2021年高考物理真题和模拟题分类汇编 12 磁场 （学生版+解析版）.pdf

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1、2021年高考真题和模拟题分类汇编物理专题1 2 磁场选择题1.（2 0 2 1 浙江卷）如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、A 分别通以8 0 A 和1 0 0 A 流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p,到两导线的距离相等。下列说法正确的是（）a-0）的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为匕，离开磁场时速度方向偏转90；若射入磁场时的速度大小为匕，离开磁场时V.速度方向偏转6 0。，不计重力，则,为（）A.B.C.D.V 32 3 23.（2 0 2 1 全国甲卷）两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，E O与 O

2、Q在一条直线上，P O 与。尸在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流/,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流/时.，所产生的磁场在距离导线4处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为 的M、N两点处的磁感应强度大小分别为（）I八 QM ：2NJ：0F 0/P 1E-IA.B、0 B.O、2B C.2B、2B D.3、B4.（2 0 2 1.湖南卷）两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L，通过长为L的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边H处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度

3、%水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小8使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是（）A.B 与%无 关，与J万 成反比B.通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变C.通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D.调节H、%和 8,只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变5.（2 0 2 1 .河北卷）如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为 g,一束速度大小为v 的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为8 2,导轨平面与水平面夹角为e

4、,两导轨分别与p、Q相连，质量为八电阻为R的金属棒出?垂直导轨放置，恰好静止,重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是A.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上,_ mgRsin。B B2LdB.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,_ mgR sin 0C.导轨处磁场方向垂直导轨平面向上,mgR tan 3v=-B、B,LdD.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,_ mgR tan 0V BB2Ld6.（2021春浙江卷）如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是（）A.电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场B.螺线管

5、越长，内部磁场越接近匀强磁场C.螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场D.磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场7.（2021.广东卷）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流4，四根平行直导线均通入电流人，/,/2,电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（）B.(g8.（2021北京通州一模）如图所示，在光滑的绝缘水平桌面上，有一质量均匀分布的细圆环,处于磁感应强度为8 的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。圆环的半径为R,质 量 为 令 此圆环均匀带上正电荷，总电量为。当圆环绕通过其中心的竖直轴

6、以角速度”沿图中所示方向匀速转动时（假设圆环的带电量不减少，不考虑环上电荷之间的作用），下列说法正确的是（)A.圆环匀速转动形成的等效电流大小为装coB.圆环受到的合力大小为BQcyRC.圆环内侧（I 区）的磁感应强度大于外侧（I 区）的磁感应强度D.将圆环分成无限个小段，每小段受到的合力都指向圆心，所以圆环有向里收缩的趋势9.（2021北京通州一模）回旋加速器的工作原理如图所示。D i和 D?是两个中空的半圆金属盒,处于与盒面垂直的匀强磁场中，它们之间有一定的电势差&A 处的粒子源产生的带电粒子在加速器中被加速。下列说法正确的是（）A.带电粒子在D形盒内被磁场不断地加速B.交流电源的周期等于

7、带电粒子做圆周运动的周期C.两D形盒间电势差U越大，带电粒子离开D形盒时的动能越大D,加速次数越多，带电粒子离开D形盒时的动能越大10.（2021.北京通州一模）一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。金属板A、B和等离子体整体可以看作一个直流电源，A、B便是这个电源的两个电极。将金属板A、B与电阻R相连，假设等离子体的电阻率不变，下列说法正确的是（）A.A板是电源的正极B.等离子体入射速度不变，减小A、B两金属板间的距离，电源电动势增大C.A、B两金属板间的电势差等于电

8、源电动势D.A、B两金属板间的电势差与等离子体的入射速度有关11.（2021四川泸州三模）如图所示把柔软的铝箔条折成天桥状并用胶纸粘牢两端固定在桌面上，使蹄形磁铁横跨过“天桥”，当电池与铝箔接通时（）A.铝箔条中部向下方运动 B.铝箔条中部向上方运动C.蹄形磁铁对桌面的压力不变 D.蹄形磁铁对桌面 压力减小12.（2021河北唐山一模）如图，直角三角形OAC区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场，ZA=30,0 C 边长为L,在 C 点有放射源S,可以向磁场内各个方向发射2速率为W的同种带正电的粒子，粒子的比荷为K。S 发射的粒子有可以穿过0A 边界，0A含在边界以内，不计重力、

9、及粒子之间的相互影响。贝 立 ）OA.磁感应强度大小 一 B.磁 感 应 强 度 大 小.2 KL KLC.0A上粒子出射区域长度为L D.0A上粒子出射区域长度为自213.（2021上海普陀一模）如图所示的光滑导轨，由倾斜和水平两部分在MM，处平滑连接组成。导轨间距为L,水平部分处于竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中，倾斜导轨连接阻值为 R 的电阻。现让质量为m、阻值为2R 的金属棒a 从距离水平面高度为h 处静止释放。金属 棒 a 到达磁场中0 0,时，动能是该金属棒运动到MM，时 动 能 的 最 终 静 止 在 水 平 导 轨上 金属棒a 与导轨接触良好且导轨电阻不计，重力加速度g=

10、10m/s2。以下说法正确的是0D _A.金属棒a 运动到MM1时 回 路 中 的 电 流 大 小 为 亍 2 g 力3 KD2B.金属棒a 运动到OO时的加速度大小为“二一3mRC.金属棒a 从 h 处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，电阻上产生的焦耳热为mghD.金属棒a 若从h处静止释放，在它运动的整个过程中，安培力的冲量大小是m 而,方向向左1 4.（2 0 2 1.广西柳州一模）某带电粒子以速度v 垂直射入匀强磁场中。粒子做半径为R的匀速圆周运动，若粒子的速度变为2%则下列说法正确的是（）A.粒子运动的周期变为原来的4 B.粒子运动的半径仍为RC.粒子运动的加速度变为原来的4 倍 D

11、.粒了运动轨迹所包围的磁通量变为原来的4 倍计算题1 5.（2 0 2 1 北京东城一模）9 3 1 年，劳伦斯和学生利文斯顿研制了世界上第一台回旋加速器，如 图 1 所示，这个精致的加速器由两个。形空盒拼成，中间留一条缝隙，带电粒子在缝隙中被周期性变化的电场加速，在垂直于盒面的磁场作用下旋转，最后以很高的能量从盒边缘的出射窗打出，用来轰击靶原子。图 1图2图3（1）劳伦斯的微型回旋加速器直径d=1 0 c 机，加速电压U=2 kV,可加速笊核（；H）达到最大为E k,”=8 0 K e V的能量，求：a.筑核穿越两D形盒间缝隙的总次数Mb.笊核被第1 0 次加速后在D形盒中环绕时的半径R。（

12、2）自诞生以来，回旋加速器不断发展，加速粒子的能量已经从每核子2 0 M e V（2 0 M e V/u）提高到 2 0 0 8 年 的 1 0 0 0 M e V/u,现代加速器是一个非常复杂的系统，而磁铁在其中相当重要。加速器中的带电粒子，不仅要被加速，还需要去打靶，但是由于粒子束在运动过程中会因各种作用变得 散开，因此需要用磁铁来引导使它们聚集在一起，为了这个目的，磁铁的模样也发生了很大的变化。图 2所示的磁铁为“超导四极铁”，图 3所示为它所提供磁场的磁感线。请 在 图 3中画图分析并说明，当很多带正电的粒子沿垂直纸面方向进入“超导四极铁”的空腔，磁场对粒子束有怎样的会聚或散开作用？1

13、 6.（2 0 2 1.广东卷）图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆“、b、c 围成的区域，圆 a内为无场区，圆。与圆匕之间存在辐射状电场，圆&与 圆 c 之间有三个圆心角均略小于9 0。的扇环形匀强磁场区i、n和in。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能生。从圆匕上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆匕之间电势差为U,圆b半径为R,圆c半径为百R,电子质量为机，电荷量为e,忽略相对论效应，取t a n 2 2.5。=0.4。(1)当&.0=。时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角

14、。均为4 5。，最终从。点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求I区的磁感应强度大小、电子在I区磁场中的运动时间及在。点出射时的动能；已知电子只要不与I区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当 线0=履。时，要保应强度大小为8的匀强磁场，极板与可调电源相连，正极板上。点处的粒子源垂直极板向上发射速度为%、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q,一足够长的挡板O M与正极板成3 7。倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是负极板上的两点，C点位于。点的正上方，P点处放置一粒子靶(忽略靶的大小)，用于接收从上方打入的粒子，CP长3度为与，忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受

15、重力。s i n 3 70 =-,(1)若粒子经电场一次加速后正好打在尸点处的粒子靶上，求可 调 电 源 电 压 的 大 小；(2)调整电压的大小，使粒子不能打在挡板O河 上，求电压的最小值4榜；（3）若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点（C H W C P v C S,H、S两点末在图中标出）、对于粒子靶在HS区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到（22）种能量的粒子，求和CS的长度（假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定）。1 8.（2 0 2 1.湖南卷）带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一、带电粒子流（每个粒子的质量

16、为“、电荷量为+4）以初速度V垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在xOy平面内的粒子，求解以下问题。（1）如图（a）,宽度为2 4的带电粒子流沿x轴正方向射入圆心为A（0,）、半径为4的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点O,求该磁场磁感应强度 与 的 大小;如图（a）,虚线框为边长等于2弓的正方形，其几何中心位于。（0,-4）。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到。点的带电粒子流经过该区域后宽度变为2，并沿x轴正方向射出。求该磁场磁感应强度的大小和方向，以及该磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）；（3）如图（b）,虚线框I和U均为边长

17、等于弓的正方形，虚线框H I和I V均为边长等于G的正方形。在I、I I、I I I和I V中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为24的带电粒子流沿x轴正方向射入I和n后汇聚到坐标原点o,再经过in和N后宽度变为2，并沿x轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求I和n i中磁场磁感应强度的大小，以及n和I V中匀强磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）。图(a)图(b)19.(20 21.江苏常州一模)如图所示为用质谱仪测定带电粒子比荷的装置示意图。它是由离子室、加速电场、速度选择器和分离器四部分组成。已知速度选择器的两极板间的匀强电场场强 为 E,匀强磁场磁感应强度为B

18、i，方向垂直纸面向里。分离器中匀强磁场磁感应强度为B 2,方向垂直纸面向外。某次实验离子室内充有大量氢的同位素离子，经加速电场加速后从速度选择器两极板间的中点O平行于极板进入，部分粒子通过小孔O 后进入分离器的偏转磁场中，在底片上形成了对应于气;H、笊：H、瓶;H 三种离子的三个有一定宽度的感光区域，测得第一片感光区域的中心P到 O 点的距离为D不计离子的重力、不计离子间的相互作用，不计小孔。的孔径。(1)打在感光区域中心P点的离子，在速度选择器中沿直线运动，试求该离子的速度V。和比荷m(2)以 v=vo 4 v的速度从O点射入的离子，其在速度选择器中所做的运动为一个速度为vo的匀速直线运动和

19、另一个速度为Av 的匀速圆周运动的合运动，试求该速度选择器极板的最小长度L；(3)为能区分三种离子，试求该速度选择器的极板间最大间距d20.（2021上海普陀一模）如图所示，真空中有一个半径r=0.5m的圆形磁场区域，与坐标原点O相切，磁场的磁感应强度大小B=2xl04 T,方向垂直于纸面向外，在x=lm处的竖直线的右侧有一水平放置的正对平行金属板M、N,板间距离为d=0.5m,板长L=lm,平行板的中线的延长线恰好过磁场圆的圆心0”若在O点处有一粒子源，能向磁场中不同方向源源q不断的均匀发射出速率相同的比荷为m=ixio 8 C/kg,且带正电的粒子，粒子的运动轨迹在纸面内，一个速度方向沿y

20、轴正方向射入磁场的粒子，恰能从沿直线0 2 0 3方向射入平行板间。不计重力及阻力和粒子间的相互作用力，求：（1）沿y轴正方向射入的粒子进入平行板间时的速度v和粒子在磁场中的运动时间To；（2）从M、N板左端射入平行板间的粒子数与从O点射入磁场的粒子数之比；（3）若在平行板的左端装上一挡板（图中未画出，挡板正中间有一小孔，恰能让单个粒子通过）,并且在两板间加上如图示电压（周 期To）,N板 比M板电势高时电压值为正，在x轴上沿x轴方向安装有一足够长的荧光屏（图中未画出），求荧光屏上亮线的左端点的坐标和亮线的长度I。21.(2021.上海普陀一模)如图所示，在xoy平面内，虚线0 P与x轴的夹角

21、为30。0 P与y轴之间存在沿着y轴负方向的匀强电场，场强大小为E。0 P与x轴之间存在垂直于xoy平面向外的匀强磁场。现有一带电的粒子，从y轴上的M点以初速度vO、沿着平行于x轴的方向射入电场，并从边界O P上某点Q(图中未画出)垂直于O P离开电场，恰好没有从x轴离开第一象限。已知粒子的质量为m、电荷量为q(q0),粒子的重力可忽略。求：(1)磁感应强度的大小；(2)粒子在第一象限运动的时间；(3)粒子从y轴上离开电场的位置到O点的距离。22.(2021北京海淀一模)如图16所示，空间分布着方向平行于纸面、宽度为“的水平匀强电场。在紧靠电场右侧半径为R的圆形区域内，分布着垂直于纸面向里的匀

22、强磁场。一个质量为加、电荷量为口的粒子从左极板上A点由静止释放后，在M点离开加速电场，并以速度”沿半径方向射入匀强磁场区域，然后从N点射出。两点间的圆心角ZM ON=1 2 0,粒子重力可忽略不计。d .X x X、-/B I XXX X X lx X X X X*o、X X 4、X/,-1、j X *图16求加速电场场强用)的大小；(2)求匀强磁场的磁感应强度B的大小(3)若仅将该圆形区域的磁场改为平行于纸面的匀强电场，如 图17所示，带电粒子垂直射入该电场后仍然从N点射出。求该匀强电场场强E的大小。A 0J N图1723.(2021 四川泸州三模)回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示。

23、设匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于半径为R的D形盒，狭缝间的距离为(8 /?),狭缝间的加速电压为U,在左侧D形盒中心的A点静止释放一质量为叭 电荷量为q的带电粒子，调整加速电场的频率，使粒子每次在电场中始终被加速，最后在左侧D形盒边缘被特殊装置引出。不计带电粒子的重力。求:(1)粒子获得的最大动能Ekm；24.(2021北京通州一模)如图所示，质量为机、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直的匀强电

24、场，求电场强度E的大小。X XHX XX XX XX XX XX X2021年高考真题和模拟题分类汇编物理专题1 2磁场选择题1.（2021.浙江卷）如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线4分别通以80A和100A流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p,到两导线的距离相等。下列说法正确的是（）-80APb-0）的带电粒子从圆周上的M点沿直径MO N方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为匕，离开磁场时速度方向偏转9 0；若射入磁场时的速度大小为乙，离开磁场时速度方向偏转6 0,不计重力，则 工 为（）A.B.C.B D.7 32 3 2答案B解析：根据题意做出粒子的圆心如图所示设

25、圆形磁场区域的半径为R,根据几何关系有第一次的半径4=A第二次的半径G=后尺rnv2根据洛伦兹力提供向心力有qvB=十可得”也m所 以 上=二=也v2 r2 3故选B。3.（2 0 2 1 全国甲卷）两足够长直导线均折成直角，按图示方式放置在同一平面内，E O与O Q在一条直线上，PO与 OF在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流/,电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流/时，所产生的磁场在距离导线d 处的磁感应强度大小为B,则图中与导线距离均为 的M、N 两点处的磁感应强度大小分别为（）,QM Nd O dE八IA.8、0 B.0、2 B C.28、28 D.8、B答案B解析：两

26、直角导线可以等效为如图所示两直导线，由安培定则可知，两直导线分别在M 处的磁感应强度方向为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故M处的磁感应强度为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故 M 处的磁感应强度为2B：综上分析B 正确。故选B。4.（2021.湖南卷）两个完全相同的正方形匀质金属框，边长为L，通过长为L 的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边H 处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为L，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度%水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小3 使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是

27、（）V oX X X X X XDx x x Q x x xA.3 与%无 关，与 J 万 成 反比B.通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变C.通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D.调节，、和8,只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变答案CD解析：由于组合体进入磁场后做匀速运动，由于水平方向的感应电动势相互低消，有F 丘匕mg=/女=鼠一则组合体克服安培力做功的功率等于重力做功的功率，C 正确；无论调节哪个物理量，只要组合体仍能匀速通过磁场，都有“？=?安则安培力做的功都为卬=/安 3L则组合体通过磁场过程中产生的焦耳热不变，

28、D 正确。故选CD。5.（2021.河北卷）如图，距离为d 的两平行金属板P、。之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为 耳，一束速度大小为v 的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为8 2,导轨平面与水平面夹角为0,两导轨分别与P、Q 相连，质量为?、电阻为R 的 金 属 棒 垂 直 导 轨 放 置，恰好静止,重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是)A.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上,_ mgRsinV-B,B2LdB.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,_ mgRsinOB、B?LdC.

29、导轨处磁场 方向垂直导轨平面向上,_ mgR tan 0BB2LdD.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下,_ mgR tan 0BB2Ld答案B解析：等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得金属板Q 带正电荷，金属板P 带负电荷，则电流方向由金属棒a 端流向b 端。等离子体穿过金属板P、Q 时产生的电动势U 满足二=处a由欧姆定律1=-和安培力公式尸=5 可得：G =与 华”R女 R R再根据金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止，可得七sin。则 umgR sin 0BB2Ld金属棒仍受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定则可判定导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。故选B。6.（2021春 浙江卷

30、）如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是（）A.电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场B.螺线管越长，内部磁场越接近匀强磁场C.螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场D.磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场【答案】B【解析】根据螺线管内部的磁感线分布可知，在螺线管的内部，越接近于中心位置，磁感线分布越均匀，越接近两端，磁感线越不均匀，可知螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场。故选B。7.（2021 广东卷）截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流4,四根平行直导线均

31、通入电流人，A A-电流方向如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是（）答案c解析：因人i2,则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥“，则正方形左右两侧的直导线（要受到L吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线乙要受到4排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如图C。故选C。8.（2 0 2 1.北京通州一模）如图所示，在光滑的绝缘水平桌面上，有一质量均匀分布的细圆环，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向竖直向下。圆环的半径为R,质 量 为 令 此圆环均匀带上正电荷，总电量为Q。当圆环绕通过其中心

32、的竖直轴以角速度。沿图中所示方向匀速转动时（假设圆环的带电量不减少，不考虑环上电荷之间的作用），下列说法正确的是（）X X X XA.圆环匀速转动形成的等效电流大小 为?C OB.圆环受到的合力大小为8 0 0 火C.圆环内侧（I 区）的磁感应强度大于外侧（I I 区）的磁感应强度D.将圆环分成无限个小段，每小段受到的合力都指向圆心，所以圆环有向里收缩的趋势【答案】C【解析】圆环匀速转动形成的等效电流大小为/=2 =迩，选项A错误；T 2%把圆环分成若干小段，根据磁场方向和电流方向可以判断出安培力的方向是指向圆环外侧的，圆环的其他小段也是如此，故由于电流圆环受到的合力大小为0,选 项 B错误；

33、圆环有扩张的趋势，选项D错误；由于圆环带正电，且沿顺时针方向旋转，故可以把圆环看成一个等效的环形电流，电流方向顺时针方向，由右手定则可以判断出在圆环内磁场是向里的，在圆环外，磁场中向外的，故它与原磁场的叠加后，其内侧（I 区）的磁感应强度会变大，外侧（H区）的磁感应强度会变小,所以（I 区）的磁感应强度大于外侧（I I 区）的磁感应强度，选项C正确。9.（2 02 1 北京通州一模）回旋加速器的工作原理如图所示。D i 和 D 2 是两个中空的半圆金属盒,处于与盒面垂直的匀强磁场中，它们之间有一定的电势差U。A处的粒子源产生的带电粒子在加速器中被加速。下列说法正确的是（）A.带电粒子在D 形盒

34、内被磁场不断地加速B.交流电源的周期等于带电粒子做圆周运动的周期C.两 D 形盒间电势差U 越大，带电粒子离开D 形盒时的动能越大D,加速次数越多，带电粒子离开D 形盒时的动能越大【答案】B【解析】由于洛伦兹力不做功，而带电粒子在D 形盒内受洛化兹力的作用而做圆周运动，不能加速粒子，选项A 错误；交流电源的周期等于带电粒子做圆周运动的周期，选项B 正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动时，,故 叫 巨 竺，所以带电粒子离开D 形盒时的R m动 能 R=）.俨=8一2尺一，所以带电粒子离开D 形盒时的动能与电势差U 没关系，只与磁2 2m场和带电粒子的比荷有关，选项C 错误；而粒子的动能又都是由电场提

35、供的，设加速了 N 次，故存在NUq=B-q-R-,所以加速电压2m越大，加速的次数就会越少，不是带电粒子离开D 形盒时的动能越大，选项D 错误。10.（2021.北京通州一模）一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B 两板间便产生电压。金属板A、B 和等离子体整体可以看作一个直流电源，A、B 便是这个电源的两个电极。将金属板A、B 与电阻R相连，假设等离子体的电阻率不变，下列说法正确的是（）A.A 板是电源的正极B.等离子体入射速度不变，减小A、B 两金属板间的距离，电源电动势增大C.

36、A、B 两金属板间的电势差等于电源电动势D.A、B 两金属板间的电势差与等离子体的入射速度有关【答案】D【解析】根据磁场的方向和等离子体进入的方向，由左手定则可以判断等离子体中的正电荷受向下的洛伦兹力，故 B 极板是电源的正极，选项A 错误；发电机的电动势稳定时，一定存在尸电=尸洛，即巳 行 B ,所以电源的电动势U=Bdv,所以a若等离子体入射速度v 不变，减小A、B 两金属板间的距离，电源电动势U 减小，选 项 B错误；由于电源与外电路构成通路，电流还通过等离子体，而等离子体是有一定电阻的，所以A、B 两金属板间的电势差t/=一U,故它不等于电源电动势，选项C 错误；R+r根据前面的推导可

37、知中，电源的电动势U=B八，即 A、B 两金属板间的电势差U 与电动势成正比，即这个电势差也与等离子体的入射速度有关，选项D 正确。11.（2021四川泸州三模）如图所示把柔软的铝箔条折成天桥状并用胶纸粘牢两端固定在桌面上，使蹄形磁铁横跨过“天桥”，当电池与铝箔接通时（）A.铝箔条中部向下方运动 B.铝箔条中部向上方运动C.蹄形磁铁对桌面的压力不变 D.蹄形磁铁对桌面 压力减小【答案】B【解析】由题意，可知，通过天桥的电流方向由外向内，而磁场方向由N 到 S 极，根据左手定则，则可知，箔条中部受到的安培力向上，铝箔条中部向上方运动，根据相互作用力，知磁铁受力方向向下，对桌子的压力增大，故 B

38、正确，ACD错误。故选Bo12.（2021河北唐山一模）如图，直角三角形OAC区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小未知的匀强磁场，NA=30。、OC边长为L在 C 点有放射源S,可以向磁场内各个方向发射2速率为W的同种带正电的粒子，粒子的比荷为K。S 发射的粒子有一可以穿过OA边界，0A3含在边界以内，不计重力、及粒子之间的相互影响。贝 比 ）A.磁感应强度大小L2KLC.OA上粒子出射区域长度为LB.磁感应强度大小KLD.OA上粒子出射区域长度为且2【答案】BC【解析】2S 发射的粒子有；可以穿过OA边界，根据左手定则可知，当入射角与OC夹角为30。的粒3子刚好从。点射出，根据几何关系可知

39、，粒子运动半径为火=L根据洛伦兹力提供向心力，则有4%8=m 技解得8 =*KL则沿CA方向入射粒子运动最远，半径为L,从 OA上射出，故 OA上粒子出射区域长度为乙。故选BC。13.（2021上海普陀一模）如图所示的光滑导轨，由倾斜和水平两部分在MM，处平滑连接组成。导轨间距为L,水平部分处于竖直向上、磁感应强度为B 的匀强磁场中，倾斜导轨连接阻值为 R 的电阻。现让质量为m、阻值为2R 的金属棒a 从距离水平面高度为h 处静止释放。金属 棒 a 到达磁场中0 0,时，动能是该金属棒运动到MM，时 动 能 的 最 终 静 止 在 水 平 导 轨上。金属棒a 与导轨接触良好且导轨电阻不计，重力

40、加速度g=10m/s2。以下说法正确的是0R/a Of t”/7wtMO ND J _A.金属棒a 运动到MM，时回路中的电流大小为与石、2gh3 AD2B.金属棒a 运动到OO时的加速度大小为。=一3mRC.金属棒a 从 h 处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，电阻上产生的焦耳热为mghD.金属棒a 若从h 处静止释放，在它运动的整个过程中，安培力的冲量大小是ml2 g h，方向向左【答案】ACD【解析】1A.金属棒Q 从静止运动到M M 的过程中，根据机械能守恒可得m g 力解得金属棒Q运动到M M 时的速度为v 1二y/2gh金属棒Q运动到M M 时的感应电动势为E=BL v i=BL、

41、2gh金属棒Q运动到M M 时的回路中的电流大小为/二E2R+R故 A 正确;B.金属棒Q到达磁场中0 0 时的速度为V 工 V,_、2ghv2-2 1-2金属棒Q到达磁场中0 0 时的加速度大小为BIL_ B2L2V2 B2L2/2ha=Hr=m（2RA-R）=-6m R故 B 错误；c.金属棒。从h 处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，根据能量守恒可得产生的焦耳热等于重力势能的减小量，则有Q=m g 力1 1电阻上产生的焦耳热为Q=5（2=斤 加 9 力故 C 正确；D.金属棒Q从力处静止下滑到在水平导轨上静止过程中，规定向右为正方向，根据动量定理可得/安=O-mv1可得/安=一，,2 g

42、 h在它运动的整个过程中，安培力的冲量大小是m J 2 g 力,方向向左，故D正确；故选ACDo14.（2021广西柳州一模）某带电粒子以速度v垂直射入匀强磁场中。粒子做半径为R 的匀速圆周运动，若粒子的速度变为2v。则下列说法正确的是（）A.粒子运动的周期变为原来的!B.粒子运动的半径仍为RC.粒子运动的加速度变为原来的4倍 D.粒了运动轨迹所包围的磁通量变为原来的4倍【答案】D【解析】【详解】B.带电粒子做圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，由向心力公式有4口 5=肾 m v解得，粒子运动的半径氏二一qB可见，若粒子 速度变为2粒子运动的半径为2 R,故 B 错误;E 2TIR 2 兀 mA.

43、粒子运动的周期T=-v qB可见，若粒子的速度变为2%粒子运动的周期不变，故 A 错误；c.粒子运动的加速度。=迪tn m可见，若粒子的速度变为2%粒子运动的加速度变为原来的2 倍，故 C 错误；c 7 /机八2A.粒了运动轨迹所包围的面积S=%R-=（F）2qB可见，若粒子的速度变为2 v,粒了运动轨迹所包围的磁通量AS变为原来的4 倍，故 D 正确；故选D。15.（2021北京东城一模）931年，劳伦斯和学生利文斯顿研制了世界上第一台回旋加速器，如 图 1 所示，这个精致的加速器由两个。形空盒拼成，中间留一条缝隙，带电粒子在缝隙中被周期性变化的电场加速，在垂直于盒面的磁场作用下旋转，最后以

44、很高的能量从盒边缘的出射窗打出，用来轰击靶原子。图1图2图3劳伦斯的微型回旋加速器直径4=10cm,加速电压U=2kV,可加速笊核（；H）达到最大为员”=80KeV的能量，求：a.气核穿越两D形盒间缝隙的总次数N；b.笊核被第10次加速后在D形盒中环绕时的半径R。（2）自诞生以来，回旋加速器不断发展，加速粒子的能量已经从每核子20MeV（20MeV/u）提高到 2008年 的 1000MeV/u,现代加速器是一个非常复杂的系统，而磁铁在其中相当重要。加速器中的带电粒子，不仅要被加速，还需要去打靶，但是由于粒子束在运动过程中会因各种作用变得“散开”，因此需要用磁铁来引导使它们聚集在一起，为了这个

45、目的，磁铁的模样也发生了很大的变化。图 2 所示的磁铁为“超导四极铁”，图 3 所示为它所提供磁场的磁感线。请 在 图 3 中画图分析并说明，当很多带正电的粒子沿垂直纸面方向进入“超导四极铁”的空腔，磁场对粒子束有怎样的会聚或散开作用？【答案】（l）a.N=40；b.7?=2.5cm；（2）图示见解析。【解析】（10分）（l）a.笊核每穿越缝隙一次，电场力对笊核做功均为W=eU由动能定理N eU=Ek,得笊核穿越两D形盒间缝隙的总次数2 4 0。b.设笊核被第次加速后在。形盒中环绕时半径为r,由牛顿第二定律Bev=neU=mv2 E,-mv2r,2 2三 式 联 立 得 到&一可知3 4Be则

46、 流 核 被 第1 0次加速后的环绕半径R与 被 第4 0次加速后的环绕半径d/2之间满足R _ T o2得到 R=2.5cm.(2)如 答 图1,选择氏c、四个有代表性的粒子，根据左手定则画出其垂直进入空腔时所受洛伦兹力的方向如图所示，可见洛伦兹力使得粒子束在水平方向会聚，同时，在与之垂直的竖直方向散开。或如答图2所示选择特殊位置，画出有代表性粒子受到的力，并将力正交分解，也可证明磁场使粒子束在水平方向会聚，同时在竖直方向发散。计算题16.(2021 广东卷)图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆、b、c,围成的区域，圆“内为无场区，圆“与圆6之间存在辐射状电场，圆6与圆c之间

47、有三个圆心角均略小于90。的扇环形匀强磁场区I、n和in。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电 子 以 初 动 能 从 圆6上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆之间电势差为U,圆尻半径为R,圆c半径为百夫,电子质量为机，电荷量为e,忽略相对论效应，取tan22.5=0.4。(1)当Eo=O时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角夕均为45。，最终从。点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求I区的磁感应强度大小、电子在I区磁场中的运动时间及在。点出射时的动能；已知电子只要不与I区磁场外边界相碰，就能从出射区域

48、出射。当纥0=心。时，要保证电子从出射区域出射，求女的最大值。i 区 区；.=-/：.，；出/射区域5yleUrn 兀 R meU-,-在磁场I中，由几何关系可得r=/?121122.5=().4R在磁场I中的运动周期为7=皿由几何关系可得，电子在磁场I中 运 动 的 圆 心 角 为）4在磁场I中的运动时间为/=2万联立解得=7tRmeU4eU从。点出来的动能为线=8eU（2）在磁场I中的做匀速圆周运动的最大半径为q ,此时圆周的轨迹与I边界相切，由几何关系可得解得q =*/?由于B w%=m 之2 eU=-mv 2-keU21 3联立解得=1 7.（2 0 2 1 .河北卷）如图，一对长平行

49、栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为8的匀强磁场，极板与可调电源相连，正极板上。点处的粒子源垂直极板向上发射速度为%、带正电的粒子束，单个粒子的质量为?、电荷量为q,一足够长的挡板O M与正极板成3 7。倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是负极板上的两点，C点位于0点的正上方，P点处放置一粒子靶（忽略靶的大小），用于接收从上方打入的粒子，CP长3度为，忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力。s i n3 7 =-o 若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压U o的大小；调整电压的大小，使粒子不能打在挡板OM上，求电压的最小值U

50、 mi n；（3）若粒子靶在负极板上的位置尸点左右可调，则负极板上存在H、S两点（C C P oo3qB解析：(1)从。点射出的粒子在板间被加速，则。4 =51 机 丫92 一51 机玲9粒子在磁场中做圆周运动，则半径r =422由 qvB=m一解得(/。=孕48/7 792q(2)当电压有最小值时，当粒子穿过下面的正极板后，圆轨道与挡板0M相切，此时粒子恰好不能打到挡板上，则1,1,从 0点射出的粒子在板间被加速，则Un,i n 4=2mV粒子在负极板上方的磁场中做圆周运动qvB=m2粒子从负极板传到正极板时速度仍减小到阳,则 qv0B=在r由 几 何 关 系 可 知=-+rm，n s i