高考物理必备专题18之12 磁场的联系实际的新情景问题（原卷版）

专题12磁场的最新“联系实际的新情景问题”本章主要考查电流的磁效应、安培力、带电粒子在磁场中运动的问题，主要涉及各种电流产生的磁场、安培力的大小和方向、带电粒子在洛伦兹力作用下的运动，主要体现一是电流磁效应主要结合安培力的大小和方向、静电力平衡、安培力做功等问题考查；二是匀强磁场中带电粒子做圆周运动，主要涉及群发粒子的收集比例问题；三是带电粒子在复合场的运动主要涉及叠加和不叠加两种形式，本章洛伦兹力在现代科技中的应用问题，高考广泛联系实际考查。1.（2022·广东广州市综合测试)如图，高压输电线上使用“正方形间隔棒”支撑导线、、、，目的是固定导线间距，防止导线相碰．的几何中心为O，当四根导线通有等大同向电流时（）A.几何中心O点的磁感应强度不为零B.几何中心O点的磁感应强度为零C.对的安培力小于对的安培力D.所受安培力的方向沿正方形的对角线方向2.（多选）（2022·江西南昌市·南昌十中月考）高纬度地区的高空，大气稀薄，常出现美丽的彩色“极光”。极光是由太阳发射的高速带电粒子受地磁场的影响，进入两极附近时，撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的。假如我们在北极地区仰视，发现正上方如图所示的弧状极光，则关于这一现象中高速粒子的说法正确的是（）A．高速粒子带正电 B．粒子轨迹半径逐渐增大C．仰视时，粒子沿逆时针方向运动 D．仰视时，粒子沿顺时针方向运动3.（2022·全国高考乙卷试题·T18）安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知（）测量序号Bx/μTBy/μTBz/μT1021-4520-20-463210-454-210-45A.测量地点位于南半球B.当地的地磁场大小约为50μTC第2次测量时y轴正向指向南方D.第3次测量时y轴正向指向东方4.（2022·广东佛山市二模）13．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 B．电子运动周期为C．垂直环平面的磁感强度大小为 D．电场强度大小为【答案】BCD5.（2022·福建高三一模）特高压直流输电是国家重点能源工程。如图所示为特高压直流输电塔仰视图，两根等高、相互平行的水平长直导线分别通有方向相同的电流和，。a、b、c三点连线与两根导线等高并垂直，b点位于两根导线间的中点，a、c两点与b点距离相等，d点位于b点正下方。不考虑地磁场的影响，则（）A．a点处的磁感应强度方向竖直向上 B．b点处的磁感应强度大小为零C．c点处的磁感应强度方向竖直向上 D．d点处的磁感应强度大小为零6.（2022·江苏省百校联考高三下学期5月三模）1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，现对氚核（）加速，所需的高频电源的频率为f，已知元电荷为e，下列说法正确的是（）A.被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大B.高频电源的电压越大，氚核最终射出回旋加速器的速度越大C.氚核的质量为D.该回旋加速器接频率为f的高频电源时，也可以对氦核（）加速7.（2022·浙江高二月考）如图甲，用强磁场将百万度高温的等离子体（等量的正离子和电子）约束在特定区域实现受控核聚变的装置叫托克马克。我国托克马克装置在世界上首次实现了稳定运行100秒的成绩。多个磁场才能实现磁约束，其中之一叫纵向场，图乙为其横截面的示意图，越靠管的右侧磁场越强。尽管等离子体在该截面上运动的曲率半径远小于管的截面半径，但如果只有纵向场，带电粒子还会逐步向管壁“漂移”，导致约束失败。不计粒子重力，下列说法正确的是（）A．正离子在纵向场中沿逆时针方向运动B．发生漂移是因为带电粒子的速度过大C．正离子向左侧漂移，电子向右侧漂移D．正离子向下侧漂移，电子向上侧漂移8.（2022·浙江省柯桥中学高三月考）在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：废液内含有大量正、负离子，从直径为的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值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的匀强磁场，并测出、间的电压，则下列说法正确的是（）A．正、负离子所受洛伦兹力方向是相同的B．容器内液体的流速为C．河水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速D．污水流量为9.（2022·山东潍坊市·高三月考）质谱仪最初是由英国物理学家阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖的两种同位素氖20和氖22，从而证实了同位素的存在。如图所示，让氖20和氖22原子核从质谱仪小孔飘入电压为U的加速电场（初速度可看作零），然后从垂直进入匀强磁场发生偏转，最后打在底片上的不同地方。已知氖20和氖22原子核带电量相同，质量之比约为，从底片上获得在磁场中运动轨迹的直径分别为、，则，应为（）A． B．C． D．10.（2022·济南市·山东省实验中学高三）如图所示，是磁流体发电机示意图。平行金属板a、b之间有一个很强的匀强磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量等量正、负离子）垂直于磁场的方向喷入磁场，a、b两板间便产生电压．如果把a、b板与用电器相连接，a、b板就是等效直流电源的两个电极。若磁场的磁感应强度为B，每个离子的电荷量大小为q、速度为v，a、b两板间距为d，两板间等离子体的等效电阻为r，用电器电阻为R。稳定时，下列判断正确的是（）A．图中a板是电源的正极B．电源的电动势为BvqC．用电器中电流为D．用电器两端的电压为Bvd11.（2022·湖北随州市·广水市一中模拟）如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线半径为R，通道内均匀辐射状电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外．一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速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．不计粒子的重力，下列说法正确的是（）A.粒子一定带正电B.加速电场的电压C.D.若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷12．“电磁炮”的模型如图，光滑水平加速导轨电阻不计，轨道宽为L=0.1m，竖直向上的匀强磁场的磁感应强度B=1T，“弹体”总质量m=0.01kg，弹体在轨道间的电阻R=1Ω，可控电源的内阻r=4Ω，提供的电流是I=0.2A，以保证“电磁炮”匀加速发射，不计空气阻力。求：（1）弹体所受安培力大小；（2）弹体从静止加速到10m/s过程中系统产生的总热量。13.（2022·全国高考甲卷试题·T25）光点式检流计是一种可以测量微小电流的仪器，其简化的工作原理示意图如图所示。图中A为轻质绝缘弹簧，C为位于纸面上的线圈，虚线框内有与纸面垂直的匀强磁场；随为置于平台上的轻质小平面反射镜，轻质刚性细杆D的一端与M固连且与镜面垂直，另一端与弹簧下端相连，PQ为圆弧形的、带有均匀刻度的透明读数条，PQ的圆心位于M的中心使用前需调零，使线圈内没有电流通过时，M竖直且与纸面垂直；入射细光束沿水平方向经PQ上的O点射到M上后沿原路反射。线圈通入电流后弹簧长度改变，使M发生倾斜，入射光束在M上的入射点仍近似处于PQ的圆心，通过读取反射光射到PQ上的位置，可以测得电流的大小。已知弹簧的劲度系数为k，磁场磁感应强度大小为B，线圈C的匝数为N。沿水平方向的长度为l，细杆D的长度为d，圆弧PQ的半径为r﹐r>>d，d远大于弹簧长度改变量的绝对值。（1）若在线圈中通入的微小电流为I，求平衡后弹簧长度改变量的绝对值x及PQ上反射光点与O点间的弧长s；（2）某同学用此装置测一微小电流，测量前未调零，将电流通入线圈后，PQ上反射光点出现在O点上方，与O点间的弧长为s1．保持其它条件不变，只将该电流反向接入，则反射光点出现在О点下方，与O点间的弧长为s2。求待测电流的大小。14.（2022·广东江门市模拟）某种离子诊断测量简化装置如图所示。竖直平面内存在边界为正方形EFGH、方向垂直纸面向外的匀强磁场，探测板CD平行于HG水平放置，只能沿竖直方向移动。a、b两束宽度不计带正电的离子从静止开始经匀强电场加速后持续从边界EH水平射入磁场a束离子在EH的中点射入经磁场偏转后垂直于HG向下射出，并打在探测板的右端点D点，已知正方形边界的边长为2R，两束离子间的距离为，离子的质量均为m、电荷量均为q，不计重力及离子间的相互作用，已知。求：（1）求磁场的磁感应强度B的大小以及a束离子在磁场运动的时间t；（2）要使两束离子均能打到探测板上，求探测板CD到HG的距离最大是多少？15．（2022·广东韶关市二模）19．扭摆器是同步辐射装置中的插入件，能使粒子的运动轨迹发生扭摆。其简化模型如图Ⅰ、Ⅱ两处的条形均强磁场区边界竖直，相距为L，磁场方向相反且垂直纸面。一质量为m、电量为、重力不计的粒子，从靠近平行板电容器MN板处由静止释放，极板间电压为U，粒子经电