2019高考物理专题磁场及带电粒子在磁场中的运动测试题(答案及详解)

2019高考物理专题磁场及带电粒子在磁场中的运动测试题一、单选题（共15小题）1•如图所示，在圆形区域内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，ab是圆的一条直径。一带电粒子从a点射入磁场，速度大小为2v，方向与ab成抑时恰好从b点飞出磁场，粒子在磁场中运动的时间为t;若仅将速度大小改为v，则粒子在磁场中运动的时间为（不计带电粒子所受重力）（）3B3BCC2•为了解释地球的磁性，19世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的•在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是（）．A．选项AB．选项BC．选项CD．选项D3•如图所示，MN为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场未画出）.一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出，从Q点穿越铝板后到达PQ的中点0.已知粒子穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变．不计重力．铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为（）

A．2C．14.如图所示，蹄形磁铁用悬线悬于O点，在磁铁的正下方有一水平放置的长直导线，当导线中通以由左向右的电流时，蹄形磁铁的运动情况将是（）．A．静止不动B．向纸外平动C•N极向纸外，S极向纸内转动D•N极向纸内，S极向纸外转动5•如图，是磁电式电流表的结构，蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布，线圈中a,b两条导线长均为l通以图示方向的电流I两条导线所在处的磁感应强度大小均为【B】则（）A•该磁场是匀强磁场B•线圈平面总与磁场方向垂直C.线圈将逆时针方向转动D•a，b导线受到的安培力大小总为IlB6•如图所示，一个理想边界为PQ，MN的匀强磁场区域，磁场宽度为d，方向垂直纸面向里.一电子从0点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场•若电子在磁场中运动的轨道半径为2d.O在MN上，且00与MN垂直•下列判断正确的是（）—JTMJ科A．电子将向右偏转电子打在MN上的点与0点的距离为d电子打在MN上的点与0点的距离为込dD.电子在磁场中运动的时间为L如图所示，条形磁铁平放于水平桌面上，在它的正中央上方固定一根直导线，导线与磁场垂直，现给导线中通以垂直于纸面向外的电流，则下列说法正确的是().A.磁铁对桌面的压力减小B.磁铁对桌面的压力增大C.磁铁对桌面的压力不变D.以上说法都不对如图是“探究影响通电导体在磁场中受力因素”的实验示意图.三块相同马蹄形磁铁并列放置在水平桌面上，导体棒用图中轻而柔软的细导线1，2，3，4悬挂起来，它们之中的任意两根都可与导体棒和电源构成回路.可认为导体棒所在位置附近的磁场为匀强磁场，最初导线1，4接在直流电源上，电源没有在图中画出.关于接通电源时可能出现的实验现象，下列叙述正确的是()A.改变电流方向的同时改变磁场方向，导体棒摆动方向将会改变B.仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，导体棒摆动方向一定改变C.增大电流同时改变接入导体棒上的细导线，接通电源时，导体棒摆动幅度一定增大D.仅拿掉中间的磁铁，导体棒摆动幅度不变如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直.ab,be和cd段的长度均为L,且Zabc=Zbcd=135°.流经导线的电流为I方向如图中箭头所示.判断导线abed所受到的磁场的作用力的合力，下列说法正确的是().A.方向沿纸面向上，大小为讥+l)ILB方向沿纸面向上，大小为讥-DILB方向沿纸面向下，大小为讥+l)ILB

D.方向沿纸面向下，大小为讥-l）ILB10•带电离子a,b在同一匀强磁场中做匀速圆周运动，它们的动量大小相等，a运动的半径大于b运动的半径。若a,b的电荷量分别为计吐，质量分别为ma，mb，周期分别为Ta，Tb。则—定有（）A．qaVqbB.A．qaVqbB.maVmbC.TaVTbD.11.“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体，使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部，而不与装置器壁碰撞•已知寺离子体中带电粒子的平均动能与寺离子体的温度T成正比，为约束更高温度的等离子体，则需要更强的磁场，以使带电粒子在磁场中的运动半径不变.由此可判断所需的磁感应强度B正比于（）11.TOC\o"1-5"\h\zVtTVFD.T212•如图所示，用绝缘细线悬挂一个导线框，导线框是由两同心半圆弧导线和直导线ab，cd（ab，cd在同一条水平直线上）连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的电流，处于静止状态.在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向放置一根长直导线P•当P中通以方向向外的电流时（）PPA.导线框将向左摆动B.导线框将向右摆动C.从上往下看，导线框将顺时针转动D.从上往下看，导线框将逆时针转动13•如图所示是质谱仪的一部分，离子a，b以相同的速度从孔S沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场，最终打到照相底片上。已知离子a,b的质量和电量分别为ma，mb和qa，qb,它们在磁场中运动时间分别为ta，tb，则下列说法正确的是（）A.ma>mbB.qaVqbA.ma>mbB.qaVqbCC．ta=tbD，taD，ta>tb14.如图所示是某粒子速度选择器截面的示意图，在半径为R=10cm的圆柱形桶内有B=10-4T的匀强磁场，方向平行于轴线，在圆柱桶某一截面直径的两端开有小孔，作为入射孔和出射孔．粒子束以不同角度入射，最后有不同速度的粒子束射出•现有一粒子源发射比荷^鬲=2xL011C/kg的正粒子，粒子束中速度分布连续•当角0=45°寸，出射粒子速度v的大小是（）A.、.扛X106m/sB•2、壮x106m/sC•2“&x108m/sD•^^2x106m/s15彭老师在课堂上做了一个演示实验：装置如图7所示，在容器的中心放一个圆柱形电极B,沿容器边缘内壁放一个圆环形电极A,把A和B分别与电源的两极相连，然后在容器内放入液体，将该容器放在磁场中，液体就会旋转起来．王同学回去后重复彭老师的实验步骤，但液体并没有旋转起来．造成这种现象的原因可能是，该同学在实验过程中（）A.将磁铁的磁极接反了B．将直流电源的正负极接反了C•使用的电源为50Hz的交流电源D•使用的液体为饱和食盐溶液二、计算题（共3小题）16•如图所示，在xOy平面内，以O',（0R）为圆心，R为半径的圆内有垂直平面向外的匀强磁场，x轴下方有垂直平面向里的匀强磁场，两区域磁感应强度大小相等•第四象限有一与x轴成45。角倾斜放置的挡板PQ,P，Q两点在坐标轴上，且0,P两点间的距离大于2R,在圆形磁场的左侧0〈y〈2R的区间内，均匀分布着质量为m，电荷量为+q的一簇带电粒子，当所有粒子均沿x轴正向以速度v射入圆形磁场区域时，粒子偏转后都从0点进入x轴下方磁场，结果有一半粒子能打在挡板上•不计粒子重力，不考虑粒子间相互作用力．求：磁场的磁感应强度B的大小；挡板端点P的坐标；挡板上被粒子打中的区域长度．17•如图甲所示，在水平地面上固定一对与水平面倾角为a的光滑平行导电轨道，轨道间的距离为l两轨道底端的连线与轨道垂直，顶端接有电源•将一根质量为m的直导体棒ab放在两轨道上，且与两轨道垂直.已知通过导体棒的恒定电流大小为I方向由a到b，图乙为图甲沿a—b方向观察的平面图.若重力加速度为g,在轨道所在空间加一竖直向上的匀强磁场，使导体棒在轨道上保持静止.请在图乙所示的平面图中画出导体棒受力的示意图；求出磁场对导体棒的安培力的大小；如果改变导轨所在空间的磁场方向，试确定使导体棒在轨道上保持静止的匀强磁场磁感应强度B的最小值的大小和方向.18•如图所示，在某种装置中有一匀强磁场，磁感应强度为B,方向垂直于xOy所在的平面向外•某时刻在A点(x=：0，y=0)处，一质子沿y轴的负方向进入磁场.已知质子的质量为m,电量为e.(1：如果质子经过坐标原点O,它的速度为多大？(2如果质子从A点进入磁场的同一时刻，一个a粒子(qa=2e，ma=4m)从C点(x=-：0，y=0)进入磁场,并且与质子在坐标原点O处相遇，求a粒子的速度大小和方向.答案解析答案解析【答案】D【解析】当粒子的速度为2v时，半径为气，由题意知，轨迹对应的圆心角为60o,所以运动的时间叫厂,当速度为v时，根据=m—得：尸=习尸，故半径匚二㊁人，由几何关系知，轨迹的圆心角为120。,故时间”=*丁=兀，所以ABC错误；D正确。【答案】B【解析】地磁场的N极在地球南极附近，地磁场的S极在地球北极附近，根据安培定则，可判定电流方向为顺时针方向（站在地球的北极向下看），选项B正确，选项A，C，D错误.Ek2【答案】DEk2【解析】设带电粒子在P点时初速度为％从Q点穿过铝板后速度为v2，则Ek1=〒mv「丄二：巴込、一曲竺由题意可知Ek1=2Ek2,即*mv「=mv丁，则=「一•由洛伦兹力提供向心力，即qvB=，得R=,尺12BiviJfi由题意可知瓦=［，所以示==牛，故选项D正确.【答案】C【解析】画出导线所在位置的磁感线分布情况，导线左边与右边的磁场方向不同，故把导线分为左右两部分.由左手定则可知左边的导线受到向纸内的作用力，右边的导线受到向纸外的作用力，所以导线左边向纸内转动，右边向纸外转动，若导线固定，蹄形磁铁可以自由转动，磁铁的转动方向与导线的转动方向相反，所以蹄形磁铁的N极向纸外转动，S极向纸内转动，C项正确.【答案】D【解析】该磁场明显不是匀强磁场，匀强磁场应该是一系列平行的磁感线，方向相同，故A错误.B:由图可知，线圈平面总与磁场方向平行，故B错误.C：由左手定则可知，a受到的安培力向上，b受到的安培力向下，故线圈顺时针旋转，故C错误.D:a,b导线始终与磁感线垂直，故受到的安培力大小总为IlB故D正确.【答案】D【解析】电子带负电，进入磁场后，根据左手定则判断可知，所受的洛伦兹力方向向左，电子向左偏转，如图，A错误；设电子打在MN上的点与0点的距离为X，则由几何知识得：x=r—“二一石=2d—W-=（2-右）d，故BW-=（2-右）d，故BC错误；设轨迹对应的圆心角为6,由几何知识得：si6=Ornd得=，则电子在磁场中运动的时间为==齐，故D正确.【答案】A【解析】本题直接判断通电导线对磁铁的作用力不是很方便，可以先判断磁铁对通电导线的作用力的方向．由左手定则可判断出通电导线受到磁铁竖直向下的安培力作用，由牛顿第三定律可知，通电导线对磁铁有竖直向上的反作用力．对磁铁受力分析，易知磁铁对桌面的压力减小．&【答案】B【解析】结合左手定则可知，仅改变电流方向或者仅改变磁场方向，F的方向一定改变，即导体棒摆动方向一定改变，而两者同时改变时，F方向不变，则导体棒摆动方向不变，故A错误，B正确；当I增大，但L减小时，F大小不一定改变，C错误；仅拿掉中间的磁铁，意味着导体棒受力长度减小，则F减小，则导体棒摆动幅度一定改变，D错误.【答案】A【解析】将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出安培力的方向，根据—BIL计算出安培力的大小,再求合力•导线所受合力F=BIL+2BIIsin45三炬+1)ILB【答案】A【解析】根据洛伦兹力提供向心力有，月即二警，可得离子的运动半径邪唱唸，离子的动量大小相等，且在同一个磁场中，则q与R成反比，已知Ra>Rb，可得qa<qb，A正确；已知它们的动量大小相等，但不知速度的大小关系，无法比较它们的质量大小关系，B错误；因为厂二——，不知速度的v大小关系，无法比较它们的周期大小，C错误；因为不知道质量的关系，所以它们的比荷的大小关系不能确定，D错误。【答案】A【解析】由题意知，带电粒子的平均动能Ek=〒mv2xT，故vxQ亍.mv7r~由qvB=整理得：BX•故选项A正确.It【答案】D【解析】当P中通以方向向外的电流时，由安培定则可判断出长直导线P产生的磁场方向为逆时针方向，由左手定则可判断出ab所受的安培力方向垂直纸面向外，cd所受的安培力方向垂直纸面向里，从上往下看，导线框将逆时针转动，选项D正确.【答案】D【解析】带电粒子在磁场中受洛伦兹力做匀速圆周运动的半径r=，离子a,b速度相同，ra>rb，故

不能确定ma，mb和qa，qb的关系，选项A,B错误；粒子在磁场中运动半周，时间t=,故ta>tb，选项C错误，选项D正确。【答案】B解析】由题意知，粒子从入射孔以45°角射入匀强磁场，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动．能够从出射孔射出的粒子刚好在磁场中运动+周期，由几何关系知r^2R,又r=身，解得心宁乜⑴x106m/s.【答案】C【解析】容器中磁场方向向下，在电场作用下，液体中的正，负离子分别向电极附近运动，同时由于磁场的作用，根据左手定则得正，负离子做圆周运动，故液体旋转起来的原因是液体在磁场力作用下运动．清楚了这一原理即可作出判断，选项A,B，D都不影响液体旋转，选项C使用50Hz的交流电源，电极电性发生周期性变化，且时间仅为0.02，故液体中正，负离子的运动幅度较小，液体无法形成旋转的趋势.本题选C.mv【答案】（莎⑵如+l）R,0]（3述_才岁_4低【解析】（1）殳一粒子自磁场边界A点进入磁场，该粒子由0点射出圆形磁场，轨迹如图甲所示，过A点做速度的垂线，长度为r，C为该轨迹圆的圆心.连接A0:C0,可证得ACOO为菱形，根据图中几何关系可知：粒子在圆形磁场中的轨道半径r=R,V2由qvB=m—mv得B=g'氏-（2）有一半粒子打到挡板上需满足从0点射出的沿x轴负方向的粒子，沿y轴负方向的粒子轨迹刚好与挡板相切，如图乙所示，过圆心D作挡板的垂线交于E点，

RDpop)RP点的坐标为[(+1)R,O](3)殳打到挡板最左侧