2020年高考物理二轮复习专项训练--磁场性质及带电粒子在磁场中的运动(解析版)

1、2020年高考物理二轮复习专项训练磁场性质及带电粒子在磁场中的运动1如图所示，正方形区域内存在垂直纸面的匀强磁场。一带电粒子垂直磁场边界从 a点射入,从b点射出。下列说法正确的是（）r*；x* “I 丨I XK b X 1A .粒子带正电B .粒子在b点速率大于在a点速率C.若仅减小磁感应强度，则粒子可能从b点右侧射出D 若仅减小入射速率，则粒子在磁场中运动时间变短【答案】C【解析】由左手定则可知，粒子带负电，A项错误；由于洛伦兹力不做功， 故粒子速率不变，mvB项错误；粒子在磁场中运动轨迹半径 R= qB，若仅减小磁感应强度 B的大小，则R变大, 粒子可能从b点右侧射出，C项正确；若仅减小入

2、射速率，则 R变小，粒子在磁场中的偏转92 nm角9变大，t = 2 n, T= qB，粒子在磁场中的运动时间变长，D项错误。2如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等.矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、 b产生的磁场作用下静止.则a、b的电流方向可能是（）A .均向左B 均向右C. a的向左，b的向右D. a的向右，b的向左【答案】CD【解析】若a、b的电流方向均向左，根据安培定则和磁场叠加可知，a直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向外，而b直导线到a、b直导线正中间部分的磁场方向垂直纸面向里，再根据左手定则可知，

3、 矩形线框受到的安培力的合力不为零，与题中线框在磁场作用下静止不符；同理，若a、b的电流方向均向右，可知矩形线框受到的安培力的合力不为零，与题中线框在磁场作用下静止也不符，选项A、B均错误；若a的电流方向向左、b的电流方向向右，根据安培定则和磁场的叠加可知，a、b直导线在a、b直导线中间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向外，根据左手定则可知，矩形线框受到的安培力的合力为零，与题中线框在磁场作用下静止相符；同理，若a的电流方向向右、b的电流方向向左，根据安培定则和磁场的叠加可知，a、b直导线在a、b直导线中间所有空间产生的磁场方向均垂直纸面向里，根据左手定则可知， 矩形线框受到的安培力的合力为零

4、，与题中线框在磁场作用下静止相符，选项 C、D均正确。v开始运动，则（）3如图所示，在通电直导线下方，有一电子沿平行导线方向以速度A. 将沿轨迹I运动，半径越来越小B. 将沿轨迹I运动，半径越来越大 c.将沿轨迹n运动，半径越来越小D.将沿轨迹n运动，半径越来越大如图所示，根据左手【解析】由安培定则可知，通电直导线在其下方的磁场垂直纸面向里,定则可知，电子所受洛伦兹力的方向向上，所以沿轨迹I运动，故C、D错误；因离导线越2近，磁感应强度越大，根据 Bqv= m*可知，轨迹半径越来越小，所以A正确，B错误。【答案】A4电流天平是一种测量磁场力的装置，如图所示。两相距很近的通电平行线圈i和n,线圈

5、I固定，线圈n置于天平托盘上。当两线圈均无电流通过时，天平示数恰好为零。 下列说法正确的是（）A 当天平示数为负时，两线圈电流方向相同B. 当天平示数为正时，两线圈电流方向相同C. 线圈i对线圈n的作用力大于线圈n对线圈i的作用力D 线圈i对线圈n的作用力与托盘对线圈n的作用力是一对相互作用力【答案】A【解析】当两线圈电流相同时，表现为相互吸引，电流方向相反时，表现为相互排斥，故当 天平示数为正时，两者相互排斥，电流方向相反，当天平示数为负时，两者相互吸引，电流 方向相同，A正确B错误；线圈i对线圈n的作用力与线圈n对线圈i的作用力是一对相 互作用力，等大反向， C错误；静止时，线圈II平衡，

6、线圈i对线圈n的作用力与托盘对 线圈n的作用力是一对平衡力，D错误。5在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度 B相互垂直。一带电粒子（重力不计）从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子（）XXXXX X '!XA. 定带正电B. 速度v= EC. 若速度v>E，粒子一定不能从板间射出BqE,洛伦兹力大小 F = qvB =D. 若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动【解析】粒子从左射入，不论带正电还是负电，电场力大小为qE，两个力平衡，速度v= E，粒子做匀速直线运动， 故选项A错误，B正确；若速度v；, 则粒子受到的洛伦兹力大于电场力，使粒子偏转，可能从板间

7、射出，故选项C错误；此粒子从右端沿虚线方向进入，电场力与洛伦兹力在同一方向，不能做直线运动，故选项D错误。【答案】B6.如图，在磁感应强度大小为 Bo的匀强磁场中，两长直导线 P和Q垂直于纸面固定放置， 两者之间的距离为I.在两导线中均通有方向垂直于纸面向里的电流I时，纸面内与两导线距离均为I的a点处的磁感应强度为零.如果让 P中的电流反向、其他条件不变，则a点处磁感应强度的大小为（）C 2 "3-C. 3 BoD. 2Bo【答案】C【解析】导线P和Q中电流I均向里时，设其在 a点产生的磁感应强度大小 BP= Bq= Bi ,如图所示，则其夹角为 60°它们在a点的合磁场的

8、磁感应强度平行于PQ向右、大小为 眉B1.又根据题意Ba= 0，贝y Bo= 3B1，且Bo平行于PQ向左.若P中电流反向，贝U Bp反向、 大小不变，Bq和Bp大小不变，夹角为120 °合磁场的磁感应强度大小为B'i= Bi（方向垂直2 13PQ向上、与Bo垂直）,a点合磁场的磁感应强度 B= B0+ Bi= 3 Bo，则A、B、D项均7.如图所示，两根足够长的绝缘导线垂直靠近放置，通以大小相等的恒定电流，a点和b点到两根导线的距离均为I, c点到两根导线的距离分別为2和I，下列判断正确的是（）A. b处的磁感应强度为零B. a、b两点的磁感应强度大小相等C. b、c两点的

9、磁感应强度方向相同D. c点的磁感应强度大小比b点的大【解析】由右手螺旋定则可知，竖直导线在b点产生的磁感应强度方向垂直纸面向外，水平导线在b点产生的磁感应强度方向也垂直纸面向外，所以b处的磁感应强度不为零，故 A项错误；由右手螺旋定则可知， 竖直导线在a点产生的磁感应强度方向垂直纸面向里，水平导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，两根导线中通有相等的电流，a、b到两导线的距离相等，所以 a点的磁感应强度为零，由 A分析可知，b点的磁感应强度不为零，故 B 项错误；由右手螺旋定则可知， 竖直导线在c点产生的磁感应强度方向垂直纸面向里，水平导线在c点产生的磁感应强度方向也垂直纸面向里，所以c点的

10、磁感应强度方向向里，由A分析可知，b处磁感应强度方向向外，故 C项错误；竖直导线在 c点和b点产生的磁感应强 度大小相等，水平导线在 b点产生的磁感应强度比 c处的更小，由矢量法则可知，c点的磁感应强度大小比b点的大，故D项正确。【答案】D8如图所示是小丽自制的电流表原理图质量为m的均匀细金属杆 MN与一竖直悬挂的绝缘轻质弹簧相连，弹簧劲度系数为k,在边长ab= Li、bc= L2的矩形区域abcd内有匀强磁场， 磁感应强度大小为 B,方向垂直于纸面向外.MN的右端连接一绝缘轻指针，可指示出标尺上的刻度，MN的长度大于ab.当MN中没有电流通过且 MN处于静止状态时， MN与ab边 重合，且指

11、针指在标尺的零刻度处；当MN中有电流时，指针示数可表示电流大小.MN始终在纸面内且保持水平，重力加速度g则（）A 要使电流表正常工作，金属杆中电流方向应从M至NB 当该电流表的示数为零时，弹簧的伸长量为零C.该电流表的最大量程是lm= BL1D .该电流表的刻度在 0Im范围内是不均匀的【答案】AC【解析】要使电流表能正常工作，金属杆受到的安培力的方向应竖直向下，根据磁场的方向和左手定则可知，金属杆中电流方向应从 M至N,选项A正确；当该电流表的示数为零时， 说明金属杆中电流为零， 此时金属杆受竖直向下的重力和竖直向上的弹力作用，根据平衡条件和胡克定律可知，kx= mg,弹簧的伸长量为 x=，

12、选项B错误；根据平衡条件和胡克k|2kL2定律可知，k(x+ L2)= mg + BlmLl ,解得Im =，即该电流表的最大量程为 I m=，选项BL1BL1kC正确；根据平衡条件和胡克定律可知，k(x+ l)= mg+ BILi，解得1= BLl ，即该电流表的刻度在0Im范围内是均匀的，选项 D错误。9利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的表面向下，通入图示方向的电流I , C、D两侧面会形成电势差 Ucd。下列说法中正确的是 ()A. 霍尔元件的上下表面的距离越大，Ucd越大B. 若霍尔元件的载流子是自由

13、电子，则电势差Ucd<0C. 仅增大电流I时，电势差Ucd不变D. 如果仅将霍尔元件改为电解质溶液，其它条件不变，电势差Ucd将变大【解析】根据左手定则，电子向C侧面偏转，C表面带负电，D表面带正电，所以 D表面的电势高，贝V Ucdv 0。C、D间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作 用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,有q*b = qvB, I = nqvS= nqvbc,则UBIbi= ，故A项错误，B项正确；由表达式U = 可知，仅增大电流I时，电势差Ucd增大，nqcnqc故C项错误；如果仅将霍尔元件改为电解质溶液，其他条件不变，阴阳离子都向一个方

14、向偏转，电势差Ucd将变小或者变为零，故 D项错误。【答案】B10某同学自制的简易电动机示意图如图所示矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴.将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内， 永磁铁置于线圈下方. 为了使电池与两金属支架连接后线圈 能连续转动起来，该同学应将 （）金同支処佑二线囲A .左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉B .左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉C. 左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉D .左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉【答案】AD【解析】如果将左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉，则线圈在

15、安培力作用下转动起来，每转一周安培力驱动一次，可保证线圈不断地转动，A项正确；如果左、右转轴上下侧的绝缘漆均刮掉，不能保证线圈持续转动下去，B项错误；如果仅左转轴的上侧绝缘漆刮掉，右转轴的下侧绝缘漆刮掉，则线圈中不可能有电流，因此线圈不可能转动，C项错误；如果左转轴上下侧的绝缘漆均刮掉，右转轴仅下侧的绝缘漆刮掉效果与A项相同，因此 D项正确。11. 如图所示，在半径为 R的圆形区域内有一匀强磁场，边界上的A点有一粒子源，能在垂1直于磁场的平面内沿不同方向向磁场中发射速率相同的同种带电粒子，在磁场边界的1圆周6上可观测到有粒子飞出，则粒子在磁场中的运动半径为（）A.RRRR【解析】粒子做圆周运动

16、的圆与圆形磁场圆相交弦为粒子做圆周运动圆的直径时为出射的一个极点，当粒子做圆周运动的圆与圆形磁场圆相切于A点时为出射的另一极点，由题可知两极点对应圆形磁场圆的圆心角为60°°由几何关系可知：粒子做圆周运动的半径为r = RsinR30 °= 2，故选项B正确。一群比荷为m、速度大小为v的离子束偏转后打在x轴上长度【答案】B10如图所示，匀强磁场垂直于纸面，磁感应强度大小为离子以一定发散角 a由原点O出射，y轴正好平分该发散角，为L的区域MN内，贝U cos为()A. 1-严4mvB 1 BqL2 4mvC. 1-畀2mv1_ BqLmv【答案】【解析】2根据洛伦兹

17、力提供向心力，有qvB = mR，得R=，离子通过M、N点的轨迹如图所示,由几何关系知 MN = ON OM，过M点的两圆圆心与原点连线与 x轴夹角为$圆心在x轴上的圆在O点时的速度沿y轴正方向，由几何关系可知L = 2R 2Rcos a解得cos =1 - Bmv，故选项C正确。y药Ih *11.如图为某磁谱仪部分构件的示意图。图中，永磁铁提供匀强磁场，硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹。宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子。当这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是()-6-木磁铁A. 电子与正电子的偏转方向一定不同B. 电子和正电子在磁场中的运动轨迹一定相同C仅依据粒子的

18、运动轨迹无法判断此粒子是质子还是正电子D. 粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小【解析】由于电子和正电子带电性相反， 若入射速度方向相同时， 受力方向相反，则偏转方 向一定相反，选项a正确；由于电子和正电子的入射速度大小未知，根据r=mv可知，运动qB半径不一定相同，选项B错误；虽然质子和正电子带电荷量及电性相同，但是两者的动量大小未知，根据r =冒，则根据运动轨迹无法判断粒子是质子还是正电子，选项C正确；由qBEk= Imv2,则r =罟=二：丘*，由于电子的质量比质子质量小得多，若电子动能大于质子动2qB qB能，无法比较二者的运动半径大小，选项D错误。【答案】AC12. 如图所示

19、，在直角三角形abc区域内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B,Z a= 60° / b = 90°边长ab = L,粒子源在b点将带负电的粒子以大小、方向不同的速度射入磁场，已知粒子质量为度最大值是（）m,电荷量为q,则在磁场中运动时间最长的粒子中，速A学B .严2m3m【答案】D【解析】由左手定则和题意知，沿CgqBLC. 2mD 3qBLD - 3mba方向射出的粒子在三角形磁场区域内转半周，运动时间最长，速度最大的轨迹恰与 ac相切，轨迹如图所示，由几何关系可得最大半径：r = ab x tan30°= L,由洛伦兹力提供向心力 qvmB =

20、m罟,从而求得最大速度：Vm= '，所以选项13如图所示为洛伦兹力演示仪的结构简图。励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外,磁场强弱由通过励磁线圈的电流来调节,在球形玻璃泡底部有一个可以升降的电子枪，从电子枪灯丝中发出电子的初速度可忽略不计,经过加速电压 U（U可调节，且加速间距很小）后,电子束距离球形玻璃泡底部沿水平方向从球形玻璃泡球心的正下方垂直磁场方向向右射入,切线的高度为h（见图），已知球形玻璃泡的半径为R。下列说法正确的有（）O电子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，即2evB= mv，联立两式得，电子在磁场中运动的轨道半径为r =吉警。若仅增大励磁线圈中电流，B增加，r将减小

21、；若仅提高电子枪加速电压U，则r将变大，故A错误，B正确；因为电子束距离球形玻璃泡底部切线的高度为h,沿与切线方向平行的速度射入磁场，若电子做圆周运动的轨迹恰好跟玻璃泡顶部相切，则对应的轨迹半径最大，如图所示，则最大半径为rm = = R 2，故C正确；电子A. 仅增大励磁线圈中电流，电子束径迹的半径变大B. 仅提高电子枪加速电压，电子束径迹的半径变大hC. 电子束在玻璃泡内做完整圆周运动的最大半径为R hD. 仅增大励磁线圈中电流，电子做圆周运动的周期将变小1【解析】经过电子枪加速，根据动能定理eU= 2mv2得，电子进入磁场的速度为 v=B增加，则周期将变小，D在磁场中运动的周期 T= 2

22、匹=，若仅增大励磁线圈中电流,v qB正确。【答案】BCD14.空间同时存在匀强电场和匀强磁场。匀强电场的方向沿y轴正方向，场强大小为 E;磁场方向垂直纸面向外。质量为m、电荷量为+ q的粒子（重力不计）从坐标原点0由静止释放，释放后，粒子恰能沿图中的曲线运动。 已知该曲线的最高点 P的纵坐标为h，曲线在P点附近的一小部分，可以看做是半径为2h的圆周上的一小段圆弧，贝U（）A.粒子在y轴方向做匀加速运动B.粒子在最咼点P的速度大小为"需C.磁场的磁感应强度大小为D. 粒子经过时间【答案】受力分析可知，粒子受到洛伦兹力沿y轴方向的分力是变化的，故粒子在y轴方向的合力是变化的，故加速度是

23、变化的，所以A项错误；从 0到P时，洛伦兹力不做功，由动能定理得qEh= ；mvP，解得vp= 2晋山,B项错误；粒子经过最高点时，洛伦兹力和电 场力的合力提供向心力，即qvPB - qE= m,联立解得 B=、件jE C项正确；因为粒子在空间中做比较复杂的曲线运动，无法计算出粒子运动到最高点的时间，故该时间并非粒子运动到最高点的时间，D项错误。【答案】C5.如图所示为磁流体发电机的发电原理：将一束等离子体 （即高温下电离的气体，含有大量 带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈电中性 ）沿图示方向喷射入磁场，磁场中有两块金 属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷。在磁极配置如图中所示的情况下，下列

24、说法正确的是（）A. A板带负电B. 有电流从b经用电器流向aC. 金属板A、B间的电场方向向下D. 等离子体发生偏转的原因是离子所受的洛伦兹力大于所受的静电力【解析】根据左手定则可知，正电荷向下偏转，负电荷向上偏转，则A板带负电，故 A正确；因为B板带正电，A板带负电，所以电流的流向为从b经用电器流向a，故B正确；因为B板带正电，A板带负电，所以金属板间的电场方向向上，故C错误；等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力，故D正确。【答案】ABD16.如图为回旋加速器的示意图。其核心部分是两个D型金属盒，置于磁感应强度大小恒定的匀强磁场中，并与高频交流电源相连。带电粒子在D型盒中

25、心附近由静止释放，忽略带电粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应。欲使粒子在D型盒内运动的时间增大为原来的2倍，下列措施可行的是（）A.仅将磁感应强度变为原来的2倍B. 仅将交流电源的电压变为原来的一半C. 仅将D型盒的半径变为原来的.2倍D.仅将交流电源的周期变为原来的2倍【解析】根据qv吐mR得，v =詈，则最大动能Ekm = 1mv2=歸护。粒子被电场加速一次动能的增加为qU，则粒子被加速的次数Ekm _ qB2R2 qU = 2mU，粒子在磁场中运动周期的次数由粒子在磁场中运动的轨迹可得，沿y轴正向射入磁场中的粒子在磁场中运动时间最短,则:=2=寫，因T =错，则粒子从静止开始到出口

26、处所需的时间匸nT=nBR。由上可知, 若仅将磁感应强度变为原来的 2倍，在磁场中运动的周期变化，则不能与交流电周期同步,1得不到始终加速，故 A项错误；由上可知，或仅将交流电源的电压变为原来的2，或仅将D型盒的半径变为原来的2倍，因此B、C项正确，D项错误。【答案】BC17如图所示，在xOy平面内，有一以 0为圆心、R为半径的半圆形匀强磁场区域，磁场方 向垂直坐标平面向里，磁感应强度大小为B.位于0点的粒子源向第二象限内的各个方向连续发射大量同种带电粒子， 粒子均不会从磁场的圆弧边界射出.粒子的速率相等，质量为m、电荷量大小为q，粒子重力及粒子间的相互作用均不计.十 11Zx x XX X

27、X 声X X笛V其黑性X老*；(1) 若粒子带负电，求粒子的速率应满足的条件及粒子在磁场中运动的最短时间;(2) 若粒子带正电，求粒子在磁场中能够经过区域的最大面积.【解析】(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则：qvB=昇彳根据几何关系：r £联立得:vBBR2m粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=2 nmqB联立可得:. nmt= qB分析可得，粒子在磁场中能经过的区域为半圆，如图中阴影部分,(3)粒子在磁场中运动的最长时间tm。1由几何关系可得该半圆的半径：r= 2r面积：s=液滴带电荷量及电性；卄1联立可得：s= _ nR液滴做匀速圆周运动的半径多大； 现撤去

28、磁场，电场强度变为原来的两倍，有界电场的左右宽度为d,液滴仍以速度v从左边界垂直射入，求偏离原来方向的竖直距离。【答案】（1）液滴在空间受到三个力作用：重力、电场力与洛伦兹力；因带电液滴刚好做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则液滴的重力与电场力相平衡，电场力方向竖直向上， 又因电场线方向向下，所以液滴带负电，由于mg= qE.8【答案】（小嚮n（2）； n218.已知质量为 m的带电液滴，以速度 v垂直射入竖直向下的电场强度为E的匀强电场和水平向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动。如图所示（重力加速度为g），求：nLInn11nMlvqvB= my 解得q= mEg® (2)带电液滴在复合场中做圆周运动的