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2019-2020年高考物理專題匯編 專題4 電場和磁場 第2講 磁場（B）（含解析） 一．選擇題 1.(xx?豐臺區(qū)二練?17). 設想地磁場是由地球內部的環(huán)形電流形成的，那么這一環(huán)形電流的方向應該是（ ） A．由東向西 B．由西向東 C．由南向北 D．由北向南 2.(xx?寧德市普高質檢18)．如圖為某種電磁泵模型，泵體是長為L1，寬與高均為L2的長方體。泵體處在方向垂直向外、磁感應強度為B的勻強磁場中，泵體的上下表面接電壓為U的電源(內阻不計)，理想電流表示數(shù)為I，若電磁泵和水面高度差為h，液體的電阻率為ρ，在t時間內抽取液體的質量為m，不計液體在流動中和管壁之間的阻力，取重力加速度為g。則（ ） A．泵體上表面應接電源負極 B．電磁泵對液體產(chǎn)生的推力大小為BIL1 C．電源提供的電功率為 D．質量為m的液體離開泵時的動能為 3.(xx?張掖三診?17)．如圖所示，兩根光滑金屬導軌平行放置，導軌所在平面與水平面間的夾角為θ。質量為m、長為L的金屬桿ab垂直導軌放置，整個裝置處于垂直ab方向的勻強磁場中。當金屬桿ab中通有從a到b的恒定電流I時，金屬桿ab保持靜止。則磁感應強度的方向和大小可能為( ) A．豎直向上， B．平行導軌向上， C．水平向右， D．水平向左， 4.（xx?西安交大附中三模?17）．中國科學家發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?，楊振寧稱這一發(fā)現(xiàn)是諾貝爾獎級的成果．如圖所示， 厚度為ｈ，寬度為ｄ的金屬導體，當磁場方向與電流方向垂直時，在導體上下表面會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應．下列說法正確的是（ ） A．上表面的電勢高于下表面電勢 B．僅增大ｈ時，上下表面的電勢差增大 C．僅增大ｄ時，上下表面的電勢差減小 D．僅增大電流Ｉ時，上下表面的電勢差減小 P B x y O 5. (xx?景德鎮(zhèn)三檢?19).如圖，在x > 0、y > 0的空間中有恒定的勻強磁場，磁感應強度的方向垂直于oxy平面向里，大小為B?，F(xiàn)有一質量為m、電量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，以平行于y軸的初速度射入此磁場，在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場。不計重力的影響。由這些條件可知( ) A．能確定粒子通過y軸時的位置 B．能確定粒子速度的大小 C．能確定粒子在磁場中運動所經(jīng)歷的時間 D．以上三個判斷不全對 6. (xx?張掖三診?21)v Q P C A B ．如圖所示，直角三角形ABC區(qū)域中存在一勻強磁場，比荷相同的兩個粒子（不計重力）沿AB方向射入磁場，分別從AC邊上的P、Q兩點射出，則( ) A. 從P點射出的粒子速度大 B. 從Q點射出的粒子速度大 C. 從Q點射出的粒子在磁場中運動的時間長 D. 兩個粒子在磁場中運動的時間一樣長 二．非選擇題 7.(xx?寧德市普高質檢22)．（20分） v 如圖，豎直平面內放著兩根間距L = 1m、電阻不計的足夠長平行金屬板M、N，兩板間接一阻值R= 2Ω的電阻，N板上有一小孔Q，在金屬板M、N及CD上方有垂直紙面向里的磁感應強度B0= 1T的有界勻強磁場，N板右側區(qū)域KL上、下部分分別充滿方向垂直紙面向外和向里的勻強磁場，磁感應強度大小分別為B1=3T和B2=2T。有一質量M = 0.2kg、電阻r =1Ω的金屬棒搭在MN之間并與MN良好接觸，用輸出功率恒定的電動機拉著金屬棒豎直向上運動，當金屬棒達最大速度時，在與Q等高并靠近M板的P點靜止釋放一個比荷的正離子，經(jīng)電場加速后，以v =200m/s的速度從Q點垂直于N板邊界射入右側區(qū)域。不計離子重力，忽略電流產(chǎn)生的磁場，取g=。求：（1）金屬棒達最大速度時，電阻R兩端電壓U； （2）電動機的輸出功率P； （3）離子從Q點進入右側磁場后恰好不會回到N板，Q點距分界線高h等于多少。 8.（xx?成都三診?11）．（19分） 如圖甲所示，空間存在一范圍足夠大、方向垂直于豎直xOy平面向里的勻強磁場，磁感應強度大小為B。讓質量為m，電荷量為q(q>0)的粒子從坐標原點O沿xOy平面入射。不計粒子重力，重力加速度為g。 （1）若該粒子沿y軸負方向入射后，恰好能經(jīng)過x軸上的A(a,0)點，求粒子速度的大小。 （2）若該粒子以速度v沿y軸負方向入射的同時，一不帶電的小球從x軸上方某一點平行于x軸向右拋出，二者經(jīng)過時恰好相遇，求小球拋出點的縱坐標。 （3）如圖乙所示，在此空間再加入沿y軸負方向、大小為E的勻強電場，讓該粒子改為從O點靜止釋放，研究表明：粒子在xOy平面內將做周期性運動，其周期，且在任一時刻，粒子速度的x分量與其所在位置的y坐標絕對值的關系為。若在粒子釋放的同時，另有一不帶電的小球從x軸上方某一點平行于x軸向右拋出，二者經(jīng)過時間恰好相遇，求小球拋出點的縱坐標。 9.(xx?衡水高三調?25)．（19分）如圖所示，兩塊平行金屬極板MN水平放置，板長L=l m，間距d=m，兩金屬板間電壓 ；在平行金屬板右側依次存在ABC和FGH兩個全等的正三角形區(qū)域，正三角形ABC內存在垂直紙面向里的勻強磁場，三角形的上頂點A與上金屬板M平齊，BC邊與金屬板平行，AB邊的中點P恰好在下金屬板N的右端點；正三角形FGH內存在垂直紙面向外的勻強磁場，已知A、F、G處于同一直線上，B、C、H也處于同一直線上，AF兩點距離為 m?，F(xiàn)從平行金屬極板MN左端沿中心軸線方向入射一個重力不計的帶電粒子，粒子質量m=3l0kg，帶電量q=+l10C，初速度v0=1l0 m／s。求： (1)帶電粒子從電場中射出時的速度v的大小和方向？ (2)若帶電粒子進入三角形區(qū)域ABC后垂直打在AC邊上，求該區(qū)域的磁感應強度 ? (3)接第(2)問，若要使帶電粒子由FH邊界進入FGH區(qū)域并能再次回到FH界面，求B2 至少應為多大？ 10.(xx?濟南二模?24）．(20分)在如圖所示的xoy，平面直角坐標系中，一足夠長絕緣薄板正好和x軸的正半軸重合，在y>a和y<-a的區(qū)域內均分布著方向垂直紙面向里的相同的勻強磁場。一帶正電粒子，從y軸上的(0，a)點以速度v沿與y軸負向成45角出射。帶電粒子與擋板碰撞前后，x方向的分速度不變，y方向的分速度反向、大小不變。已知粒子質量為m，電荷量為q，磁感應強度的大小。不計粒子的重力。 (1)求粒子進入下方磁場后第一次打在絕緣板上的位置 (2)若在絕緣板上的合適位置開一小孔，粒子穿過后能再次回到出發(fā)點。寫出在板上開這一小孔可能的位置坐標(不需要寫出過程) (3)在滿足(2)的情況下，求粒子從出射到再次返回出發(fā)點的時間 第2講 磁場（B卷） 參考答案與詳解 1.【命題立意】考查右手螺旋定則 【答案】A 【解析】根據(jù)右手螺旋定則可判斷，即彎曲的四指指電流方向，拇指指N極（地理南極）， 設想地磁場是由地球內部的環(huán)形電流形成的那么這一環(huán)形電流的方向應該是由東向西的。故選A 2.【答案】D 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在混合場中的運動、安培力。 【解析】A、當泵體上表面接電源的正極時，電流從上向下流過泵體，這時受到的磁場力水平向左，拉動液體，故A錯誤； B、C、根據(jù)電阻定律，泵體內液體的電阻： 因此流過泵體的電流：，電磁泵對液體產(chǎn)生的推力大小為： 那么液體消耗的電功率為：，而電源提供的電功率為，故BC錯誤； D、若t時間內抽取水的質量為m，根據(jù)能量守恒定律，則這部分水離開泵時的動能為： ，故D正確。 故選：D 3.【答案】D 【命題立意】本題旨在考查安培力、共點力平衡的條件及其應用。 【解析】金屬導軌光滑，所以沒有摩擦力，則金屬棒只受重力支持力和安培力， 根據(jù)平衡條件支持力和安培力的合力應與重力等大反向，根據(jù)矢量三角形合成法則作出三種情況的合成圖如圖： 由圖可以看出當安培力F與支持力垂直時有最小值： 即： 則： A、，由右手定則判斷磁場的方向，豎直向上，故A錯誤； B、不一定大于，故B錯誤； CD、，由右手定則判斷磁場的方向水平向左，故C錯誤，D正確。 故選：D 4.【答案】C 【命題立意】本試題旨在考查霍爾效應及其應用。 【解析】A、根據(jù)左手定則，知自由電子向上偏轉，則上表面帶負電，下表面帶正 電，下表面的電勢高于上表面，故A錯誤； B、根據(jù)，解得：，根據(jù)電流的微觀表達式：，故：，知增大，上下表面的電勢差不變，與無關，故B錯誤； C、根據(jù)，解得：，根據(jù)電流的微觀表達式：，故：，知僅增大時，上下表面的電勢差減小，故C正確； D、根據(jù)，解得：；根據(jù)電流的微觀表達式：，電流越大，電子的速度越大，故上下表面的電勢差越大，故D錯誤。 故選：C． 【舉一反三】所謂霍爾效應，是指磁場作用于載流金屬導體時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。霍爾效應在新課標教材中作為課題研究材料，解答此題所需的知識都是考生應該掌握的，對于開放性物理試題，要有較強的閱讀能力和獲取信息能力。 5.【答案】ABC 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強磁場中的運動。 【解析】A、由牛頓第二定律得：，又： 粒子通過軸時的坐標：，故A正確； B、粒子做勻速圓周運動，洛倫茲力不做功，速度大小不變，仍為，故B正確； C、粒子運動的周期：，運動時間：，故C掌握； D、由上可知，D錯誤。 故選：ABC 6.【答案】BD 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強磁場中的運動、牛頓第二定律、向心力。 【解析】DC、粒子在磁場中做勻速圓周運動，根據(jù)幾何關系（圖示弦切角相等），粒 子在磁場中偏轉的圓心角相等，根據(jù)粒子在磁場中運動的時間：，又因為粒子在磁場中圓周運動的周期，可知粒子在磁場中運動的時間相等，故D正確，C錯誤； AB、如圖，粒子在磁場中做圓周運動，分別從P點和Q點射出，由圖知，粒子運動的半徑，又粒子在磁場中做圓周運動的半徑，可知粒子運動速度，故A錯誤，B正確。 故選：BD 7.【答案】（1）；（2）；（3） 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強磁場中的運動。 【解析】（1）離子從P運動到Q，由動能定理： ① 解得R兩端電壓： ② （2）電路的電流： ③ 安培力： ④ 受力平衡： ⑤ 由閉合電路歐姆定律： ⑥ 感應電動勢： ⑦ 功率： ⑧ 聯(lián)立②-⑧式解得：電動機功率： ⑨ Q K h φ O1 O2 r1 r2 v (3)如圖所示，設離子恰好不會回到N板時，對應的離子在上、下區(qū)域的運動半徑分別為和,圓心的連線與N板的夾角為。 在磁場中，由： ⑩ 解得運動半徑為： 在磁場中，由： 解得運動半徑為： 由幾何關系得： 　 解 --得： 答：（1）金屬棒達最大速度時，電阻兩端電壓為； （2）電動機的輸出功率為； （3）Q點距分界線高h等于。 8.【答案】（1）；（2）；（3） 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強磁場中運動、勻速圓周運動、動能定理。 【解析】（1）由題意可知，粒子做勻速圓周運動的半徑為，有： 洛倫茲力提供向心力，有： 解得： （2）洛倫茲力提供向心力，又有： 解得： 粒子做勻速圓周運動的周期為，有： 則相遇時間為： 在這段時間內粒子轉動的圓心角為，有： 如圖3所示，相遇點的縱坐標絕對值為： 小球跑出點的縱坐標為： （3）相遇時間，由對稱性可知相遇點在第二個周期運動的最低點 設粒子運動到最低點時，離軸的距離為，水平速度為 由動能定理，有： 聯(lián)立解得： 故小球拋出點的縱坐標為： 答：（1）粒子速度的大小為； （2）小球拋出點的縱坐標為； （3）小球拋出點的縱坐標為。 9.【答案】（1）、垂直于AB方向出射；（2）；（3） 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強磁場中的運動、牛頓第二定律、向心力。 【解析】（1）設帶電粒子在電場中做類平拋運動的時間為，加速度為， 則： 解得： 豎直方向的速度為： 射出時速度為： 設速度與水平方向夾角為，有： 故：，即垂直于AB方向出射 （2）帶電粒子出電場時豎直方向的偏轉的位移：，即粒子由點垂直AB射入磁場， 由幾何關系知在磁場ABC區(qū)域內做圓周運動的半徑為： 由： 知： （3）分析知當軌跡與邊界GH相切時，對應磁感應強度最大，運動軌跡如圖所示： 由幾何關系得： 故半徑： 又： 故： 所以應滿足的條件為大于 答：（1）帶電粒子從電場中射出時的速度的大小為，垂直于AB方向出射； （2）若帶電粒子進入中間三角形區(qū)域后垂直打在AC邊上，該區(qū)域的磁感應強度為； （3）若要使帶電粒子由FH邊界進入FGH區(qū)域并能再次回到FH界面，應滿足的條件為大于。 【易錯警示】做好此類題目的關鍵是準確的畫出粒子運動的軌跡圖，利用幾何知識求出粒子運動的半徑，再結合半徑公式和周期公式去分析，難度較。 10.【答案】(1) ；(2) ；(3) 【命題立意】本題旨在考查帶電粒子在勻強磁場中的運動。 【解析】（1）粒子的軌跡如圖所示，已知 由知 解得： 下磁場區(qū)域中弦長： 所以第一次擊中點的坐標 （2）開孔位置 （ 或 ） （3）若開孔位置在，所用時間為： 所以在處開孔，粒子運動的時間表達式為 若開孔在位置，所用時間為; 所以在處開孔，粒子運動的時間表達式為 答：(1)粒子進入下方磁場后第一次打在絕緣板上的位置為； (2)在板上開這一小孔可能的位置坐標為； (3)在滿足(2)的情況下，粒子從出射到再次返回出發(fā)點的時間為。