中，最短的弦长对应的时间最短1分，式每式各1分，第三问共计5分。14.（xx天津耀华中学二模，11题）（18分）如图，POy区域内有沿y轴正方向的匀强电场,POx区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OP与x轴夹角，不计重力的负电荷，质量为m、电量为q,从y轴上某点以初速度垂直电场方向进入，经电场偏转后垂直OP进入磁场，又垂直x轴离开磁场，求：(1)电荷进入磁场时的速度大小；(2)电场力对电荷做的功；(3)电场强度E与磁感应强度B的比值。【答案】见解析【解析】15（xx天津耀华中学一模，12题）（20分）如图甲，在圆柱形区域内存在一方向竖直向下，磁感应强度大小为B的匀强磁场，在此区域内，沿水平面固定一半径为r的圆环形光滑细玻璃管，环心在区域中心。一质量为m，带电量为q(q0)的小球，在管内沿逆时针方向（从上向下看）做圆周运动。已知磁感应强度大小B随时间t的变化关系如图乙所示，其中，设小球在运动过程中电量保持不变，对原磁场的影响可忽略。 (1)在t=0到t=：这段时间内，小球不受细管侧璧的作用力，求小球的速度大小； (2)在竖直向下的磁感应强度增大过程中；将产生涡旋电场，其电场线是在水平面内系列沿逆时针方向的同心圆。同一条电场线上各点的场强大小相等，涡旋电场场强与电势差的关系与匀强电场相同。试求t=到t=l.5这段时间内； 细管内涡旋电场的场强大小E； 电场力对小球做的功W。【答案】见解析【解析】16.（xx天津宝坻高三模拟，12题）（20分）如图所示，一质量为m、电荷量为q、重力不计的微粒，从倾斜放置的平行电容器I的A板处由静止释放，A、B间电压为U1。微粒经加速后，从D板左边缘进入一水平放置的平行板电容器II，由C板右边缘且平行于极板方向射出，已知电容器II的板长为板间距离的2倍。电容器右侧竖直面MN与PQ之间的足够大空间中存在着水平向右的匀强磁场（图中未画出），MN与PQ之间的距离为L，磁感应强度大小为B，在微粒的运动路径上有一厚度不计的窄塑料板（垂直纸面方向的宽度很小），斜放在MN与PQ之间，=45。求：CDMPNQLBAmqaU1I（1）微粒从电容器I加速后的速度大小；（2）电容器IICD间的电压；（3）假设粒子与塑料板碰撞后，电量和速度大小不变、方向变化遵循光的反射定律，碰撞时间极短忽略不计，微粒在MN与PQ之间运动的时间和路程。【答案】见解析【解析】（1）在电容器I中：（2分） 解得：（1分）（2）设微粒进入电容器II时的速度方向与水平方向的夹角为，板间距d，运动时间为t，则沿板方向：（2分）垂直板方向： （2分） （1分） 解得： （1分） （1分）（3）微粒进入磁场后先做匀速直线运动第一次碰板后做匀速圆周运动，二次碰板后做匀速直线运动。微粒进入磁场的速度： （2分）微粒做匀速圆周运动： （1分） （1分） 解得： （1分） （1分）微粒在MN和PQ间的运动路程 （2分）运动时间： （2分）17.（xx天津河北二模，11题）（18分）如图所示，在纸面内建立直角坐标系xOy，以第象限内的直线OM（与负x轴成45角）和正y轴为界，在x 0的区域建立匀强电场，方向水平向左，场强大小E = 2 V/m；以直线OM和正x轴为界、在y 0的区域建立垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B = 0.1 T一不计重力的带负电粒子从坐标原点O沿y轴负方向以的初速度射入磁场。已知粒子的比荷为q/m = 5104 C/kg，求：（l）粒子经过1/4圆弧第一次经过磁场边界时的位置坐标？（2）粒子在磁场区域运动的总时间？（3）粒子最终将从电场区域D点离开电场，则D点离O点的距离是多少？【答案】见解析【解析】18.（xx天津河东二模，12题）(20分)静电喷涂与普通刷漆、喷漆或机械喷涂相比有许多优点，其装置可简化如图甲所示。A、B为水平放置的间距d=0.9 m的两块足够大的平行金属板，两板间有方向由B指向A的匀强电场，电场强度为E=0.l V/m在A板的中央放置一个安全接地的静电油漆喷枪P，油漆喷枪可向各个方向均匀地喷出初速度大小均为v0=8 m/s的油漆微粒，已知油漆微粒的质量均为m=ll0-5 kg、电荷量均为q= ll0-3 C，不计空气阻力，油漆微粒最后都能落在金属板B上。(重力加速度g=10 m/s2)(1)求由喷枪P喷出的油漆微粒到达B板的最短时间；(2)求油漆微粒落在B板上所形成的图形面积；(3)若让A、B两板间的电场反向，并在两板间加垂直于纸面向里的匀强磁场，如图乙所示。磁感应强度B=T，调节喷枪使油漆微粒只能在纸面内沿各个方向喷出，其他条件不变。试求B板被油漆微粒打中的区域的长度。【答案】见解析【解析】19（xx天津市十二区县重点学校高三毕业班二联，11题）（1 8分）如图所示相距为d、板间电压为的平行金属板间有方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场；op和x轴的夹角，在poy区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，pox区域内有沿x轴正方向的匀强电场，场强大小为E：一质量为m、电量为q的正离子沿平行于金属板、垂直磁场的方向射入板问并做匀速直线运动，从坐标为（0,L）的a点垂直y轴进入磁场区域，从op上某点沿y轴负方向离开磁场进入电场，不计离子的重力。(1)离子在平行金属板间的运动速度：(2)poy区域内匀强磁场的磁感应强度B；(3)离子打在x轴上对应点的坐标。【答案】见解析【解析】