2022年高考物理總復習綜合能力測試卷及答案9 磁場

1、綜合能力測試九磁場時間：60分鐘 分值：100分一、選擇題（15為單選，68為多選，6' X8=48/ ）1. （2017全國卷II）如圖，虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)存在一垂直于紙 面的勻強磁場，尸為磁場邊界上的一點，大量相同的帶電粒子以相同 的速率經(jīng)過尸點，在紙面內(nèi)沿不同方向射入磁場.若粒子射入速率為 pi,這些粒子在磁場邊界的出射點分布在六分之一圓周上；若粒子射 入速率為。2,相應的出射點分布在三分之一圓周上.不計重力及帶電 粒子之間的相互作用.則。2 S為（C ）A.由 2B.2 1C.3 1 D. 3 啦A B/八 2尺,/、小沖不/ 解析：由于是相同的粒子，粒子進入磁場時的速度大小

2、相同，由2 umv"呂=小方可知，R=一石，即粒子在磁場中做圓周運動的半徑相同.若 粒子運動的速度大小為如圖所示，通過旋轉(zhuǎn)圓可知，當粒子在磁 場邊界的出射點A離尸點最遠時，則AP=2用；同樣，若粒子運動的 速度大小為6,粒子在磁場邊界的出射點B離尸點最遠時，則BP=2K2,由幾何關(guān)系可知，Ri=g, R2=Rcos30° =*R,則£=華=5, 乙Xc/1 i 1C項正確.2 .如圖所示，一個理想邊界為P。、MN的勻強磁場區(qū)域，磁場寬 度為d，方向垂直紙面向里.一電子從。點沿紙面垂直尸。以速度加 進入磁場.若電子在磁場中運動的軌道半徑為2d.O'在MN上，

3、且 OO,與MN垂直.下列判斷正確的是（D ）。X X 4右 二也NP?左X X XbX X X _ .MO'A.電子將向右偏轉(zhuǎn)B.電子打在MN上的點與O'點的距離為dC.電子打在MN上的點與O'點的距離為由dD.電子在磁場中運動的時間為黑oV（）K 6rxfix d右X七Np °】七 X 賓X左 X X、'*解析：電子帶負電，進入磁場后，根據(jù)左手定則判斷可知，所受 的洛倫茲力方向向左，電子將向左偏轉(zhuǎn)，如圖所示，A錯誤；設電子 打在MN上的點與O'點的距離為x,則由幾何知識得:x=r一吹戶一心 =2d-yJ（2d）2d2=（2-a/3）故B、C

4、錯誤；設軌跡對應的圓心角為djT0,由幾何知識得：sin9=h=0.5,得夕=7，則電子在磁場中運動的時間為，=三，故D正確. vq Jro3 .如圖所示是速度選擇器的原理圖，已知電場強度為E、磁感 應強度為B,電場和磁場相互垂直分布，某一帶電粒子（重力不計）沿圖中虛線水平通過，則該帶電粒子（B ）A. 一定帶正電B.速度大小為苴C.可能沿。尸方向運動D.若沿尸。方向運動的速度大于"將一定向下極板偏轉(zhuǎn)解析：若粒子從左邊射入，則不論帶正電還是負電，電場力大小 均為qE,洛倫茲力大4、均為F=quB=qE,這兩個力平衡，速度0=粒子做勻速直線運動，故A錯誤，B正確.若粒子從右邊沿虛線 方

5、向進入，則電場力與洛倫茲力在同一方向，粒子受力不平衡，不能 做直線運動，故C錯誤.若速度東 則粒子受到的洛倫茲力大于電 場力，使粒子偏轉(zhuǎn)，只有當粒子帶負電時，粒子才向下偏轉(zhuǎn)，故D錯 誤.4 .質(zhì)量為小、帶電荷量為q的小物塊，從傾角為夕的光滑絕緣固 定斜面上由靜止下滑，整個斜面置于方向水平向里的勻強磁場中，磁 感應強度為不 如圖所示.若帶電小物塊下滑后某時刻對斜面的作用 力恰好為零，下列說法中正確的是（B ）A.小物塊一定帶正電荷B.小物塊在斜面上運動時做勻加速直線運動C.小物塊在斜面上運動時做加速度增大的變加速直線運動D.小物塊在斜面上下滑過程中，當小物塊對斜面的作用力為零 時的速率為鬻解析：

6、帶電小物塊下滑后某時刻對斜面的作用力恰好為零，知洛 倫茲力的方向垂直于斜面向上，根據(jù)左手定則知，小物塊帶負電，故 A錯誤.小物塊沿斜面運動的過程中受重力、斜面的支持力、洛倫茲 力，合外力沿斜面向下，大小為mgsxnO,根據(jù)牛頓第二定律知a= gsin/小物塊在離開斜面前做勻加速直線運動，故B正確，C錯誤.當 物塊對斜面的作用力為零時，在垂直于斜面方向上的合力為零，有mgcos3=qvB,解得。故 D 錯誤.5 .如圖所示，無限長導線均通以恒定電流/.直線部分和坐標軸接 近重合，彎曲部分是以坐標原點。為圓心的相同半徑的一段圓弧，已 知直線部分在原點0處不形成磁場，則下列選項中O處磁感應強度 和圖

7、中0處磁感應強度相同的是（A ）解析：由題意可知，圖中0處磁感應強度的大小是其中一條導線 在。點的磁感應強度大小的2倍，方向垂直紙面向里，A中，根據(jù)安 培定則可知，左上與右下的通電導線在0處產(chǎn)生的磁感應強度疊加為 零，剩余的兩條通電導線在。處產(chǎn)生的磁感應強度大小是其中一條導 線在。點的磁感應強度的2倍，且方向垂直紙面向里，故A正確； 同理，B中，四條通電導線在0處的磁感應強度大小是其中一條在O 處的磁感應強度大小的4倍，方向垂直紙面向里，故B錯誤；C中， 右上與左下的通電導線在。處產(chǎn)生的磁感應強度疊加為零，剩余兩條 通電導線在0處產(chǎn)生的磁感應強度大小是其中一條在0處產(chǎn)生的磁 感應強度的2倍，方

8、向垂直紙面向外，故C錯誤；D中，左上和右下 的通電導線在。處產(chǎn)生的磁感應強度疊加為零，剩余兩條通電導線在 O處的磁感應強度大小是其中一條在0處產(chǎn)生磁感應強度的2倍，方 向垂直紙面向外，故D錯誤.6 .圖中直流電源電動勢為E=1 V,電容器的電容為。=1F.兩 根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導軌間距為，=1 m,電阻不計.一 質(zhì)量為機=1 kg、電阻為£=1 Q的金屬棒MN,垂直放在兩導軌間 處于靜止狀態(tài)，并與導軌良好接觸.首先開關(guān)S接L使電容器完全 充電.然后將S接至2, MN開始向右加速運動，導軌間存在垂直于 導軌平面、磁感應強度大小為B= T的勻強磁場（圖中未畫出）.當 MN達到

9、最大速度時離開導軌，貝lj（ BD ）A.磁感應強度垂直紙面向外B. 離開導軌后電容器上剩余的電荷量為0.5 CC. 的最大速度為1 m/sD. MN剛開始運動時加速度大小為1 m/s2解析：充電后電容器上板帶正電，通過MN的電流方向由M到N, 由于MN向右運動，受到的安培力向右，根據(jù)左手定則知，磁感應強 度垂直紙面向里，故A錯誤；當電容器充電完畢時，設電容器上電量 為Qo, MN離開導軌后電容器上剩余的電荷量為Q,有：o=CE, 開關(guān)S接2后，開始向右加速運動，速度達到最大值0max時，設 MN上的感應電動勢為E',有：E' =8勿max.依題意有：E' =% 設在此

10、過程中MV的平均電流為7,MV上受到的平均安培力為了有: F=Bll,由動量定理，有Af=»Wmax-0.又了 £=。0。，聯(lián)立得：02/202丑Q=m + B2l2Cf代入數(shù)據(jù)解得。=0£ C f Pmax =0.5 m/s, B 正確，C 錯誤；電容器完全充電后，兩極板間電壓為E,當開關(guān)S接2時，電 容器放電，設剛放電時流經(jīng)MN的電流為/,有：/=1,設MN受到 的安培力F,有：F=IIB,由牛頓第二定律有：F=ma,聯(lián)立以上三 式得，MN剛開始運動時加速度g=1 m/s?.故D正確，故選BD.7.如圖，為探討霍爾效應，取一塊長度為0、寬度為從厚度為 d的金屬

11、導體，給金屬導體加與前后側(cè)面垂直的勻強磁場B,且通以 圖示方向的電流/時，用電壓表測得導體上、下表面M、N間電壓為 U.已知自由電子的電荷量為e.下列說法中正確的是（CD ）A. M板比N板電勢高B.導體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)越多，電壓表的示數(shù)越大C.導體中自由電子定向移動的速度為。=痣IJUD.導體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為焉解析：電流方向向右，電子定向移動方向向左，根據(jù)左手定則判 斷可知，電子所受的洛倫茲力方向向上，則M板積累了電子，M. N 之間產(chǎn)生向上的電場，所以M板比N板電勢低，選項A錯誤.電子 定向移動相當于長度為d的導體垂直切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，電 壓表的讀數(shù)U等于感應電動勢則有

12、U=£=b而，可見，電壓表 的示數(shù)與導體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)無關(guān)，選項B錯誤；由U=E= B加得,自由電子定向移動的速度為等，選項C正確；電流的微 觀表達式是/=如S,則導體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)=3，S=CO Jdb,告，代入得 =/看，選項D正確.8 .如圖所示，真空中xOy平面內(nèi)有一束寬度為d的帶正電粒子束 沿x軸正方向運動，所有粒子為同種粒子，速度大小相等，在第一象 限內(nèi)有一方向垂直xOy平面的有界勻強磁場區(qū)(圖中未畫出)，所有帶 電粒子通過磁場偏轉(zhuǎn)后都會聚于x軸上的«點.下列說法中正確的是 (CD )I A1 Aoa xA.磁場方向一定是垂直xOy平面向里B.所有

13、粒子通過磁場區(qū)的時間相同C.所有粒子在磁場區(qū)運動的半徑相等D.磁場區(qū)邊界可能是圓弧解析：由題意可知，正粒子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后，都集中于一點根 據(jù)左手定則可知，磁場的方向垂直平面向外，故A錯誤；由洛倫茲力 提供向心力，可得T=鬻，而運動的時間還與圓心角有關(guān)，因此粒 子的運動時間不等，故B錯誤；由洛倫茲力提供向心力，可得R=福, 由于為同種粒子，且速度大小相等，所以它們的運動半徑相等，故C 正確；所有帶電粒子通過磁場偏轉(zhuǎn)后都會聚于x軸上的a點，因此磁 場區(qū)邊界可能是圓，也可能是圓弧，故D正確；故選C、D.二、非選擇題(10' +12' +15' +15' =52'

14、)9 .如圖所示，在水平放置的光滑平行導軌一端架著一根質(zhì)量m= 0.04 kg的金屬棒導軌另一端通過開關(guān)與電源相連.該裝置放在 高刀=20 cm的絕緣墊塊上.當有豎直向下的勻強磁場時，接通開關(guān) 金屬棒ab會被拋到距導軌右端水平位移s=10() cm處.試求開關(guān)接 通后安培力對金屬棒做的功.(g取10 m/s2)解析：在接通開關(guān)到金屬棒離開導軌的短暫時間內(nèi)，安培力對金屬棒做的功為W,由動能定理得：W=mv2設平拋運動的時間為f,則豎直方向：k=ggF水平方向：s=vt聯(lián)立以上三式解得：W=0.5J.答案：0.5J10 .如圖，在x軸上方存在勻強磁場，磁感應強度大小為8,方向 垂直于紙面向外；在x

15、軸下方存在勻強電場，電場方向與xOy平面平 行，且與x軸成45。夾角.一質(zhì)量為機、電荷量為q(q>0)的粒子以初 速度。從y軸上的尸點沿y軸正方向射出，一段時間后進入電場，進 入電場時的速度方向與電場方向相反；又經(jīng)過一段時間To,磁場的方 向變?yōu)榇怪庇诩埫嫦蚶铮笮〔蛔?不計重力.(1)求粒子從P點出發(fā)至第一次到達x軸時所需的時間；(2)若要使粒子能夠回到尸點，求電場強度的最大值.解析：(1)帶電粒子在磁場中做圓周運動，設運動半徑為K,運動 周期為T,根據(jù)洛倫茲力公式及圓周運動規(guī)律，有vo 2nRqvoB=m 示 T=-依題意，粒子第一次到達X軸時，運動轉(zhuǎn)過的角度為余T,所需時間h為Zi

16、=1r,求得h二鬻(2)粒子進入電場后，先做勻減速運動，直到速度減小為0,然后 沿原路返回做勻加速運動，到達x軸時速度大小仍為加，設粒子在電場中運動的總時間為0 加速度大小為電場強度大小為E,有qE 12m=ma9 v()=at29 得 tz=7根據(jù)題意，要使粒子能夠回到尸點，必須滿足力/。得電場強度最大值E="等.q/o答案.迎應11 .如圖所示，有一平行板電容器左邊緣在y軸上，下極板與x軸 重合，兩極板間勻強電場的場強為E.一電荷量為外質(zhì)量為，的帶電 粒子，從。點與x軸成0角斜向上射入極板間，粒子經(jīng)過K板邊緣a 點平行于x軸飛出電容器，立即進入一磁感應強度為B的圓形磁場的 一部分

17、(磁場分布在電容器的右側(cè)且未畫出)，隨后從c點垂直穿過x 軸離開磁場.已知粒子在0點的初速度大小為。=喑，NacO=45。,cosO=磁場方向垂直于坐標平面向外，磁場與電容器不重合，帶電粒子重力不計，試求:(1)K極板所帶電荷的電性；(2)粒子經(jīng)過c點時的速度大小；(3)圓形磁場區(qū)域的最小面積.解析：(1)粒子由。到c,向下偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則判斷，可知粒 子帶正電.粒子在電場中做類斜拋運動，根據(jù)粒子做曲線運動的條件 可知電場力垂直于兩極板向下，正電荷受到的電場力與電場方向相 同，故電場方向垂直于兩極板向下，K板帶正電，L板帶負電.(2)粒子由。到a做類斜拋運動，水平方向分運動為勻速直線運動，

18、豎直方向為勻減速運動，到達“點平行于x軸飛出電容器，即豎直方 向分速度減為零，g點速度為初速度的水平分量，出電場后粒子在磁 場外做勻速直線運動，在磁場中做勻速圓周運動，速度大小始終不變， 故粒子經(jīng)過c點時的速度與a點速度大小相等.由上可知粒子經(jīng)過c點時的速度大小Vc =(3)粒子在磁場中做圓周運動，軌跡如圖所示，a、c為兩個切點. 洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律可知：qvcB=n可得軌跡半徑R=mvc mEqB -qB2粒子飛出電容器立即進入圓形磁場且磁場與電容器不重合，圓形 磁場必與電容器右邊界而切于a點，還需保證c點也在磁場中，當 圓形磁場與be切于c點時磁場面積最小，此時磁場半徑與軌跡半徑相 等.7T，2/72磁場最小面積S=nR2= g2g4 .答案：正電(2隙節(jié)酒'12 .如圖所示，圓形區(qū)域半徑為心圓心在。點，區(qū)域中有方向垂直紙面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為R電子在電子槍中經(jīng)電 場加速后沿AO方向垂直進入磁場，偏轉(zhuǎn)后從M點射出并垂直打在熒 光屏PQ上的N點，PQ平行于AO, O點到尸。的距離為2R.電子電 荷量為e,質(zhì)量為2,忽略電子加速前的初動能及電子間的相互作用.求：左P*Q右rMf-o UoJ 1 、一 十/ R丁 二方.£；2、J(1)電子進入磁場時的速度大小V；(2)電子槍的加速電壓U；(3