2020高考物理备考 专题8磁场百所名校组合卷系列

2020高考物理备考 专题8磁场百所名校组合卷系列

‎2020高考物理备考之百所名校组合卷系列专题8 磁场 ‎ ‎【试题1】带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹．图1所示是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直于纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是(　　)‎ ‎ 图1‎ A．粒子先经过a点，再经过b点 B．粒子先经过b点，再经过a点 ‎ C．粒子带负电 ‎ D．粒子带正电 ‎【解析】由于粒子的速度减小，所以轨道半径不断减小，所以A对B错；由左手定则得粒子应带负电，C对D错．‎ ‎【答案】AC ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题2】如图2所示，在x轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.在xOy平面内，从原点O处沿与x轴正方向成θ(0<θ<π)角以速率v发射一个带正电的粒子(重力不计)．则下列说法正确的是 (　　)‎ A．若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的时间越短 B．若θ一定，v越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大 C．若v一定，θ越大，则粒子在磁场中运动的时间越短 D．若v一定，θ越大，则粒子在离开磁场的位置距O点越远 图2‎ ‎【解析】粒子运动周期T＝，当θ一定时，粒子在磁场中运动时间t＝T＝T，ω＝.由于t、ω均与v无关，故A、B项错，C项正确；当v一定时，由r＝知，r一定；当θ从0变至的过程中，θ越大，粒子离开磁场的位置距O点越远；当θ大于时，θ越大，粒子离开磁场的位置距O点越近，故D项错．‎ ‎【答案】C ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题3】如图3为一种利用电磁原理制作的充气泵的结构示意图，其工作原理类似打点计时器．当电流从电磁铁的接线柱a流入，吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是(　　)‎ 图3‎ A．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为N极 B．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为S极 C．电磁铁的上端为N极，小磁铁的下端为S极 D．电磁铁的上端为S极，小磁铁的下端为N极 ‎【解析】当电流从a端流入电磁铁时，据安培定则可判断出电磁铁的上端为S，此时能吸引小磁铁向下运动，说明小磁铁的下端为N极，答案为D.‎ ‎【答案】D ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题4】‎ 如图11所示的天平可用于测定磁感应强度，天平的右臂下面挂有一个不计重力的矩形线圈，宽度为L，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有方向如图11所示的电流I时，在天平左右两边加上质量各为m1、m2的砝码，天平平衡．当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知 (　　)‎ A．磁感应强度的方向垂直于纸面向里，大小为 B．磁感应强度的方向垂直于纸面向里，大小为 C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外，大小为 D．磁感应强度的方向垂直于纸面向外，大小为 ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题5】环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔．若带电粒子初速度可视为零，经电压为U的电场加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的环状腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B.带电粒子将被限制在圆环状空腔内运动．要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动，下列说法中正确的是 (　　)‎ A．对于给定的加速电压，带电粒子的荷质比q/m越大，磁感应强度B越大 B．对于给定的加速电压，带电粒子的荷质比q/m越大，磁感应强度B越小 C．对于给定的带电粒子和磁感应强度B，加速电压U越大，粒子运动的周期越小 D．对于给定的带电粒子和磁感应强度B，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变 ‎【解析】带电粒子经过加速电场后速度为v＝，带电粒子以该速度进入对撞机的环状空腔内，且在圆环内做半径确定的圆周运动，因此R＝＝，对于给定的加速电压，即U一定，则带电粒子的荷质比q/m越大，磁感应强度B应越小，A错误，B正确；带电粒子运动周期为T＝，与带电粒子的速度无关，当然就与加速电压U无关，因此，对于给定的带电粒子和磁感应强度B，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变．‎ ‎【答案】BD ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题6】一带正电的粒子以速度v0垂直飞入如图4所示的电场和磁场共有的区域，B、E及v0三者方向如图4所示，已知粒子在运动过程中所受的重力恰与电场力平衡，则带电粒子在运动过程中 (　　)‎ A．机械能守恒 ‎ B．动量守恒 C．动能始终不变 D．电势能与机械能总和守恒 图4‎ ‎【解析】因为带电粒子所受的重力与电场力大小相等，电荷在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，且洛伦兹力不做功，故动能不变，C正确；而在电荷运动过程中，电势能与重力势能发生变化，由能量守恒定律知电势能与机械能总和守恒，D正确．‎ ‎【答案】CD ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题7】如图10所示，三个质量相等、电荷量分别为＋q、－q和0的小液滴a、b、c，从竖直放置的两极板中间的上方由静止释放，最后从两极板间穿过，a、b经过极板边缘，轨迹如图10所示，则在穿过两极板的过程中 (　　)‎ A．电场力对液滴a、b做的功相同 B．三者动能的增量相同 C．液滴a电势能的增加量等于液滴b电势能的减少量 D．重力对三者做的功相同 图10‎ ‎【解析】液滴a、b只是电性的差异，受力方向不同，偏转方向不同，但电荷量相同，侧移量相同，故做功相同，A正确；c不带电，只有重力做正功，动能增量较小，电场力对a、b做正功，动能增量较大，故B错；偏转电场实际上是加速电场，所以a、b的电势能都要减少，故C错；在竖直方向上下落的高度相等，所以重力对三者做的功相同，D正确．‎ ‎【答案】AD ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题8】如图12所示，在半径为R的圆形区域内，有匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面(未画出)．一群比荷为的负离子体以相同速率v0(较大)由P点在纸平面内向不同方向射入磁场中发生偏转后，又飞出磁场，则下列说法正确的是(不计重力) (　　)‎ A．离子飞出磁场时的动能一定相等 B．离子在磁场中运动半径一定相等 C．由Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长 D．沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大 图12‎ ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题9】平行金属板M、N的距离为d，其中匀强磁场中的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外(如图5所示)，等离子群的速度为v，沿图示方向射入，电容器电容为C，则(　　)‎ A．当S断开时，电容器的充电荷量Q≥BvdC B．当S闭合时，电容器的充电荷量Q＝BvdC C．当S闭合时，电容器的充电荷量QBvdC ‎ ‎ ‎ 图5‎ ‎【解析】当S断开时，电容器极板间的电压等于平行金属板间的电压．等离子群不偏向极板运动时做匀速直线运动，此时平行金属板达电压稳定状态，由qvB＝q ‎，得U＝Bvd，此时电容器的充电荷量Q＝BvdC.S闭合时，平行板上的电荷通过R放电，电场力小于洛伦兹力，使等离子群不断向极板移动，达稳定状态，平行板和电容器间的电压仍为U，电容器的电荷量仍为BvdC.‎ ‎【答案】B ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题10】一重力不计的带电粒子以初速度v0(v0<)先后穿过宽度相同且相邻的有明显边界的匀强电场E和匀强磁场B，如图28甲所示，电场和磁场对粒子总共做功W1；若把电场和磁场正交叠加，如图28乙所示，粒子仍以v0的初速度穿过叠加场区，电场和磁场对粒子总共做功W2，比较W1、W2的大小 ‎(　　)‎ 图28‎ A．一定是W1＝W2‎ B．一定是W1>W2‎ C．一定是W1W2，也可能是W1B2>B3>B4.故选项A正确．‎ ‎【答案】A ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题16】如图9所示，一根长为l的铝棒用两个劲度系数均为k的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当铝棒中通过的电流I方向从左到右时，弹簧缩短Δx，而当电流反向且大小不变时，弹簧伸长Δx，则该磁场的磁感应强度为(　　)‎ A.　　　　　　　　　　　B. C. D. 图9‎ ‎【解析】不通电流时：mg＝2k·ΔL ①‎ 电流自左向右时：mg＝BIl＋2k(ΔL－Δx) ②‎ 电流自右向左时：mg＋BIl＝2k(ΔL＋Δx) ③‎ 解②③得B＝.故A正确．‎ ‎【答案】A ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题17】在真空中，半径为r的圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在此区域外围空间有垂直纸面向内的大小也为B的磁场．一个带电粒子从边界上的P点沿半径向外，以速度v0进入外围磁场，已知带电粒子质量m＝2×10－‎10kg，带电荷量q＝＋5×10－‎6 C，不计重力，磁感应强度B＝1 T，粒子运动速度v0＝5×‎103 m/s，圆形区域半径r＝‎0.2 m，求粒子第一次回到P点所需时间．(结果用π表示)‎ ‎ ‎ ‎ 图14 图15‎ ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题18】‎ 如图16所示，一束极细的可见光照射到金属板上的A点，可以从A点向各个方向发射出速率不同的电子，这些电子被称为光电子．金属板左侧有一个方向垂直纸面向里、磁感应强度为B，且面积足够大的匀强磁场，涂有荧光材料的金属小球P(半径忽略不计)置于金属板上的A点的正上方，A、P同在纸面内，两点相距L.从A点发出的光电子，在磁场中偏转后，有的能够打在小球上并使小球发出荧光。现已测定，有一个垂直磁场方向、与金属板成θ＝30°角射出的光电子击中了小球．求这一光电子从金属板发出时的速率v和它在磁场中运动的可能时间t.已知光电子的比荷为e/m.‎ 图16‎ ‎【解析】情况一：若光电子的出射方向是沿斜向左下方的方向，如图17(1)所示：‎ ‎ ‎ ‎ 图17‎ 由牛顿第二定律得：evB＝ 由几何关系得：R＝ 解得：v＝ 情况二：若光电子的出射方向是沿着斜向左上方的方向，如图17(2)所示：‎ 由图可知，轨道半径R＝，‎ 速率仍为：v＝ 光电子在磁场中的运动周期T＝ 情况一：光电子在磁场中运动的时间t1＝T＝ 情况二：光电子在磁场中运动的时间t2＝T＝ ‎【答案】　或 ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题19】如图36所示，某一真空区域内充满匀强电场和匀强磁场，此区域的宽度d＝‎8 cm，电场强度为E，方向竖直向下，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，一质量为m，电荷量为e的电子以一定的速度沿水平方向射入此区域，若电场与磁场共存，电子穿越此区域时恰好不发生偏转；若射入时撤去磁场，电子穿越电场区域时，沿电场方向偏移量y＝‎3.2 cm；若射入时撤去电场，电子穿越磁场区域时也发生了偏转，不计重力作用，求：‎ ‎(1)电子射入时的初速度v的表达式；‎ ‎(2)电子比荷的表达式；‎ ‎(3)画出电子穿越磁场区域时(撤去电场时)的轨迹并标出射出磁场时的偏转角α；‎ ‎(4)电子穿越磁场区域后(撤去电场时)的偏转角α.‎ ‎【解析】(1)电子在复合场中不偏转，有：Ee＝evB，所以v＝.‎ ‎(2)电子在电场中向上偏转做类平抛运动，有：d＝vt，y＝at2，a＝，解得＝.‎ 图36‎ ‎ ‎ 图37‎ ‎(3)运动轨迹及射出磁场时的偏转角如图37所示．‎ ‎(4)电子在磁场中做匀速圆周运动，r＝，‎ 代入比荷的表达式解得 r＝＝‎10 cm.‎ 由图知：‎ sinα＝＝＝0.8，‎ ‎∴α＝53°.‎ ‎【答案】(1)v＝　(2)＝　(3)如图37　(4)53°‎ ‎【试题出处】2020·模拟 ‎【试题20】如图20所示的平行板器件中，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B1＝0.40 T，方向垂直纸面向里，电场强度E＝2.0×105 V/m，PQ为板间中线．紧靠平行板右侧边缘xOy坐标系的第一象限内，有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B2＝0.25 T，磁场边界AO和y轴的夹角∠AOy＝45°.一束带电量q＝8.0×10－‎19 C的正离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为(0,‎0.2 m)的Q点垂直y轴射入磁场区，离子通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角在45°～90°之间．则：‎ 图20‎ ‎(1)离子运动的速度为多大？‎ ‎(2)离子的质量应在什么范围内？‎ ‎(3)现只改变AOy区域内磁场的磁感应强度大小，使离子都不能打到x轴上，磁感应强度大小B2′应满足什么条件？‎ ‎【解析】(1)设正离子的速度为v，由于沿中线PQ做直线运动，则有qE＝qvB1‎ 代入数据解得v＝5.0×‎105 m/s ‎(2)设离子的质量为m，如图21所示，当通过x轴时的速度方向与x轴正方向夹角为45°时，由几何关系可知运动半径r1＝‎‎0.2 m 图21‎