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1、2023江苏版物理高考第二轮复习专题十磁场1.（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 I）形盒间狭曜的宽度为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,能产生质量为叽电荷量为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年B.质子在磁场中运动的总时间为竿C.若仅将电压U 增大,则质子从出口处射出时的动能不变Ap2n2 p2D.若仅将0 处的粒子源改为氨生）核源并适当调整交流电频率,则氨核可获得的最大
2、动能为弓+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=*,V-,质子在电场中的加速度大小为a=-=,质子R m m maI?R Rd 1在电场中运动的总时间t=-=k，故 A 正确;设在电场中加速的次数为n,根据动能定理得ne U-mv；在电场中加速一次后,在磁a U 2场中运动半圈,在磁场中运动半圈的时间1,=例,质子在磁场中运动的总时间t-nt后 半 白 吟 萼，故B 错误;当质子射2 eB 2mU eB 2U出D 形盒时,质子的速度 =丝士若仅将电压L 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0 处的粒m子源改为氨（；H e）核源并
3、适当调整交流电频率，则与质子比较,电荷量增大为2倍,质量增大为4倍,则氨核可获得的最大速度为V，eRR 最大动能1 是1 沁 心 We2o2n22，故 D 错误。2m 2 2m2.（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（）第 1 页 共 13页,励磁线圈（前后各一个）A.若要正常观察电子径迹,励
4、磁线圈的电流方向应为逆时针（垂直纸面向里看）B.若保持L 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 1）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针，故A错误;电子在磁场中,向心力由洛伦兹力提供，则有e B v=n,可得r=胃,而电子进入磁场的动能由电场力做功得到,即e U=J iv：即 U 不变，则、，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T=-=,所以电
5、子运动的周期与I：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 Cv eB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。3.（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 与 x 成正比。电流I 沿+z方向且保持不变。下列说法正确的是（）霍尔元件/A.电流I 越小，霍尔电压I 越大氏位
6、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,上表面电势高第 2 页 共 13页答 案 C 根据题意得qv B=q,又 I=nqSv,解 得 上 空 1,电流I 越小,霍尔电压U 越小,A 错误;根据题意B=kx,解得L=x,电a nqS nqS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 错误;载流子所带电荷的正负未知,当霍尔元件处于x 0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
7、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。4.（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限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 KU.时显示器显示“正常”，开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
8、.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1 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 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萼=qv B,可得U=B d 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=ne Sv 可得，=总
9、,则 U 产需,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,则 S=d l,所以U 产匕 说明U”net与上下表面间的距离d 无关,故D 错误。5.（2022山东潍坊一模,7）如图所示,正六边形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场。一带正电粒子以速度v,从 a 点沿a d 方向射入磁场，从 c 点离开磁场;若该粒子以速度打从a 点沿a e 方向射入磁场，则从d 点离开磁场。不计粒子重力,巴的值为（）A.V 3 B.当 C.f 孰苧第 3 页 共 13页答 案C带正电粒子以速度V,从a点沿ad方向射入磁场,从C点离开磁场,设六边形的边
10、长为L,则由几何关系得R,=V3L;若该粒子以速度w从a点沿a e方向射入磁场,则从d点离开磁场，则由几何关系得R=2L,由洛伦兹力提供向心力得Bqv=n,R詈,故速度之比即半径之比,空佚噌故选C.BqV2 26.（2022山东聊城一模,9）（多选）如图所示,匀强磁场方向垂直纸面向里，上端开口、下端封闭的玻璃管竖直放置，玻璃管内壁光滑,管底有一带正电的小球（未画出），在外力作用下,玻璃管垂直进入磁场并保持速度不变,小球最终从上端管口飞出。从进入磁场到小球飞出玻璃管的过程中，下列说法正确的是（）X XX X；X；xX XA.洛伦兹力对小球做正功B.小球的机械能增加C.小球的运动轨迹是一条抛物线D
11、.小球在玻璃管中的运动时间与玻璃管速度无关答 案B C洛伦兹力的方向与速度方向垂直,永远不做功,故A错误;设小球竖直分速度为明、水平分速度为V,小球受力如图所示,玻璃管对带电小球的弹力水平向右，小球的速度方向斜向右上方,弹力对小球做正功，小球的机械能增加，故B正确;小球随玻璃管在水平方向做匀速直线运动，小球在竖直方向所受的洛伦兹力F,=qvB是恒力,在竖直方向,由牛顿第二定律得qvB-mg=ma,解得小球的力口速度大小a=*-g,小球的加速度不随时间变化,恒定不变，小球在竖直方向做匀加速直线运动,合运小球在玻璃管中的运动时间与玻璃管速度有关,选项D错误。7.（2022广东佛山二模,10）（多选
12、）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。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（）A.电场方向垂直环平面向外第4页 共1 3页B.电子运动周期为一VC.垂直环平面的磁感应强度大小为学eRm v2D.电场强度大小为下eR答 案BCD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
13、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;电子在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速O-T TD圆周运动，则电子运动周期为k ,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c v B=m-,2解得B=,C正确;电子在垂直环平面方向受力平衡，则有e E=e v B,解得卜：=吟,1）正确。eR eRD8.（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,把地面上高度为万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
14、带正电荷B.轨迹半径为言C.粒子的比荷为白D.若粒子速度减小,在该磁场区域的运动时间增大答 案BD由左手定则知,粒子带负电,A错误;由几何关系知?+（/?+9、（R+r）；解得r卷,B正确;根据qv B=n，解得:羡,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T甯 不变，则由t吟T知,在该磁场区域的运动时间变大,D正确。/X X 人、入射方向於七.i也7）X X；_ _ _ _.%二 投 Xx/粒子轨迹X X x V9.（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
15、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,则下列说法正确的是（）第5页 共1 3页A.a 点比b 点的磁感应强度大氏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。10.（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
16、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,电源输出电压为5,当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差I U 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、工自行车前叉磁铁图甲磁场8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储变大，则霍尔电压U.变大D.自行车的车速越大,则霍尔电压L 越大答 案 BC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
17、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 B=q华,得U 产 v d B,由电流的微观表达式I-P SV,v 脸 解 得嘴霍尔电压必与车速大小无关,选项D 窗吴油公式网 嘿,若传感器的电源输出电压5变大,那么电流1变大,则霍尔电压U：将变大,选项C 正确。第 6 页 共 13页11.（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氏磁感应强度大小为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
18、有均匀辐射的电场,在中心线处的电场强度大小为E,磁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B、方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度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,的电势比极板巳的电势1氐B.粒子的速度=胃C.粒子的比荷为2 FRR2D.P、Q两点间的距离为部1瑶B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
19、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，的电势比极板R的电势高,故A项错误。粒子在速度选择器内匀速运动,受力平衡,则有qE尸q B,解得 ，故B项错误。粒子在静电分析器内做匀速圆周运动,则有qE=嗒,联立可得粒子的比荷绘 身=鸟，故 项 正 确。粒子在磁分析器内做匀速圆周运动,有qvB=,联 立 解 得 厂 瞥，由几何关系知P、Q之间的距离m ER ERB彳 r EB为2片 与 警,故D项错误。12.（2022滨海七校联考,5）新型冠状病毒传播能力非常强,因此研究新冠肺炎病毒株的实验室必须是全程都在高度无接触物理防护性条件下操作。武汉病毒研究所是我国防护等级最
20、高的P4实验室,在该实验室中有一种污水流量计,其原理可以简化为如图所示模型:污水内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧流入,左侧流出。流量Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,下列说法正确的是（）Bx x MX x）x X X x n（-d V,X X X X ）x x/V x xA.所有离子所受洛伦兹力方向均由M指向NB.M点的电势高于N点的电势C.污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速第7页 共1 3页D.若再测量出 1、N 两点间的电压就能够推算出污水的流量答 案 D 根据左手定则可知,正离子受到的洛伦兹力向下，负离子受到的洛伦
21、兹力向上,因此正离子向下聚集,负离子向上聚集,N 点电势高于M 点电势,故A、B 均错误;不带电的粒子不会受洛伦兹力，因此也不会偏转,M、N 之间不会出现电势差,故C 错误;当M、N 两点间电压U 稳定时,根据平衡条件有qv B=qE,根据匀强电场中电势差与场强的关系有U=E d,由题意可知Q=v S=；d、,联立解得Q=嘤,由该式可知只需要知道磁感应强度B、直径d 及 M、N 两点间的电压U,就能够推算出污水的流4 48量,故I）正确。13.（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
22、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
23、热损耗,D 错误。14.（2022山东青岛一模,17）某电子显像装置的原理如图所示,平面内有匀强电场和匀强磁场区域，磁场分布在x轴下方及抛物线与y轴之间,抛物线方程为y=2x：磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外;电场分布在抛物线与x轴之间所夹的空间，电场强度大小为E,方向沿y 轴负方向。现有带正电粒子从抛物线上各处无初速度释放,粒子进入第四象限经磁场偏转后都会经过原点0,粒子重力不计，求：（1）带电粒子的比荷；（2）y=2 m 处释放的粒子从释放到再次运动到抛物线（非原点）所用的时间；（3）y=2 m 处释放的粒子第三次经过x 轴的位置坐标。答 案（1）翳 （外且黑丝（3）（2.5 m,0）
24、第 8 页 共 13页2解 析(1)设带电粒子在磁场中的运动半径为R,根据洛伦兹力提供向心力q v B=A带电粒子在电场中加速E qy-|mv:由于粒子恰好能经过圆心0,可知x=2R又 y=2x2联立解彳器零(2)当 y=2 m 时，得 x=l m此时粒子做圆周运动的半径R 二 0.5 m由圆运动方程可得(x-0.5)2+y-R2又抛物线方程为y=2x:解得 x=0,y=0 或者 x=0.5,y=0.5即粒子再次到达抛物线的坐标为(0.5 m,。.5 献可知粒子在磁场中恰好运动了飘期,粒不故圆周运动的周期专粒子在磁场中运动的时间3=*=舞在电场中E q=ma,y解 得 I*nir-(3n+16
25、)B则匹动的时间(3)粒子再次进入电场后做类平抛运动带电粒子在电场中加速心舞诗,则平抛的水平位移N g m因此达到x轴上的坐标为5 m,0)o15.(2022广东二模,13)如图(a)是一种防止宇宙射线危害宇航员的装置,在航天器内建立半径分别为R 和b R 的同心圆柱，圆柱之间加上沿轴向方向的磁场,其横截面如图(b)所示。宇宙射线中含有大量的质子,质子沿各个方向运动的速率均为v0,质子的电荷量为e、质量 为%图(a)(1)若设置磁感应强度大小为某值时，恰好所有方向入射的质子都无法进入防护区,求这种情况下磁感应强度的大小.(2)若设置磁感应强度大小使得正对防护区圆心入射的质子，恰好无法进入防护区
26、,求这种情况下质子从进入磁场到离开磁场的时间。第 9 页 共 13页答 案(1).(V 3+l)mv o(/C2)J ITReR 3 v o解 析(1)设磁感应强度为B 时,运动半径为】、的质子渗透最深入时都无法进入防护区,其在磁场中的运动轨迹如图甲所示。由几何关系可知r二V3R-R洛伦兹力提供向心力e v 通 乎 联立解得B=吗eR(2)设磁感应强度为B.质子的运动半径为r.如图乙所示,x x由几何关系可知*+(V 5R)z=(ri+R)?质子在磁场中运动的时间t=竽 联立解得3v016.(2022常德统考,14)物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，如图是该设备的平面结构简图。初速度不
27、计的氢离子(比荷红=2.4X 106 C/kg)经电压U。喀 X 10 V 的电场加速后,从C 点水平向右进入竖直向下的场强为EX 10 V/m的匀强电场，恰好打到电场、磁场的竖直分界线I 最下方M 点(未进入磁场)并被位于该处的金属靶材全部吸收,C、M 两点的水平距离为0.5 m.靶材溅射出的部分金属离子(比荷”=2.0X 10 C/kg)沿各个方向进入两匀强磁场区域,速度大小均为1.0X 10 m/s,机2并沉积在固定基底上,M 点到基底的距离为y mo基底与水平方向夹角为45。，大小相等(B=l X 10 2 T)、方向相反(均垂直纸面)的两磁场的分界线H 过 M 点且与基底垂直。求：(
28、两种离子均带正电,忽略重力及离子间相互作用力)(1)C、M 两点的高度差；(2)在纸面内,基底上可被金属离子打中而镀膜的区域长度；金属离子打在基底上所用时间最短时离子的入射方向与分界线I I 的夹角的正弦值。第 1 0 页 共 13页靶材答 案(1)0.5 m(2)-m(3)解 析(1)氮离子在电场中加速故府僧心氮离子在电场中偏转C MA=vot1 2C My=-a t2qiE=nna代入数据得高度差C M尸0.5 m(2)金属离子在磁场中运动侯-5-二 B q2VK嘴 心m金属离子沿着靶材和右下磁场边界入射,其圆心o在M点正上方0.5 m处,金属离子沉积点为K,分界线I I与基底的交点为A。
29、靶材.1/O M sin 45 =AM所以0恰好在基底上0A二AM ta n 45-m所以AK2A离子靠近M A方向射出，则会落在A点的附近。左上磁场区域范围内离子受到洛伦兹力偏向右,根据对称性,离子能够到达K点(在A左侧)，与A的距离也为三2 m，与右侧相同。故镀膜区域的长度为 W，%金属离子从A点射出时,所用时间最短,由几何知识可得,此时入射方向与两磁场边界的夹角满足sin 0=羊。第1 1页 共1 3页17.（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（:H）、气（；电两种带电粒子从容器A 下方的狭椎S,飘入电势差为U”的加速电场,其
30、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。已知带电粒子从狭舞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。，所有粒子均打在底片区域内，所能到达的最远点为M.已知砒子的质量为n i、电荷量为q,忽略带电粒子的重力及粒子间相互作用力。Tr a1W-j-娜 居（1）求 M 点与狭舞S3之间的距离d;（2）若某些气粒子进入磁场后,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（B 计A B）之
31、间波动，要使在底片上能完全分辨气、气两种粒子,求A B 应满足的条件。答 案呜|8U（）m(2)12U（）m/.2 c os0-l(3)A B -T=V 2c os0+1解 析（1）气粒子在加速电场中运动,由动能定理可知1qU o=-mvJ在磁场中运动,qv B nr 2）r联 立 可 得 吟 舞,由 此 式分析可知,打到最远点的是硒子 设 t 时间内打SU P 点的气粒子个数为NN q由动量定理-F t=0-N mv 由牛顿第三定律F=F j 2U m联立可得F -1（3）设气粒子在磁场中运动的半径为r第 1 2 页 共 13页联 立qU产|如；与4丫8二【宁可得因 此 淅 粒 子 尾J等两种粒子在底片上不重叠，需要气粒子曝光点的最近距离大于气粒子的曝光点的最远距离,最远距离为垂直边界射入磁场时,最近距离为与垂直于边界方向夹角为9入射,因此两种粒子不重叠的条件为2rol cos 0冰 又磁感应强度最大时半径最小,因此有2康A，2熹冏整理可得AB V2 cos0-lV2 cos0+lB o第1 3页 共1 3页