高三物理（第02期）好題速遞分項解析匯編 專題09 磁場（包含復合場）（含解析）

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專題09 磁場（包含復合場） 一、選擇題 1.【黑龍江省大慶中學2016屆高三上學期期末考試】）如圖為一種風向和風速傳感器的原理圖．兩個收集板極是銅絲網狀導體，有良好的導電性和通風能力，粒子源極是一條直徑很小的鎳鉻絲，粒子源極與兩收集板極相互平行且等距．粒子源極附近的空氣在強電場作用下電離，正離子沿電場方向移動流向收集板極，從而形成正離子電流，由兩電流表測量，測量時保持風向與收集板極垂直，電流表A1、A2的示數(shù)分別為Il、I2，△I＝|Il-I2 |，已知有風時正離子的速度為電場引起的速度和風速的矢量和，則 A.若I1>I2，則風向右 B.若I1>I2，則風向左 C．風速越大，△I越大 D．風速越大，△I越小 【答案】BC 【解析】 考點：電流強度；帶電粒子在電場中的運動 【名師點睛】此題關鍵是知道兩電流表的讀數(shù)，由單位時間打到極板上的正離子數(shù)量決定，而此數(shù)量值又由打到極板上的粒子的速度來決定的. 2.【河北省定州中學2017屆高三上學期周練】關于磁場，下列說法正確的是 ( ) A．磁場中某點的磁感應強度的方向與小磁針S極在此處的受力方向一致 B．磁場是看不見、摸不著、實際不存在的，是人們假想出來的一種物質 C．磁場是客觀存在的一種特殊物質形態(tài) D．磁場的存在與否決定于人的思想，想其有則有，想其無則無 【答案】C 【解析】 試題分析：磁場中某點的磁感應強度的方向與小磁針N極在此處的受力方向一致，選項A錯誤；磁場是看不見、摸不著、實際存在的一種一種特殊物質形態(tài)，選項B錯誤，C正確；磁場的存在不決定于人的思想而客觀存在的，不是想其有則有，想其無則無，選項D錯誤；故選C. 考點：磁場 【名師點睛】此題考查對磁場的認識；要知道磁場是客觀存在的物質，磁感線是為了描述磁場而假想的曲線；磁場的方向是小磁針N極在此處的受力方向。 3.【江蘇省溧水高級中學2017屆高三暑期考試物理試題】如右圖所示，在長載流直導線近旁固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩根可自由滑動的導體棒ab和cd。當載流直導線中的電流逐漸減弱時，導體棒ab和cd的運動情況是 A．一起向左運動 B．一起向右運動 C．相向運動，相互靠近 D．相背運動，相互遠離 【答案】D 【解析】 考點：右手螺旋定則 4.【江西省宜川市宜春中學、樟樹中學、高安中學等五校2017屆高三7月聯(lián)考物理試卷】如圖所示，含有、、的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選擇器，沿直線O1O2運動的粒子在小孔O2處射出后垂直進入偏轉磁場，最終打在P1、P2兩點．則( ) O1 P2 O2 P1 E B1 B2 A．打在P1點的粒子是　　　　 B．打在P2點的粒子是和 C．O2P2的長度是O2P1長度的2倍　　 D．粒子在偏轉磁場中運動的時間都相等 【答案】BC 【解析】 考點：帶電粒子在磁場中的運動 5.【福建省泉州市2016屆高三第二次（5月）質量檢查】如圖，S為一離子源，MN為長熒光屏，S到MN的距離為L，整個裝置處在范圍足夠大的勻強磁場中，磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度大小為B。某時刻離子源S一次性沿平行紙面的各個方向均勻地射出大量的正離子，各離子質量m、電荷量q、速率v均相同，不計離子的重力及離子間的想到作用力。則 A.當v<時所有離子都打不到熒光屏上 B.當v<時所有離子都打不到熒光屏上 C.當v=時，打到熒光屏MN的離子數(shù)與發(fā)射的離子總數(shù)比值為 D.當v=時，打到熒光屏MN的離子數(shù)與發(fā)射的離子總數(shù)比值為 【答案】AC 【解析】 離子能打到熒光屏的范圍是：NM′，由幾何知識得：，PM′=r=L，打到N點的離子離開S時的初速度方向和打到M′的離子離開S時的初速度方向夾角：，能打到熒光屏上的離子數(shù)與發(fā)射的粒子總數(shù)之比：，故C正確，D錯誤；故選AC。 考點：帶電粒子在磁場中的運動 【名師點睛】本題考查了帶電離子在磁場中的運動，離子在磁場中做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，分析清楚離子運動過程是解題的關鍵，應用牛頓第二定律即可解題。 6.【福建省三明市2016屆普通高中畢業(yè)班5月質量檢查理科綜合】）一如圖所示，磁單極子會在其周圍形成均勻輻射磁場。質量為m、半徑為R的圓環(huán)當通有恒定的電流I時，恰好能水平靜止在N極正上方H處。已知與磁單極子N極相距r處的磁場強度大小為B=，其中k為常數(shù)．重力加速度為g。則 A．靜止時圓環(huán)的電流方向為順時針方向（俯視） B．靜止時圓環(huán)沿其半徑方向有擴張的趨勢 C．靜止時圓環(huán)的電流 D．若將圓環(huán)向上平移一小段距離后由靜止釋放，下落中加速度先增加后減小 【答案】C 【解析】 考點：共點力平衡的條件及其應用；磁現(xiàn)象和磁場；左手定則． 【名師點睛】本題巧妙地將此單極子的猜想與電流在磁場中的受力相結合，考查了受力平衡的問題，可知對環(huán)進行正確的受力分析，理解環(huán)在豎直方向的合力與重力大小相等是解答的關鍵． 7.【湖南省長沙市長郡中學2017屆高三上學期第二次周測】）絕緣光滑斜面與水平面成角，質量為m、帶電荷量為-q（q>0）的小球從斜面上的h高度處釋放，初速度為（>0），方向與斜面底邊MN平行，如圖所示，整個裝置處在勻強磁場B中，磁場方向平行斜面向上。如果斜面足夠大，且小球能夠沿斜面到達底邊MN。則下列判斷正確的是 A、勻強磁場磁感應強度的取值范圍為 B、勻強磁場磁感應強度的取值范圍為 C、小球在斜面做變加速曲線運動 D、小球達到底邊MN的時間 【答案】BD 【解析】 考點：考查了帶電粒子在勻強磁場中的運動 【名師點睛】考查曲線運動的條件，掌握牛頓第二定律與運動學公式的內容，理解洛倫茲力雖受到速度大小影響，但沒有影響小球的合力，同時知道洛倫茲力不能大于重力垂直斜面的分力． 二、非選擇題 1.【福建省三明市2016屆普通高中畢業(yè)班5月質量檢查理科綜合】）如圖（a)所示，在豎直平面內建立直角坐標系xoy，整個空間內都存在垂直于坐標平面向外的勻強磁場和水平向右的勻強電場，勻強電場的方向與x軸止方向夾角為450。已知帶電粒子質量為m、電量為+q，磁感應強度大小為B，電場強度大小E，重力加速度為g. （1）若粒子在xoy平面內做勻速直線運動，求粒子的速度v0； （2）t=0時刻的電場和磁場方向如圖(a)所示，若電場強度和磁感應強度的大小均不變．而方向隨時間周期性的改變，如圖(b)所示。將該粒子從原點O由靜止釋放，在0一時間內的運動軌跡如圖（c）虛線OMN所示，M點為軌跡距y軸的最遠點，M距y軸的距離為d。已知在曲線上某一點能找到一個和它內切的半徑最大的圓，物休經過此點時，相當于以此圓的半徑在做圓周運動，這個圓的半徑就定義為曲線上這點的曲率半徑。求： ①粒子經過M點時曲率半徑 ②在圖中畫出粒子從N點回到O點的軌跡。 【答案】（1），沿y軸負方向（2），如圖所示 【解析】 試題分析：（1）粒子做勻速直線運動，受力平衡得 錯誤！未找到引用源。 解得錯誤！未找到引用源。 v0方向由左手定則得，沿y軸負方向。 （2）①解法（一） 重力和電場力的合力為錯誤！未找到引用源。 粒子從O運動到M過程中，只有重力和電場力的合力做功，據(jù)動能定理 錯誤！未找到引用源。（若分別求出重力功、電場力功各1分） 得 v=錯誤！未找到引用源。 由 得 （若用代入，求出也給分） ②軌跡如圖所示。（畫對第一段2分，畫對前二段4分，全部畫對得6分） 考點：考查了帶電粒子在復合場中的運動 【名師點睛】帶電粒子在復合場中運動問題的分析思路 1．正確的受力分析 除重力、彈力和摩擦力外，要特別注意電場力和磁場力的分析． 2．正確分析物體的運動狀態(tài) 找出物體的速度、位置及其變化特點，分析運動過程．如果出現(xiàn)臨界狀態(tài)，要分析臨界條件 帶電粒子在復合場中做什么運動，取決于帶電粒子的受力情況． （1）當粒子在復合場內所受合力為零時，做勻速直線運動（如速度選擇器）． （2）當帶電粒子所受的重力與電場力等值反向，洛倫茲力提供向心力時，帶電粒子在垂直于磁場的平面內做勻速圓周運動． （3）當帶電粒子所受的合力是變力，且與初速度方向不在一條直線上時，粒子做非勻變速曲線運動，這時粒子的運動軌跡既不是圓弧，也不是拋物線，由于帶電粒子可能連續(xù)通過幾個情況不同的復合場區(qū)，因此粒子的運動情況也發(fā)生相應的變化，其運動過程也可能由幾種不同的運動階段所組成 2.【河南省洛陽市第一高級中學2017屆高三上學期第一次月考】）正負電子對撞機是使正負電子以相同速率對撞（撞前速度在同一直線上的碰撞）并進行高能物理研究的實驗裝置（如圖甲），該裝置一般由高能加速器（同步加速器或直線加速器）、環(huán)形儲存室（把高能加速器在不同時間加速出來的電子束進行積累的環(huán)形真空室）和對撞測量區(qū)（對撞時發(fā)生的新粒子、新現(xiàn)象進行測量）三個部分組成．為了使正負電子在測量區(qū)內不同位置進行對撞，在對撞測量區(qū)內設置兩個方向相反的勻強磁場區(qū)域．對撞區(qū)域設計的簡化原理如圖乙所示：MN和PQ為足夠長的豎直邊界，水平邊界EF將整個區(qū)域分成上下兩部分，Ⅰ區(qū)域的磁場方向垂直紙面向內，Ⅱ區(qū)域的磁場方向垂直紙面向外，磁感應強度大小均為B．現(xiàn)有一對正負電子以相同速率分別從注入口C和注入口D同時水平射入，在對撞測量區(qū)發(fā)生對撞．已知兩注入口到EF的距離均為d，邊界MN和PQ的間距為L，正電子的質量為m，電量為+e，負電子的質量為m，電量為-e． （1）試判斷從注入口C入射的是正電子還是負電子； （2）若L=4d，要使正負電子經過水平邊界EF一次后對撞，求正負電子注入時的初速度大?。? （3）若只從注入口C射入電子，間距L=13（2-）d，要使電子從PQ邊界飛出，求電子射入的最小速率，及以此速度入射到從PQ邊界飛出所需的時間． 【答案】（1）負（2）（3） 【解析】 試題分析：（1）負電子（因為電子要向下偏轉） （2）粒子運動軌跡如圖所示，根據(jù)幾何關系有： 解得： 根據(jù)洛倫茲力提供向心力，有： 解得： 考點：考查了帶電粒子在組合場中的運動 【名師點睛】帶電粒子在組合場中的運動問題，首先要運用動力學方法分析清楚粒子的運動情況，再選擇合適方法處理．對于勻變速曲線運動，常常運用運動的分解法，將其分解為兩個直線的合成，由牛頓第二定律和運動學公式結合求解；對于磁場中圓周運動，要正確畫出軌跡，由幾何知識求解半徑 4.【黑龍江省大慶中學2016屆高三上學期期末考試】）（14分）如圖所示，虛線MN為電場、磁場的分界線，勻強電場E=103V/m，方向豎直向上，電場線與邊界線MN成45o角，勻強磁場垂直紙面向里，磁感應強度B=1T，在電場中有一點A，A點到邊界線MN的垂直距離AO的長為L=10cm，將比荷為的帶負電粒子從A處由靜止釋放（電場、磁場范圍足夠大,粒子所受重力不計）.求： (1)粒子第一次在磁場中運動的軌道半徑； (2)粒子從釋放到下一次進入到電場區(qū)域所需要的時間； (3)粒子第二次進、出磁場處兩點間的距離。 【答案】（1）（2）（3）0.2m 【解析】 （2）設粒子在進入磁場前勻加速運動的時間為t1，在磁場中做勻速圓周運動的時間為t2， 則， 得 周期，則 所以總時間為 （3）如圖所示，粒子在電場中做類平拋運動，設粒子第二次進入磁場時的速度為V，速度方向與水平方向間的夾角為α，與分界線間的夾角為θ，則有：tanα=2；θ=α-45 半徑 粒子第二次進、出磁場處兩點間的距離l=2Rsinθ=2Rsin（α-45） 解得，l=0.2m 考點：帶電粒子在電場及磁場中的運動 【名師點睛】本題的解題關鍵是畫出磁場中的軌跡，根據(jù)幾何知識求出距離與半徑，確定軌跡的圓心角，計算時間與周期的關系。 5.【江蘇省揚州市2015-2016學年度高三第四次模擬測試】在豎直平面內建立一平面直角坐標系xoy，x軸沿水平方向，如圖甲所示．第二象限內有一水平向右的勻強電場，場強為E1．坐標系的第一、四象限內有一正交的勻強電場和勻強交變磁場，電場方向豎直向上，場強E2=E1，勻強磁場方向垂直紙面．處在第三象限的發(fā)射裝置（圖中未畫出）豎直向上射出一個比荷=102C/kg的帶正電的粒子（可視為質點），該粒子以v0=4m/s的速度從－x上的A點進入第二象限，并以v1=8m/s速度從＋y上的C點沿水平方向進入第一象限．取粒子剛進入第一象限的時刻為0時刻，磁感應強度按圖乙所示規(guī)律變化（以垂直紙面向外的磁場方向為正方向），g=10 m/s2．試求： （1）帶電粒子運動到C點的縱坐標值h及電場強度E1； （2）＋x軸上有一點D，OD=OC，若帶電粒子在通過C點后的運動過程中不再越過y軸，要使其恰能沿x軸正方向通過D點，求磁感應強度B0及其磁場的變化周期T0； （3）要使帶電粒子通過C點后的運動過程中不再越過y軸，求交變磁場磁感應強度B0和變化周期T0的乘積應滿足的關系． 【答案】（1）、（2）、（3） 【解析】 試題分析：（1）， ，， （3）當交變磁場周期取最大值而粒子不再越過y軸時可作如圖運動情形： 由圖可知 考點：考查了帶電粒子在電磁場中的運動 【名師點睛】帶電粒子在組合場中的運動問題，首先要運用動力學方法分析清楚粒子的運動情況，再選擇合適方法處理．對于勻變速曲線運動，常常運用運動的分解法，將其分解為兩個直線的合成，由牛頓第二定律和運動學公式結合求解；對于磁場中圓周運動，要正確畫出軌跡，由幾何知識求解半徑 6.【江蘇省溧水高級中學2017屆高三暑期考試物理試題】（16分）如圖a所示，勻強磁場垂直于xOy平面，磁感應強度B1按圖b所示規(guī)律變化（垂直于紙面向外為正）．t=0時，一比荷為C/kg的帶正電粒子從原點沿y軸正方向射入，速度大小，不計粒子重力． ⑴求帶電粒子在勻強磁場中運動的軌道半徑． ⑵求時帶電粒子的坐標． ⑶保持b中磁場不變，再加一垂直于xOy平面向外的恒定勻強磁場B2，其磁感應強度為0.3T，在t=0時，粒子仍以原來的速度從原點射入，求粒子回到坐標原點的時刻． 圖a x y O v 圖b t/10-4s B1/T 0 0.5 -0.5 【答案】（1）1m（2）（3.41m，-1.41m）（3） (n=0,1,2,…) x y O v O1 O2 圖a t/10-4s B /T O 0.8 -0.2 圖b x y O v 圖c 軌跡如圖a所示，根據(jù)幾何關系可知， 橫坐標：m 縱坐標：m 帶電粒子的坐標為（3.41m，-1.41m） 考點：帶電粒子在磁場中的運動 7.【江西省宜川市宜春中學、樟樹中學、高安中學等五校2017屆高三7月聯(lián)考物理試卷】（12分）如圖所示，坐標平面第1象限內存在大小為、方向水平向左的勻強電場，在第II象限內存在方向垂直紙面向里的勻強磁場。質荷比的帶正電的粒子，以初 速度從x軸上的A點垂直x軸射入電場，OA=0.15 m，不計粒子的重力。 (1)求粒子經過y軸時的位置到原點O的距離： (2)若要使粒子不能進入第三象限，求磁感應強度B的取值范圍(不考慮粒子第二次進入電場后的運動情況)。 【答案】（1）0.4 m（2）B≥410－2 T【解析】 試題分析：(1)設粒子在電場中運動的時間為t，粒子經過軸時的位置與原點O的距離為y，則： sOA＝at2 y＝v0t 聯(lián)立解得a＝7.51014 m/s2；t＝2.010－8 s；y＝0.4 m 考點：帶電粒子在電場及磁場中的運動