专题14带电粒子在磁场中的运动（原卷版）-2025年高考物理二轮复习培优练（新高考用）

试卷第=page11页，共=sectionpages33页专题14带电粒子在磁场中的运动TOC\o"1-1"\h\u一、磁场与磁感线 2二、磁感应强度 3三、安培力的方向与大小 4四、洛伦兹力的公式及简单计算 6五、电子束的磁偏转 8六、带电粒子在磁场中做圆周运动的相关计算 8七、带点粒子在磁场中的多解问题 11专题一磁场与磁感线1．（2024·浙江·高考真题）磁电式电表原理示意图如图所示，两磁极装有极靴，极靴中间还有一个用软铁制成的圆柱。极靴与圆柱间的磁场都沿半径方向，两者之间有可转动的线圈。a、b、c和d为磁场中的四个点。下列说法正确的是（）A．图示左侧通电导线受到安培力向下 B．a、b两点的磁感应强度相同C．圆柱内的磁感应强度处处为零 D．c、d两点的磁感应强度大小相等2．（2024·福建泉州·二模）宇宙中存在大量带电粒子，这些带电粒子经过地球时，地球的磁场使它们发生偏转。若比荷相同的粒子均以同一速度垂直地面射入地磁场区域，有（）

A．从同一地点射入的正、负粒子，在地磁场的作用下偏转方向相同B．从同一地点射入的正、负粒子，在地磁场的作用下偏转方向相反C．在极地附近射入的粒子，受到的地磁场作用力更大D．在赤道附近射入的粒子，受到的地磁场作用力更大3．（2024·浙江·二模）下列关于小磁针静止时N极指向描述正确的是（）A．甲图中N极垂直纸面向外 B．乙图中N极垂直纸面向外C．丙图中N极水平向左 D．丁图中N极水平向右4．（2024·福建·二模）如图甲、乙、丙、丁所示，下列关于四幅图的说法正确的是（）A．甲图中通电螺线管周围产生的磁场和磁感线都是真实存在的B．通过图乙可以知道，磁感线可以不闭合C．丙图中导线通电后，其正下方小磁针的N极垂直纸面向里旋转符合物理事实D．丁图中通电导线受力是通过电场发生的专题二磁感应强度5．（2018·全国II卷·高考真题）如图所示，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为B0和B0，方向也垂直于纸面向外，则（）A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为B0C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为B0D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为B06．（2025·安徽黄山·二模）如图，两根通有相同电流的长直导线垂直xOy平面固定在D、E两点，电流方向垂直xOy平面向里。D、E两点坐标为和，B点的坐标为。在适当位置安放垂直平面的第三根通有相反方向电流的长直导线，可以使B点的磁感应强度为零，第三根导线放置的位置可能是（）A．位置A B．位置B C．位置C D．位置O7．（2021·福建·高考真题）如图，四条相互平行的细长直导线垂直坐标系xOy平面，导线与坐标平面的交点为a、b、c、d四点。已知a、b、c、d为正方形的四个顶点，正方形中心位于坐标原点O，e为的中点且在y轴上；四条导线中的电流大小相等，其中过a点的导线的电流方向垂直坐标平面向里，其余导线电流方向垂直坐标平面向外。则（）A．O点的磁感应强度为0B．O点的磁感应强度方向由O指向cC．e点的磁感应强度方向沿y轴正方向D．e点的磁感应强度方向沿y轴负方向专题三安培力的方向与大小8．（2024·贵州·高考真题）如图，两根相互平行的长直导线与一“凸”形导线框固定在同一竖直平面内，导线框的对称轴与两长直导线间的距离相等。已知左、右两长直导线中分别通有方向相反的恒定电流，且，则当导线框中通有顺时针方向的电流时，导线框所受安培力的合力方向（）A．竖直向上 B．竖直向下 C．水平向左 D．水平向右9．（2024·浙江·高考真题）如图所示，边长为1m、电阻为0.04Ω的刚性正方形线框abcd放在与强磁场中，线框平面与磁场B垂直。若线框固定不动，磁感应强度以均匀增大时，线框的发热功率为P；若磁感应强度恒为0.2T，线框以某一角速度绕其中心轴匀速转动时，线框的发热功率为2P，则ab边所受最大的安培力为（）A．N B． C．1N D．10．（2024·甘肃·高考真题）如图，相距为d的固定平行光滑金属导轨与阻值为R的电阻相连，处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中长度为L的导体棒ab沿导轨向右做匀速直线运动，速度大小为v。则导体棒ab所受的安培力为（）A．，方向向左 B．，方向向右C．，方向向左 D．，方向向右11．（2025·河南安阳·二模）如图1所示，在倾角的足够长绝缘斜面上放有一根质量、长的导体棒，导体棒中通有方向垂直纸面向外、大小恒为的电流，斜面上方有平行于斜面向下的均匀磁场，磁场的磁感应强度B随时间的变化关系如图2所示。已知导体棒与斜面间的动摩擦因数，重力加速度g取，sin37°=0.6，cos37°=0.8。在时刻将导体棒由静止释放，则在导体棒沿斜面向下运动的过程中（）A．导体棒受到的安培力方向垂直斜面向上B．导体棒达到最大速度所用的时间为4sC．导体棒的最大速度为8m/sD．导体棒受到的摩擦力的最大值为5.2N专题四洛伦兹力的公式及简单计算12．（2023·海南·高考真题）如图所示，带正电的小球竖直向下射入垂直纸面向里的匀强磁场，关于小球运动和受力说法正确的是（

）

A．小球刚进入磁场时受到的洛伦兹力水平向右 B．小球运动过程中的速度不变C．小球运动过程的加速度保持不变 D．小球受到的洛伦兹力对小球做正功13．（2024·浙江·高考真题）如图所示，一根固定的足够长的光滑绝缘细杆与水平面成角。质量为m、电荷量为+q的带电小球套在细杆上。小球始终处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中。磁场方向垂直细杆所在的竖直面，不计空气阻力。小球以初速度沿细杆向上运动至最高点，则该过程（）A．合力冲量大小为mv0cosƟ B．重力冲量大小为C．洛伦兹力冲量大小为 D．若，弹力冲量为零14．（2025·广东珠海·二模）托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，其内部产生的磁场可以把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内。图甲为该装置的简化模型，两个圆心相同、半径不同的圆环将空间分成无磁场的反应区和匀强磁场方向垂直于纸面向里的约束区。如图乙所示，一带电微粒沿半径方向从点射入约束区并从点返回反应区，运动轨迹恰好与约束区外边界相切。若该微粒经过点时，与一静止不带电微粒碰撞并结合为一个新微粒，微粒所受重力均可忽略，下列说法正确的是（）A．带电微粒带负电B．碰撞后，新微粒仍能从点返回反应区C．碰撞前后微粒在磁场中做圆周运动的周期不变D．相比不发生碰撞时，碰撞后新微粒在磁场中受到的洛伦兹力变大15．（2024·陕西·二模）如图所示，水平放置的内壁光滑半径为R的玻璃圆环，有一直径略小于圆环口径的带正电q的小球，在圆环内以速度沿顺时针方向匀速转动（俯视）。在时刻施加方向竖直向上的变化磁场，磁感应强度。设运动过程中小球带电荷量不变，不计小球运动产生的磁场及相对论效应。加上磁场后，下列说法正确的是（）A．小球对玻璃圆环的压力不断增大B．小球所受的磁场力一定不断增大C．小球每运动一周增加的动能为D．磁场力对小球一直做负功16．（2024·重庆·高考真题）小明设计了如图所示的方案，探究金属杆在磁场中的运动情况，质量分别为2m、m的金属杆P、Q用两根不可伸长的导线相连，形成闭合回路，两根导线的间距和P、Q的长度均为L，仅在Q的运动区域存在磁感应强度大小为B、方向水平向左的匀强磁场。Q在垂直于磁场方向的竖直面内向上运动，P、Q始终保持水平，不计空气阻力、摩擦和导线质量，忽略回路电流产生的磁场。重力加速度为g，当P匀速下降时，求（1）P所受单根导线拉力的大小；（2）Q中电流的大小。

专题五电子束的磁偏转17．（2024·湖北黄石·二模）近日因为罕见的太阳风暴，北京市出现了美丽的极光，极光其实是因为地球磁场防护层的漏洞引起的。宇宙射线中的高能粒子在高速射向地球表面时，大部分在地磁场的作用下被牵引着与地球擦肩而过，只有地球两极附近的磁场防护力较弱，高能射线可以进入大气层引发大气电离进而产生绚丽的极光。关于这一现象，下列说法你认为正确的是（）A．高能射线可在两极附近抵近地球是因为地球两极附近地磁场较弱一些B．射向赤道上方的带正电的高能粒子可以被地磁场牵引向地磁北极方向偏移C．高能粒子射向地球附近时主要是向东西方向偏移D．射线里的电磁波受地磁场牵引引发极光现象专题六带电粒子在磁场中做圆周运动的相关计算18．（2023·北京·高考真题）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，固定一内部真空且内壁光滑的圆柱形薄壁绝缘管道，其轴线与磁场垂直。管道横截面半径为a，长度为l（）。带电粒子束持续以某一速度v沿轴线进入管道，粒子在磁场力作用下经过一段圆弧垂直打到管壁上，与管壁发生弹性碰撞，多次碰撞后从另一端射出，单位时间进入管道的粒子数为n，粒子电荷量为，不计粒子的重力、粒子间的相互作用，下列说法不正确的是（）

A．粒子在磁场中运动的圆弧半径为aB．粒子质量为C．管道内的等效电流为D．粒子束对管道的平均作用力大小为19．（2024·重庆·高考真题）有人设计了一粒种子收集装置。如图所示，比荷为的带正电的粒子，由固定于M点的发射枪，以不同的速率射出后，沿射线MN方向运动，能收集各方向粒子的收集器固定在MN上方的K点，O在MN上，且KO垂直于MN。若打开磁场开关，空间将充满磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，速率为v0的粒子运动到O点时，打开磁场开关，该粒子全被收集，不计粒子重力，忽略磁场突变的影响。(1)求OK间的距离；(2)速率为4v0的粒子射出瞬间打开磁场开关，该粒子仍被收集，求MO间的距离；(3)速率为4v0的粒子射出后，运动一段时间再打开磁场开关，该粒子也能被收集。以粒子射出的时刻为计时O点。求打开磁场的那一时刻。

20．（2023·湖北·高考真题）如图所示，空间存在磁感应强度大小为B、垂直于xOy平面向里的匀强磁场。t=0时刻，一带正电粒子甲从点P（2a，0）沿y轴正方向射入，第一次到达点O时与运动到该点的带正电粒子乙发生正碰。碰撞后，粒子甲的速度方向反向、大小变为碰前的3倍，粒子甲运动一个圆周时，粒子乙刚好运动了两个圆周。已知粒子甲的质量为m，两粒子所带电荷量均为q。假设所有碰撞均为弹性正碰，碰撞时间忽略不计，碰撞过程中不发生电荷转移，不考虑重力和两粒子间库仑力的影响。求：（1）第一次碰撞前粒子甲的速度大小；（2）粒子乙的质量和第一次碰撞后粒子乙的速度大小；（3）时刻粒子甲、乙的位置坐标，及从第一次碰撞到的过程中粒子乙运动的路程。（本小问不要求写出计算过程，只写出答案即可）

专题七带点粒子在磁场中的多解问题21．（2021·海南·高考真题）如图，在平面直角坐标系的第一象限内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。大量质量为m、电量为q的相同粒子从y轴上的点，以相同的速率在纸面内沿不同方向先后射入磁场，设入射速度方向与y轴正方向的夹角为。当时，粒子垂直x轴离开磁场。不计粒子的重力。则（）A．粒子一定带正电B．当时，粒子也垂直x轴离开磁场C．粒子入射速率为D．粒子离开磁场的位置到O点的最大距离为22．（2024·湖北·二模）如图所示，在平面存在一半径的匀强磁场，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外，在圆心处有一粒子源，粒子源沿平面，朝第二象限范围内的各个方向发射同种带正电的粒子，且粒子源朝各个方向发射的粒子数目均匀分布，发射出的粒子速度大小相等，所带电荷量为，质量为。在处有一平行于轴放置的竖直挡板，挡板足够长，与圆形磁场区域分别交于A、B两点，挡板上C点坐标为。从粒子源发出的粒子恰好均能打在挡板上，且发现有两种不同方向的粒子会打在挡板上的同一位置。若不计带电粒子重力，粒子打在挡板上就被吸收，则下列说法正确的是（）A．粒子对应速度大小为B．挡板上有两种不同方向的粒子的会打在同一位置的区域长度为C．若挡板可绕点转动，要保证所有粒子均打在挡板上的不同位置，挡板至少要逆时针转动D．若圆形磁场的区域的半径调为，圆心位置移动到，则能打在挡板上的粒子均垂直打在竖直挡板上，且打在区域上的粒子数目少于发射粒子总数的23．（2021·湖南·高考真题）带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一、带电粒子流（每个粒子的质量为、电荷量为）以初速度垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在平面内的粒子，求解以下问题。（1）如图（a），宽度为的带电粒子流沿轴正方向射入圆心为、半径为的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点，求该磁场磁感应强度的大小；（2）如图（a），虚线框为边长等于的正方形，其几何中心位于。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到点的带电粒子流经过该区域后宽度变为，并沿轴正方向射出。求该磁场磁感应强度的大小和方向，以及该磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）；（3）如图（b），虚线框Ⅰ和Ⅱ均为边长等于的正方形，虚线框Ⅲ和Ⅳ均为边长等于的正方形。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为的带电粒子流沿轴正方向射入Ⅰ和Ⅱ后汇聚到坐标原点，再经过Ⅲ和Ⅳ后宽度变为，并沿轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求Ⅰ和Ⅲ中磁场磁感应强度的大小，以及Ⅱ和Ⅳ中匀强磁场区域的面积（无需写出面积最小的证明过程）。24．（2023·天津·高考真题）科学研究中可以用电场和磁场实现电信号放大，某信号放大装置示意如图，其主要由阴极、中间电极(电极1,电极2,…,电极n)和阳极构成，该装置处于匀强磁场