2023山东版物理高考第二轮复习--专题十 磁场.pdf

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1、2023山东版物理高考第二轮复习专题十磁场一、选择题1.物理科技（2022河南名校联盟三诊）（多选）回旋加速器的工作原理如图所示,D 形金属盒的半径为R,两 D 形盒间狭缝的宽度为d,匀强磁场的磁感应强度大小为B、方向与盒面垂直。D 形金属盒的中心0处有一粒子源,能产生质量为m、电荷量为e 的质子（质子的初速度及其所受重力均不计），质子在加速电压为U 的电场中加速，最终从出口处射出。下列说法正确的是（）A.质子在电场中运动的总时间为詈B.质子在磁场中运动的总时间为啥C.若仅将电压U 增大,则质子从出口处射出时的动能不变D.若仅将0 处的粒子源改为氨H e）核源并适当调整交流电频率,则氟核可获得

2、的最大动能为粤牲答 案 A C 当质子射出D形盒时，根据洛伦兹力提供向心力得e v B=畔,v=，质子在电场中的加速度大小为a=竺 黑,质 子 在 电 场 中 运 动 的 总 时 间 故 A 正确;设在电场中加速的次数为n,根据动能定m ma a U理得n e U=1v；在电场中加速一次后，在磁场中运动半圈,在磁场中运动半圈的时间t=9胃,质子在磁场中运动的总时间t=成。=弊义 手 噜，故 B错误;当质子射出D形盒时,质子的速度、，=型，若仅将电压u 增大，则质子从出口处射出时的速度不变,动能不变，故 c 正确;若仅将（）处的粒子源改为氮H e）核源并适当调整交流电频率，则与质子比较,电荷量增

3、大为2 倍,质量增大为4 倍,则氮核可获得的最大速度为 v 最大动能Ek 二;X 4 m v=，；,故 D 错误。Z771L Zm2.物理科技（2022辽宁大连二模）质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器。某质谱仪的原理图如图所示,速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E,匀强磁场的磁感应强度大小为BI,偏转磁场（匀强磁场）的磁感应强度大小为4.S i 中心处每隔A t 时间放出一个初速度为零、电荷量为q 的同种粒子,粒子经S,.S Z 间的加速电场加速后进入速度选择器，恰好能匀速通过速度选择器进入偏转磁场做半径为R 的匀速圆周运动。粒子重力不计，空气阻力不计。以下说法正确的是（）A.粒

4、子的质量为嘴史2EB.S i、间的电压为崇Zo 1c.SK S z 间的电压为装D.粒子流在偏转磁场中运动时形成的等效电流为云答 案 B粒子在速度选择器中做匀速直线运动,有qE=qv B1,可得粒子速度v4,粒子在偏转磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得qv Be n。,解得m 二世誓,故A 错误;粒子在加速电场中加速,由动能定理得qU m v；解 得 口 翳，故B正确,C错误;粒子在偏转磁场中运动轨迹的每个截面每隔 t 时间经过的电荷量为q,形成的等效电流为和故D 错误。3.物理探索（2022东北师大附中测试七）如图所示为洛伦兹力演示仪的结构示意图,演示仪中有一对彼此平行且共轴的励磁圆形线

5、圈,通入电流I 后,能够在两线圈间产生匀强磁场;玻璃泡内有电子枪,通过加速电压U 对初速度为零的电子加速并连续发射。电子刚好从球心0 点正下方的S 点水平向左射出,电子通过玻璃泡内稀薄气体时能够显示出电子运动的径迹。则下列说法正确的是（）A.若要正常观察电子径迹,励磁线圈的电流方向应为逆时针（垂直纸面向里看）B.若保持U不变,增大I,则圆形径迹的半径变大C.若同时减小I和U,则电子运动的周期减小D.若保持I不变,减小U,则电子运动的周期将不变答 案D若要正常观察电子径迹，则电子向左运动时需要受到向上的洛伦兹力，根据左手定则可知，玻璃泡内的磁场应向里,根据安培定则可知,励磁线圈的电流方向应为顺时

6、针,故A错误;电子在磁场中，向心力由洛伦兹力提供，则有e Bv=n 可得L差,T6D而电子进入磁场的动能由电场力做功得到,即e U=i m v；即U不变,则V不变,由于m、e不变,而当I增大时,B增大,故半径减小,故B错误;因为尊=答,所以电子运动的周期与U无关,当减小电流I时,B也减小，则电子运动的周期T增大,故C错误;当I不变,U减小时,T不变，故D正确。解题指导磁场是由通电励磁圆形线圈产生,电流变化时磁场也会变化。4.物理科技I（2022江苏连云港二模）利用霍尔元件可以制作位移传感器。如图甲所示，将霍尔元件置于两块磁性强弱相同、同名磁极相对放置的磁体间隙中,以中间位置为坐标原点建立如图乙

7、所示空间坐标系。当物体沿x轴方向移动时，霍尔元件将产生不同的霍尔电压U。已知在小范围内,磁感应强度B的大小与x成正比。电流1沿+z方向且保持不变。下列说法正确的是（）7甲乙A.电流I越小,霍尔电压U越大B.位移传感器无法确定位移的方向C.位移传感器的刻度线是均匀的D.当霍尔元件处于x 0的位置时,上表面电势高答 案C根据题意得q、，B=q3又I=n qS v,解得U嘿I,电流I越小，霍尔电压U越小,A错误;根据题意B=k x,解 得 端x,电压与位移成正比，位移传感器的刻度线是均匀的,C正确;若载流子所带电荷的正负确定,根据左手定则，可以确定上表面电势的高低,故位移传感器可以确定位移的方向,B

8、错误;载流子所带电荷的正负未知,当霍尔元件处于x0的位置时,如果载流子带正电荷，则正电荷在洛伦兹力作用下向上偏转,上表面电势高,如果载流子带负电荷,负电荷在洛伦兹力作用下也是向上偏转，则下表面电势高,因此无法确定上表面电势高低,D错误。5.物理探索（2022辽宁沈阳模拟）（多选）将长方体金属导体板水平放在匀强磁场中,磁场垂直前后侧面向里穿过,当左右侧面接入电路、通入电流时,在导体板的上下两表面间会出现电势差,此现象称为霍尔效应,上下两表面间的电压称为霍尔电压U,le某同学利用霍尔效应的原理设计一个电路自动控制开关，部分电路如图所示。闭合电路开关，通入电流时，若上表面电势低于下表面电势,显示器会

9、提示“电流方向错误”，同时控制器将断开电路开关。若通入了正确方向的电流，当U R U“时显示器显示“正常”，开关保持接通;当3 1。时显示器会提示“电流过大”，同时控制器也将断开电路开关。则通入“正常”电流时（）H显示器A.电流方向向左B.导体板上表面因得到正电荷而带正电C.通入导体板的电流大小变为原来的一半时,U”也变为原来的一半D.换用上下表面间距较大的同种金属长方体导体板，上下表面间电势差U”变大答 案 A C 金属导体板中能自由运动的粒子是电子,当通入“正常”电流时产生的霍尔效应使导体板上表面电势高于下表面电势,说明电子受到的洛伦兹力方向向下,根据左手定则可判断出电子向右定向移动，所

10、以“正常”电流方向向左，故 A 正确;金属导体中正电荷不移动，通 入“正常”电流时上表面因失去电子而带正电,故B 错误;稳定时电子匀速经过,有q=qv B,可得I V Bd v,d 是上下表面间的距离,v是电子定向移动的速率,根据电流的微观表达式I=n e S v 可得v=,则 U 产槊,通入导体板的电流I 大小变为原来的一半时,U “也变为原来的一半,故c正确;设导体板前后侧面间的距离为1,贝！J s=d i,所以u 产舀,说明U”与上下表面间的距离d 无 关 故 D 错误。6.物理科技I（2022广东佛山二模,10）（多选）据报道，我国空间站安装了现代最先进的霍尔推进器用以空间站的轨道维持

11、。如图乙,在很窄的圆环空间内有沿半径向外的磁场1,其磁感应强度大小可近似认为处处相等;垂直圆环平面同时加有匀强磁场2 和匀强电场（图中没画出），磁场1与磁场2 的磁感应强度大小相等，已知电子电荷量为e,质量为m,若电子恰好可以在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动,则以下说法正确的是（）甲乙A.电场方向垂直环平面向外B.电子运动周期为詈C.垂直环平面的磁感应强度大小为干D.电场强度大小为噂答 案 B C D 根据左手定则可知电子在圆环内受到磁场1 的洛伦兹力垂直环平面向里,电场力与该洛伦兹力平衡,电场力应垂直环平面向外,由于电子带负电,故电场方向垂直环平面向里,A 错误;电子在

12、圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v 的匀速圆周运动，则电子运动周期为T=半,B 正确;电子在圆环内受到磁场2的洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力,则有e v B=m 0,解得B=翳,C 正确;电子在垂直环平面方向受力平衡，则有e E=e v B,解得E笔,D 正确。7.自然现象I（2022广东深圳二模,8）（多选）如图为地球赤道剖面图,地球半径为R,把地面上高度为g 区域内的地磁场视为磁感应强度为B、方向垂直于剖面的匀强磁场,一带电粒子以速度v 正对地心射入该磁场区域，轨迹恰好与地面相切。则（）A.粒子带正电荷B.轨迹半径为等C.粒子的比荷为专D.若粒子速度减小,在该磁场区域的运动时间增大

13、答 案 B D 由左手定则知，粒子带负电,A 错误;由几何关系知d+（R +，=（R+r）1 解得r型,B 正确;根据 qv B=m,解 得 犯 盥,C错误;若粒子速度减小，则运动半径减小,在磁场中运动的圆心角变大，粒子的周期丁=笔不变则由1=/知,在该磁场区域的运动时间变大,D 正确。qB2T T8.（2022临澧一中开学考,5）磁单极子是物理学家设想的一种仅带有单一磁极（N 极 或 S 极）的粒子，它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布,目前科学家还没有证实磁单极子的存在。若自然界中存在磁单极子,以其为球心画出两个球面1和 2,如图所示,a 点位于球面1上,b 点位于球面2 上,则下列说

14、法正确的是（）A.a 点 比 b 点的磁感应强度大B.a 点 比 b 点的磁感应强度小C.球 面 1 比球面2 的磁通量大D.球 面 1 比球面2 的磁通量小答 案 A由于磁单极子的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布,磁感线越密集的地方,磁感应强度越大,A正确,B 错误;由于磁感线都是发散射线,中间没有断开，穿过两个面的磁感线的条数相等,因此两个面的磁通量相等,C、D 错误。9.（2022长沙长郡中学月考六,9）（多选）自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上,轮子每转一圈,磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示,电源输出电

15、压为I L,当磁场靠近霍尔元件时,在导体前后表面间出现电势差U z（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中正确的是（）连接到速度计霍尔传感器工 _ 自 行 车前叉不磁铁磁场8图甲图乙A.图乙中霍尔元件的载流子带正电B.已知自行车车轮的半径,再根据单位时间内的脉冲数,即获得车速大小C.若传感器的电源输出电压U变大，则霍尔电压U：变大D.自行车的车速越大，则霍尔电压U,越大答 案 B C 霍尔元件的电流I 是由负电荷定向运动形成的,选项A错误;根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期,从而求得车轮的角速度,最后由线速度公式v=r 3，结合车轮半径,即可求解车轮的速度大小,选项B正确;根据qv

16、 B=q券,得U2=v d B,由电流的微观表达式I=n qS v,解得收黑,霍尔电压u,与车速大小无关,选项D 错误;由公式收 盘,若传感器的电源输出电压，变大，那么电流I 变大，则霍尔电压U 2将变大,选项C 正确。10.(2020塘沽一中期末)如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择器中电场强度大小为I,磁感应强度大小为B方向垂直纸面向里,静电分析器通道中心线为:圆弧，圆弧的半径(0P)为 R,通道内有均匀辐射的电场,在中心线处的电场强度大小为E,磁4分析器中有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为反方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度

17、 V 沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器,由P 点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q 点，不计粒子重力。下列说法正确的是（）A.速度选择器的极板P i 的电势比极板R的电势低B.粒子的速度v*E1C.粒子的比荷为悬D.P、Q 两点间的距离为智答 案 C根据图可知,粒子在磁分析器内向左偏转，则粒子受到的洛伦兹力的方向向左,由左手定则可知,该粒子带正电;粒子在速度选择器内向右运动,根据左手定则可知,粒子受到的洛伦兹力的方向向上;因为粒子匀速穿过速度选择器，所以粒子受到的电场力的方向向下,则电场的方向向下,所以极板P l 的电势比极板P 口的电势高,故A项错误。粒子在速度选择器内匀速

18、运动,受力平衡,则有qEqv B,.解得v=,故 B 项错误。粒子在静电分析器内做匀速圆周运动,则有qE4,联立可得粒子的比荷儿=哈=悬,故C项正确。粒子在磁分析器内做匀速圆周运动，有 qv B包，联立解得要，由几何关系知P、Q 之间的r距离为2r=鬻，故 D 项错误。11.物理技术I（2022浙江宁波十校联考）为了降低潜艇噪音,科学家设想用电磁推进器替代螺旋桨。装置的截面图如图所示,电磁推进器用绝缘材料制成海水管道,马鞍形超导线圈形成如图所示的磁场,现潜艇在前进过程中海水正源源不断地被推向纸外。则下列说法正确的是（）上马鞍形线圈一一 海水管道下马鞍形线圈A.图中所接电源为直流电源,a极为电源

19、正极B.同时改变磁场方向和电源正负极可实现潜艇倒退C.加速阶段,海水对潜艇的力与潜艇对海水的力大小相等D.电源输出的能量完全转化为海水的动能和潜艇的动能答 案C海水被推向纸外，根据左手定则可知，电流方向由b指向a,b为电源正极,A错误;同时改变电流和磁场方向,海水受到的安培力不变,航行方向不变,B错误;根据牛顿第三定律,海水对潜艇的力与潜艇对海水的力大小相等，方向相反,C正确;电源输出的能量不可能完全转化为动能，有焦耳热损耗,D错误。12.物理生活1 （2022江苏南京期中,3）某磁悬浮地球仪的磁悬浮原理如图所示,地球仪中有一个磁铁,底座中有一个线圈（线圈电阻不计）,给线圈通电,地球仪可以悬浮

20、起来。下列说法正确的是（）A.线圈必须连接交流电源B.地球仪悬浮时,线圈a端接正极,b端接负极C.若仅增加线圈匝数，可增加地球仪稳定悬浮的高度D.减小地球仪与底座的距离,地球仪稳定悬浮时,地球仪受到的斥力增大答 案C磁铁稳定悬浮,线圈一定接的是直流电源,而且螺线管的上端为等效磁铁的N极,根据右手螺旋定则可知线圈a端接负极,b端接正极,A、B错误;若仅增加线圈匝数，可使螺线管周围的磁场增强,因此地球仪稳定悬浮的高度增加,c 正确;减小地球仪与底座的距离,地球仪稳定悬浮时，排斥力仍等于重力,D 错误。13.物理学史1 （2022江苏盐城调研,5）安培曾做过如图所示的实验:把绝缘导线绕制成线圈,在线

21、圈内部悬挂一个用薄铜片做成的圆环，圆环所在平面与线圈轴线垂直,取一条形磁铁置于铜环的右侧,条形磁铁的右端为N 极。闭合开关,电路稳定后,发现铜环静止不动,安培由此错失发现电磁感应现象的机会。实际上，在电路闭合的瞬间（）A.从右侧看,铜环中有逆时针方向的感应电流B.从右侧看,铜环中有顺时针方向的感应电流C.铜环仍保持不动D.铜环会远离磁铁答 案 A根据楞次定律，当接通开关瞬间时，导致穿过线圈的磁通量向左增大，则从右侧看，线圈的感应电流为逆时针方向,故A 正确,B 错误;当线圈中有逆时针方向的电流时，可等效为右侧为N 极的磁体,则当处于左侧是S 极的条形磁铁的磁场中时,铜环会靠近磁铁，故 C、I）

22、错误。二、非选择题14.物理科技I（2022江苏常州前黄高级中学一模,16）在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直纸面向外;速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R和比的四分之一圆环,其两端中心位置M 和 N 处各有一个小孔;偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L 的正方体,其偏

23、转系统的底面与晶圆所在水平面平行，间距也为L.当偏转系统不加电场及磁场时,离子恰好竖直注入到晶圆上的()点(即图中坐标原点,x 轴垂直纸面向外)。整个系统置于真空中，不计离子重力，打在晶圆上的离子经过电场和磁场偏转的角度都很小。当 a 很小时，有 s i n at an a g a,co s a o 求:(D离子通过速度选择器后的速度大小v 和磁分析器选择出来离子的比荷;(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;(4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示,并说明理由。答 案

24、(呜春(襦？(。,蒜)见解析解 析(1)通过速度选择器离子应满足qE=qv B,由此可得离子的速度_EVB从磁分析器中心孔N 射出离子的运动半径为R_/?1+/?22由*=qvB产 7 _ v _ 2E1 RB(RI+R 2*2 经过电场后,离子在X方向偏转的距离x尸 产 目，速度偏转角满足,n qELtan 0mv离开电场后,离子在X方向偏移的距离X2=L t a n。mv则 X=xi+X2;郊赍位置坐标为/?1+即.，0)(3)离子进入磁场后做圆周运动的半径mvr-qB速度偏转角满足Lsin a=r经过磁场后,离子在y方向偏转的距离yi=r(1-cos a)离开磁场后,离子在V方向偏移的距

25、离丫 2 二 L tan a则 y=yi+y2=位置坐标为 X1 十 b 2,注入晶圆的位置坐标为（盖,Ri+R,电场引起的速度增量对y 方向的运动不产生影响，同时磁场也不对x 方向的运动产生影响。15.物理科技|（2022浙江金华模拟预测）在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是部分离子注入工作原理示意图,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,选择出一定速度的离子,然后通过磁分析器I,选择出特定比荷的离子,经偏转系统I I 后注入水平放置的硅片上。速度选择器、磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直纸面向外;速度选择器中的匀强电场场强大小为E,方向竖直向上。磁

26、分析器的截面是矩形，矩形长为2L,宽为（4-2国）L。其宽和长的中心位置C和 D 处各有一个小孔；半径为L 的圆形偏转系统I I 内存在垂直纸面向外,磁感应强度大小可调的匀强磁场,D、M、N 在一条竖直线上,DM 为圆形偏转系统的直径,最低点M 到硅片的距离M N=，,不计离子重力。磁分析器选择器DII偏转系统N（1）求离子通过速度选择器后的速度大小；（2）求磁分析器选择出来的离子的比荷；（3）若偏转系统磁感应强度大小的取值范围为竽B W B 偏近6 氏求硅片上离子注入的宽度。答 案 5 品 D ZLb解 析（1）由题意可知qv B=qE解得v=D（2）离子在磁分析器中做匀速圆周运动由几何关系

27、:R2=I?+R-（2-遍）1得 R=2L2又因为洛伦兹力充当向心力:qvB一,A解 感=3m 2LB2 结合上述分析,粒子在D处以与竖直方向成6 0 角的方向射入偏转系统II,离子在偏转系统中轨迹的半径满足竽LWrW魂 L由几何知识可得粒子的临界轨迹如图所示，当 r.=V3L时,离子竖直向下离开磁场,落点P到 N点的距离xk日L当 r产学L时,离子从M点与水平方向成3 0 离开磁场，落点Q到 N点的距离x2=L故硅片上离子注入的宽度X=X,+X2=V3L16.（2022贵州新高考联盟第一次测试）如图所示，水平放置的两块长直平行金属板a、b 相距为d,a、b间加有电压,b 板下方空间存在着方向

28、垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子（不计重力），从贴近a 板的左端以V。的初速度水平射入匀强电场，刚好从狭缝P处穿过b 板进入匀强磁场,最后粒子打到b 板的Q处（图中未画出）被吸收。已知P到 b 板左端的距离为 2d,求：（1）粒子进入磁场时速度的大小和方向；（2）P、Q之间的距离。pXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXBXXXXXXXX答 案（1）e V。与 b 板成4 5 角斜向右下方（2）等Bq解 析（1）粒子在两板间做类平抛运动，在水平方向有2d=vot在竖直方向有d=i vyt即速度方向与b 板成4 5 角斜向右下方（2）粒

29、子在磁场中做匀速圆周运动,运动轨迹如图所示XXX4XVXXXXXXXXXXXXXXXXBXXXXXXXXXX2由洛伦兹力提供向心力得Bqv 浮K解 得 嗡=鬻则X布 麻 等Bq17.（2022和平一模,12）质谱仪是一种检测同位素的仪器,利用电场和磁场可以将同位素进行分离。现有气（担）、气及H）两种带电粒子从容器A 下方的狭缝S：飘入电势差为U。的加速电场,其初速度几乎为零,然后沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B。的足够大匀强磁场中,最后打到照相底片上。已知带电粒子从狭健S,进入磁场时与垂直磁场边界方向存在一个很小的散射角0，所有粒子均打在底片区域内,所能到达的最远点为此已知定粒子的质量为m、电荷量为q,忽略带电粒子的重力及粒子间相互作用力。M二 4.幽 4.求 M 点与狭缝S 3之间的距离d;(2)若某些笊粒子进入磁场后,形成等效电流为I 的粒子束,最终垂直打在照相底片上的P 点(图中未画出)形成一个曝光点，粒子均被吸收,求气粒子束单位时间内对P 点的冲击力F 的大小；(3)若考虑磁感应强度在(B-A B)到(B0+B)之间波动,要使在底片上能完全分辨气、笊两种粒子,求 B应满足的条件。答 案某曾(2)1j2U()m A B 2 r-又磁感应强度最大时半径最小,因此有2 cos 6 2-叵 yj q Bo-AB q整理可得A B C0 B V2 COS0+1