2016年高考物理真题专题汇编专题K：磁场(含解析)1466.pdf

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1、K 磁场 K1 磁场 安培力 1J10 K12016全国卷 某同学用图 1-中所给器材进行与安培力有关的实验两根金属导轨 ab和 a1b1固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁(未画出)的 N 极位于两导轨的正上方，S 极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直 图 1-(1)在图中画出连线，完成实验电路要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向移动(2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议：A适当增加两导轨间的距离 B换一根更长的金属棒 C适当增大金属棒中的电流 其中正确的是_(填入正确选项前的标号)答案(1)连线如图所示 (

2、2)AC 解析(1)限流式接法要求滑动变阻器接线时只能连接“一上一下”两个接线柱；磁铁 N 极位于上方，说明磁感线向下；开关闭合后，金属棒往右运动，说明棒受到向右的安培力；由左手定则可知，电流应垂直纸面向外(ab 指向 a1b1)；所以应按“电源正极开关滑动变阻器下接线柱滑动变阻器上接线柱电流表aba1b1电源负极”的顺序连接回路(2)由动能定理 BILs12mv20 可知，要增大金属棒离开导轨时的速度 v，可以增大磁感应强度 B、增大电流 I、增大两导轨间的距离 L 或增大导轨的长度 s；但两导轨间的距离不变而只是换一根更长的金属棒后，等效长度 L 并不会发生改变，但金属棒的质量增大，故金属

3、棒离开导轨时的速度 v 减小 2K1 K22016北京卷 中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图结合上述材料，下列说法不正确的是()图 1-A地理南、北极与地磁场的南、北极不重合 B地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近 C地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行 D地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用 C 解析 根据“则能指南，然常微偏东，不全南也”知，选项 A 正确由图可知地磁场的南极在地理北极附近，选项 B 正确由图可知在两极附近地磁场与地面不平行，选项 C 不正

4、确由图可知赤道附近的地磁场与地面平行，射向地面的带电宇宙粒子运动方向与磁场方向垂直，会受到磁场力的作用，选项 D正确 3B7 J2 K12016天津卷 电磁缓速器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图 1-所示，将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为.一质量为 m 的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动、铝条相对磁铁运动相同磁铁端面是边长为 d 的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的

5、磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为 B，铝条的高度大于 d，电阻率为.为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为 g.图 1-(1)求铝条中与磁铁正对部分的电流 I；(2)若两铝条的宽度均为 b，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度 v 的表达式；(3)在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度 bb 的铝条，磁铁仍以速度 v 进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化 答案(1)mgsin 2Bd(2)mgsin 2B2d2b(3)略 解析 (1)磁铁在铝条间运

6、动时，两根铝条受到的安培力大小相等，均为 F安，有 F安IdB 磁铁受到沿斜面向上的作用力为 F，其大小 F2F安 磁铁匀速运动时受力平衡，则有 Fmgsin 0 联立式可得 Imgsin 2Bd (2)磁铁穿过铝条时，在铝条中产生的感应电动势为 E，有 EBdv 铝条与磁铁正对部分的电阻为 R，由电阻定律有 Rddb 由欧姆定律有 IER 联立式可得 vmgsin 2B2d2b (3)磁铁以速度 v 进入铝条间，恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力 F，联立式可得 F2B2d2bv 当铝条的宽度 bb 时，磁铁以速度 v 进入铝条间时，磁铁受到的作用力变为 F，有 F2B2d2bv

7、可见 FFmgsin，磁铁所受到的合力方向沿斜面向上，获得与运动方向相反的加速度，磁铁将减速下滑，此时加速度最大之后，随着运动速度减小，F也随着减小，磁铁所受的合力也减小，由于磁铁加速度与所受到的合力成正比，磁铁的加速度逐渐减小综上所述，磁铁做加速度逐渐减小的减速运动，直到 Fmgsin 时，磁铁重新达到平衡状态，将再次以较小的速度匀速下滑 K2 磁场对运动电荷的作用 4K22016全国卷 一圆筒处于磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中，磁场方向与筒的轴平行，筒的横截面如图所示 图中直径 MN 的两端分别开有小孔，筒绕其中心轴以角速度 顺时针转动 在该截面内，一带电粒子从小孔 M 射入筒内，射入

8、时的运动方向与 MN 成 30角当筒转过 90时，该粒子恰好从小孔 N 飞出圆筒不计重力若粒子在筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为()图 1-A.3B B.2B C.B D.2B A 解析 作出粒子的运动轨迹如图所示，其中 O为粒子运动轨迹的圆心，由几何关系可知MON30.由粒子在磁场中做匀速圆周运动的规律可知 qvBmv2r，T2rv，得 T2mBq，即比荷qm2BT，由题意知 t粒子t筒，即30360T90360T筒，则 T3T筒，又 T筒2，故qm3B，选项 A 正确 5K22016全国卷 平面 OM 和平面 ON 之间的夹角为 30，其横截面(纸面)如图 1-所示，平面OM 上方

9、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(q0)粒子沿纸面以大小为 v 的速度从 OM 的某点向左上方射入磁场，速度与 OM 成 30角已知该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出射点到两平面交线 O 的距离为()图 1-A.mv2qB B.3mvqB C.2mvqB D.4mvqB D 解析 设射入磁场的入射点为 A，延长入射速度 v 所在直线交 ON 于一点 C，则轨迹圆与 AC 相切；由于轨迹圆只与 ON 有一个交点，所以轨迹圆与 ON 相切，所以轨迹圆的圆心必在ACD 的角平分线

10、上，作出轨迹圆如图所示，其中 O为圆心，B 为出射点 由几何关系可知OCD30，RtODC 中，CDODcot 30 3R；由对称性知，ACCD3R；等腰ACO 中，OA2ACcos 303R；等边OAB 中，ABR，所以 OBOAAB4R.由 qvBmv2R得 RmvqB，所以 OB4mvqB，D 正确 6K22016北京卷 如图 1-所示，质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子，以初速度 v 沿垂直磁场方向射入磁感应强度为 B 的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动不计带电粒子所受重力(1)求粒子做匀速圆周运动的半径 R 和周期 T；(2)为使该粒子做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂

11、直的匀强电场，求电场强度 E 的大小 图 1-答案(1)mvqB 2 mqB(2)vB 解析(1)洛伦兹力提供向心力，有 fqvBmv2R 带电粒子做匀速圆周运动的半径 RmvqB 匀速圆周运动的周期 T2Rv2mqB.(2)粒子受电场力 FqE，洛伦兹力 fqvB.粒子做匀速直线运动，则 qEqvB 场强 E 的大小 EvB.7K22016四川卷 如图 1-所示，正六边形 abcdef 区域内有垂直于纸面的匀强磁场一带正电的粒子从 f 点沿 fd 方向射入磁场区域，当速度大小为 vb时，从 b 点离开磁场，在磁场中运动的时间为 tb，当速度大小为 vc时，从 c 点离开磁场，在磁场中运动的时

12、间为 tc，不计粒子重力则()图 1-Avbvc12，tbtc21 Bvbvc21，tbtc12 Cvbvc21，tbtc21 Dvbvc12，tbtc12 A 解析 由题可得带正电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，且洛伦兹力提供做圆周运动的向心力，作出粒子两次运动的轨迹如图所示 由 qvBmv2rmr42T2可以得出 vbvcrbrc12,又由 t2T 可以得出时间之比等于偏转角之比由图看出偏转角之比为 21，则 tbtc21，选项 A 正确 K3 带电粒子在组合场及复合场中运动 8I3 K32016全国卷 现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图 1-所示，其中加

13、速电压恒定质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的 12 倍此离子和质子的质量比约为()图 1-A11 B12 C121 D144 解析 D 粒子在电场中加速，设离开加速电场的速度为 v，则 qU12mv2，粒子进入磁场做圆周运动，半径 rmvqB1B2mUq，因两粒子轨道半径相同，故离子和质子的质量比为 144，选项 D 正确 9K32016江苏卷 回旋加速器的工作原理如图 1-甲所示，置于真空中的 D 形金属盒半径为 R，两盒间狭缝的间距为

14、 d，磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为 m，电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为 U0.周期 T2 mqB.一束该种粒子在 t0T2时间内从 A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求：(1)出射粒子的动能 Em；(2)粒子从飘入狭缝至动能达到 Em所需的总时间 t0；(3)要使飘入狭缝的粒子中有超过 99%能射出，d 应满足的条件 图 1-答案(1)q2B2R22m(2)BR22BRd2U0 mqB(3)d99%，解得 dmU0100qB2R 10K320

15、16四川卷 如图 1-所示，图面内有竖直线 DD，过 DD且垂直于图面的平面将空间分成、两区域区域有方向竖直向上的匀强电场和方向垂直于图面的匀强磁场 B(图中未画出)；区域有固定在水平面上高 h2l、倾角 4的光滑绝缘斜面，斜面顶端与直线 DD距离 s4l，区域可加竖直方向的大小不同的匀强电场(图中未画出)；C 点在 DD上，距地面高 H3l.零时刻，质量为 m、带电荷量为 q的小球 P 在 K 点具有大小 v0 gl、方向与水平面夹角 3的速度，在区域内做半径 r3l的匀速圆周运动，经 C 点水平进入区域.某时刻，不带电的绝缘小球 A 由斜面顶端静止释放，在某处与刚运动到斜面的小球 P 相遇

16、小球视为质点，不计空气阻力及小球 P 所带电荷量对空间电磁场的影响l 已知，g 为重力加速度(1)求匀强磁场的磁感应强度 B 的大小；(2)若小球 A、P 在斜面底端相遇，求释放小球 A 的时刻 tA；(3)若小球 A、P 在时刻 tlg(为常数)相遇于斜面某处，求此情况下区域的匀强电场的场强 E，并讨论场强 E 的极大值和极小值及相应的方向 图 1-答案(1)m3lqgl(2)(32 2)lg(3)（112）mgq（1）2 极大值为7mg8q，方向竖直向上；极小值为 0 解析(1)由题知，小球 P 在区域内做匀速圆周运动，有 mv20rqv0B 代入数据解得 Bm3lqgl.(2)小球 P

17、在区域做匀速圆周运动转过的圆心角为，运动到 C 点的时刻为 tC，到达斜面底端时刻为t1，有 tCrv0 shcot v0(t1tC)小球 A 释放后沿斜面运动加速度为 aA，与小球 P 在时刻 t1相遇于斜面底端，有 mgsin maA hsin 12aA(t1tA)2 联立以上方程解得 tA(32 2)lg.(3)设所求电场方向向下，在 tA时刻释放小球 A，小球 P 在区域运动加速度为 aP，有 sv0(ttC)12aA(ttA)cos mgqEmaP Hh12aA(ttA)2sin 12aP(ttC)2 联立相关方程解得 E（112）mgq（1）2 对小球 P 的所有运动情形讨论可得

18、35 由此可得场强极小值为 Emin0；场强极大值为 Emax7mg8q，方向竖直向上 11 K32016浙江卷 为了进一步提高回旋加速器的能量，科学家建造了“扇形聚焦回旋加速器”在扇形聚焦过程中，离子能以不变的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转 扇形聚焦磁场分布的简化图如图 1-11 所示，圆心为 O 的圆形区域等分成六个扇形区域，其中三个为峰区，三个为谷区，峰区和谷区相间分布峰区内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B，谷区内没有磁场质量为 m，电荷量为 q 的正离子，以不变的速率 v 旋转，其闭合平衡轨道如图中虚线所示(1)求闭合平衡轨道在峰区内圆弧的半径 r，并判断离子旋转的方向

19、是顺时针还是逆时针；(2)求轨道在一个峰区内圆弧的圆心角，及离子绕闭合平衡轨道旋转的周期 T；(3)在谷区也施加垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为 B，新的闭合平衡轨道在一个峰区内的圆心角 变为 90，求 B和 B 的关系已知：sin()sin cos cos sin ，cos 12sin22.图 1-11 答案(1)mvqB 逆时针(2)23（23 3）mqB(3)B312B 解析(1)峰区内圆弧半径 rmvqB 旋转方向为逆时针方向 (2)由对称性，峰区内圆弧的圆心角 23 每个圆弧的长度 l2r32mv3qB 每段直线长度 L2rcos6 3r3mvqB 周期 T3（lL）v 代入得 T（23 3）mqB (3)谷区内的圆心角 1209030 谷区内的轨道圆弧半径 rmvqB 由几何关系 rsin2rsin2 由三角关系 sin302sin 156 24 代入得 B312B K4 磁场综合