2012年高考物理 高考试题 模拟新题分类汇编专题11 磁场

K单元磁场 K1 磁场 安培力2K12012天津卷 如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为.如果仅改变下列某一个条件，角的相应变化情况是()A棒中的电流变大，角变大B两悬线等长变短，角变小C金属棒质量变大，角变大D磁感应强度变大，角变小2A解析 作出侧视图(沿MN方向)，并对导体棒进行受力分析，如图所示据图可得tan，若棒中的电流I变大，则变大，选项A正确；若两悬线等长变短，则不变，选项B错误；若金属棒的质量m变大，则变小，选项C错误；若磁感应强度B变大，则变大，选项D错误 K2 磁场对运动电荷的作用17K22012全国卷 质量分别为m1和m2、电荷量分别为q1和q2的两粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动已知两粒子的动量大小相等下列说法正确的是()A若q1q2，则它们做圆周运动的半径一定相等B若m1m2，则它们做圆周运动的半径一定相等C若q2q2，则它们做圆周运动的周期一定不相等D若m1m2，则它们做圆周运动的周期一定不相等17A解析 根据半径公式r，两粒子的动量mv大小相等，磁感应强度B相同，若q1q2，则它们做圆周运动的半径一定相等，A正确，B错误根据周期公式T，若相等，则周期相等，C、D错误9K22012江苏卷 如图所示，MN是磁感应强度为B的匀强磁场的边界. 一质量为m、电荷量为q的粒子在纸面内从O点射入磁场若粒子速度为v0，最远能落在边界上的A点下列说法正确的有()图7A若粒子落在A点的左侧，其速度一定小于v0B若粒子落在A点的右侧，其速度一定大于v0C若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能小于v0D若粒子落在A点左右两侧d的范围内，其速度不可能大于v09BC解析 带电粒子沿垂直边界的方向射入磁场时，落在边界上的点离出发点最远，当入射方向不是垂直边界的方向时，落在边界上的点与出发点的距离将小于这个距离，即速度大于或等于v0，但入射方向不是90时，粒子有可能落在A点的左侧，A项错误；但粒子要落在A点的右侧，其速度一定要大于临界速度v0，B项正确；设OA之间距离为L，若粒子落在A点两侧d范围内，则以最小速度v入射的粒子做圆周运动的直径应为Ld，由洛伦兹力提供向心力，qvB，qv0B，解得vv0，C项正确；由于题中没有强调粒子的入射方向，因此无法确定速度的最大值，D项错误15K22012广东卷 质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图2中虚线所示下列表述正确的是()图2AM带负电，N带正电BM的速率小于N的速率C洛伦兹力对M、N做正功DM的运行时间大于N的运行时间15A解析 由左手定则判断知，A正确；粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有qvBm，半径r，在质量与电荷量相同的情况下，半径大说明速率大，即M的速率大于N的速率，B错误；洛伦兹力不做功，C错误；粒子在磁场中运动半周，即时间为周期的一半，而周期为T，故M的运行时间等于N的运行时间，D错误16K22012北京卷 处于匀强磁场中的一个带电粒子，仅在磁场力作用下做匀速圆周运动将该粒子的运动等效为环形电流，那么此电流值()A与粒子电荷量成正比B与粒子速率成正比C与粒子质量成正比D与磁感应强度成正比16D解析 由电流的定义I可知，设粒子的电荷量为q，质量为m，在磁场中运动的周期为T，则I，对于一个粒子来说，电荷量和质量是一定的，所以产生的环形电流与磁感应强度成正比，D项正确，A、B、C项错误 K3 带电粒子在组合场及复合场中运动24K32012重庆卷 有人设计了一种带电颗粒的速率分选装置，其原理如图所示，两带电金属板间有匀强电场，方向竖直向上，其中PQNM矩形区域内还有方向垂直纸面向外的匀强磁场一束比荷(电荷量与质量之比)均为的带正电颗粒，以不同的速率沿着磁场区域的水平中心线为OO进入两金属板之间，其中速率为v0的颗粒刚好从Q点处离开磁场，然后做匀速直线运动到达收集板重力加速度为g，PQ3d，NQ2d，收集板与NQ的距离为l，不计颗粒间相互作用求：(1)电场强度E的大小；(2)磁感应强度B的大小；(3)速率为v0(1)的颗粒打在收集板上的位置到O点的距离解析 (1)设带电颗粒的电荷量为q，质量为m.有Eqmg将代入，得Ekg(2)如图，有qv0BmR2(3d)2(Rd)2得B(3)如图所示，有qv0Bmtany1R1y2ltanyy1y2得yd(5)12K32012天津卷 对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义如图所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I.不考虑离子重力及离子间的相互作用(1)求加速电场的电压U；(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M；(3)实际上加速电压的大小会在UU范围内微小变化若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠，应小于多少？(结果用百分数表示，保留两位有效数字)12解析 (1)设离子经电场加速后进入磁场时的速度为v，由动能定理得qUmv2离子在磁场中做匀速圆周运动，所受洛伦兹力充当向心力，即qvBm由式解得U(2)设在t时间内收集到的离子个数为N，总电荷量为Q，则QItNMNm由式解得M(3)由式有R设m为铀238离子质量，由于电压在UU之间有微小变化，铀235离子在磁场中最大半径为Rmax铀238离子在磁场中最小半径为Rmin这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为RmaxRmin即则有m(UU)0)的粒子由S1静止释放，粒子在电场力的作用下向右运动，在t时刻通过S2垂直于边界进入右侧磁场区(不计粒子重力，不考虑极板外的电场)图甲图乙(1)求粒子到达S2时的速度大小v和极板间距d.(2)为使粒子不与极板相撞，求磁感应强度的大小应满足的条件(3)若已保证了粒子未与极板相撞，为使粒子在t3T0时刻再次到达S2，且速度恰好为零，求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感应强度的大小23解析 (1)粒子由S1至S2的过程，根据动能定理得qU0mv2由式得v设粒子的加速度大小为a，由牛顿第二定律得qma由运动学公式得da2联立式得d(2)设磁感应强度大小为B，粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R，由牛顿第二定律得qvBm要使粒子在磁场中运动时不与极板相撞，须满足2R联立式得B(3)设粒子在两边界之间无场区向左匀速运动的过程用时为t1，有dvt1联立式得t1若粒子再次到达S2时速度恰好为零，粒子回到极板间应做匀减速运动，设匀减速运动的时间为t2，根据运动学公式得dt2联立式得t2设粒子在磁场中运动的时间为tt3T0t1t2联立式得t设粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期为T，由式结合运动学公式得T由题意可知Tt联立式得B图118K42012全国卷 如图，两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与纸面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流a、o、b在M、N的连线上，o为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到o点的距离均相等关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()Ao点处的磁感应强度为零Ba、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反Cc、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同Da、c两点处磁感应强度的方向不同18C解析 磁感应强度是矢量，某处磁感应强度大小和方向由M、N两点处的电流产生的磁感应强度的矢量之和决定直线电流的磁感线是以电流为中心的一系列同心圆，某点磁感应强度的方向就是该点磁感线的切线方向在o点，同方向的磁场相叠加，磁感应强度不是零，A错误a、b处的磁感应强度等于M、N分别在a、b处产生的磁感应强度相叠加，因此，a、b处的磁感应强度大小相等，方向都是向下，所以B错误；同理，可得C正确对M、N分别在c处产生的磁感应强度矢量叠加求和，可知方向向下，与a处的磁感应强度方向相同，D错误24K42012浙江卷 如图所示，两块水平放置、相距为d的长金属板接在电压可调的电源上两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强磁场将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面，从喷口连续不断喷出质量均为m、水平速度均为v0、带相等电荷量的墨滴调节电源电压至U，墨滴在电场区域恰能沿水平向右做匀速直线运动；进入电场、磁场共存区域后，最终垂直打在下板的M点(1)判断墨滴所带电荷的种类，并求其电荷量；(2)求磁感应强度B的值；(3)现保持喷口方向不变，使其竖直下移到两板中间的位置为了使墨滴仍能到达下板M点，应将磁感应强度调至B，则B的大小为多少？24解析 (1)墨滴在电场区域做匀速直线运动，有qmg解得：q由于电场方向向下，电荷所受电场力向上，可知：墨滴带负电荷(2)墨滴垂直进入电、磁场共存区域，重力仍与电场力平衡，合力等于洛伦兹力，墨滴做匀速圆周运动，有qv0Bm考虑墨滴进入磁场和撞板的几何关系，可知墨滴在该区域恰完成四分之一圆周运动，则半径Rd联立解得B(3)根据题设，墨滴运动轨迹如图，设圆周运动半径为R，有qv0Bm由图示可得：R2d22得：Rd联立解得：B12012临汾月考关于导体在磁场中受力，下列说法正确的是()A通电导体在磁场中一定受到力的作用B通电导体在磁场中有时不会受到力的作用C通电导体中的电流方向与磁场方向不平行也不垂直时，不会受到力的作用D只要导体放入磁场中，无论是否通电都会受到力的作用1B22012江西调考如图所示，一个半径为R的导电圆环与一个轴向对称的发散磁场处处正交，环上各点的磁感应强度B大小相等，方向均与环面轴线方向成角(环面轴线为竖直方向)若导线环上载有如图所示的恒定电流I，则下列说法正确的是()A导电圆环所受安培力方向竖直向下B导电圆环所受安培力方向竖直向上C导电圆环所受安培力的大小为2BIRD导电圆环所受安培力的大小为2BIRsin3BD解析 将导线分成小的电流元，任取一小段电流元为对象，把磁场分解成水平方向和竖直方向的两个分量，则竖直方向的分磁场产生的安培力为零，水平方向的分磁场产生的安培力为：FBIL2BIRsin，方向为竖直向上，所以B、D正确32012陕西调研如图所示，边界OA与OC之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界OA上有一粒子源S.某一时刻，从S平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，经过一段时间有大量粒子从边界OC射出磁场已知AOC60，从边界OC射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于 (T为粒子在磁场中运动的周期)，则从边界OC射出的粒子在磁场中运动的时间不可能为()A. B. C. D.3A解析 因为所有粒子的初速度大小相同，它们在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径r也相同；如图所示，当粒子沿SA方向水平向右进入磁场，然后沿图中实线运动，最后交OC于M时，在磁场中的运动时间最长为，设OSl，由几何关系可得，轨道半径rl；当粒子在磁场中运动后交OC于N点，而SNOC时，粒子的运动时间最小，根据几何关系可知，其运动时间为，所以这些粒子在磁场中的运动时间之间，本题答案为A.42012忻州联考回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流两极相连接的两个D形金属盒，盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法正确的是()A增大电场的加速电压B增大D形金属盒的半径C减小狭缝间的距离D减小磁场的磁感应强度4B解析 根据Bqv，可得Ekmv2，可见，质子被加速获得的动能受到D形金属盒半径和磁感应强度的制约，即可通过增大D形金属盒的半径和增大磁场的磁感应强度来增大带电粒子射出时的动能本题答案为B.52012佛山模拟如图所示，将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间电离气体的电阻率为()A.(R) B.(R)C.(R) D.(R)5B解析 在洛伦兹力的作用下，正离子向极板B偏转，负电子向极板A偏转，在极板间建立电场，形成电势差电路闭合时，EBdvI(Rr)I，可得：(R)11