2025年高三物理高考磁场专题模拟试题

2025年高三物理高考磁场专题模拟试题一、选择题（共10小题，每题4分，共40分）1.磁场的性质与磁感线分布圆形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，两比荷相同的带电粒子沿直线AB方向从A点射入磁场，分别从圆弧上的P、Q两点射出（不计重力及粒子间相互作用）。下列说法正确的是（）A.从P、Q射出的粒子在磁场中运动的时间之比为1:2B.从P、Q射出的粒子在磁场中运动的时间之比为1:3C.从P、Q射出的粒子速率之比为2:1D.从P、Q射出的粒子速率之比为1:3解析：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有(qvB=m\frac{v^2}{r})，得轨道半径(r=\frac{mv}{qB})，运动周期(T=\frac{2\pim}{qB})。因两粒子比荷相同，周期相同，运动时间(t=\frac{\theta}{2\pi}T)，仅与圆心角θ有关。由几何关系可知，粒子入射方向相同，出射点不同，对应的圆心角θ₁:θ₂=1:2（假设P点对应圆心角为60°，Q点为120°），则时间之比为1:2，A正确，B错误；速率(v=\frac{qBr}{m})，因r₁:r₂=1:2（由弦长公式(AB=2r\sin\frac{\theta}{2})推导），则速率之比为1:2，C、D错误。答案：A2.带电粒子在复合场中的运动平行金属板1、2竖直放置，电压为U；平行金属板3、4水平放置，板间有匀强电场E和垂直纸面向里的磁场B。一带电量为q的正粒子从1板小孔无初速度飘入，经2板小孔进入3、4板间，沿直线运动至P点，随后进入OP（竖直）与OQ（倾斜45°）间的匀强磁场（垂直纸面向外），最终到达OQ。已知OP=L，下列说法正确的是（）A.粒子在N点时的动能为2UqB.粒子从N运动到P的过程电势能增大C.若粒子到达OQ时速度竖直向下，磁场磁感应强度大小为(\frac{4UB}{EL})D.若粒子到达OQ时速度垂直于OQ，运动时间为(\frac{\piL}{4E})解析：动能计算：粒子在1、2板间加速，由动能定理(qU=E_k)，A错误；电势能变化：3、4板间粒子做直线运动，电场力与洛伦兹力平衡，(qE=qvB)，得(v=\frac{E}{B})，粒子做匀速直线运动，电势能不变，B错误；磁场中运动：粒子进入OP、OQ间磁场后做匀速圆周运动，速度竖直向下时，轨迹圆心在O点正上方，半径(r=L)，由(qvB'=m\frac{v^2}{r})，结合加速过程(qU=\frac{1}{2}mv^2)，联立得(B'=\frac{4UB}{EL})，C正确；运动时间：速度垂直OQ时，圆心角为45°，时间(t=\frac{45^\circ}{360^\circ}T=\frac{\pim}{4qB'})，代入(r=\frac{mv}{qB'}=L\sin45^\circ)，得(t=\frac{\piL}{4v}=\frac{\piLB}{4E})，D错误。答案：C3.质谱仪的应用质谱仪中，粒子经电压U加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场，打在底片上。质子打在D点（距S₃距离d），一价正离子打在E点（距S₃距离kd），则正离子与质子的质量比为（）A.kB.k²C.2kD.2k²解析：粒子经加速电场有(qU=\frac{1}{2}mv^2)，进入磁场后轨道半径(r=\frac{mv}{qB}=\frac{\sqrt{2mqU}}{qB}=\sqrt{\frac{2mU}{qB^2}})。质子与正离子电荷量均为q，质量分别为m₁、m₂，轨道半径(r_1=\frac{d}{2})，(r_2=\frac{kd}{2})，则(\frac{r_2}{r_1}=\sqrt{\frac{m_2}{m_1}}=k)，得(\frac{m_2}{m_1}=k^2)。答案：B4.安培力与电磁感应足够长的平行光滑导轨水平放置，左端接定值电阻，空间有竖直向上的磁场。给金属棒向右的初速度，位移为x时速度为v，加速度为a，电荷量为q，克服安培力功率为P。下列图像正确的是（）解析：金属棒切割磁感线产生感应电动势(E=BLv)，电流(I=\frac{E}{R})，安培力(F_A=BIL=\frac{B^2L^2v}{R})，加速度(a=-\frac{F_A}{m}=-\frac{B^2L^2v}{mR})，即(a\propto-v)，做加速度减小的减速运动，v-t图像斜率减小；电荷量(q=\frac{\Delta\Phi}{R}=\frac{BLx}{R})，则q-x图像为过原点的直线；功率(P=F_Av=\frac{B^2L^2v^2}{R}\proptov^2)，P-v图像为抛物线。答案：C（假设选项C为q-x直线）5.带电粒子在有界磁场中的运动x轴上方有磁感应强度为B的匀强磁场，粒子从O点以速度v射入，方向与x轴负方向成60°角，穿过y轴正半轴后，到x轴的最大距离为a。粒子的比荷及电性为（）A.(\frac{3v}{2aB})，正电荷B.(\frac{3v}{2aB})，负电荷C.(\frac{v}{2aB})，正电荷D.(\frac{v}{2aB})，负电荷解析：由左手定则判断电性：粒子向下偏转穿过y轴正半轴，洛伦兹力方向向下，粒子带负电，排除A、C；轨迹圆心在第二象限，设半径为r，由几何关系：(r+r\cos60^\circ=a)，得(r=\frac{2a}{3})；由(r=\frac{mv}{qB})，比荷(\frac{q}{m}=\frac{v}{Br}=\frac{3v}{2aB})，B正确。答案：B6.洛伦兹力与圆周运动质量和电荷量相等的粒子M、N以不同速率垂直进入磁场，轨迹为半圆。下列表述正确的是（）A.M带正电，N带负电B.M的速率大于N的速率C.洛伦兹力对M、N做正功D.M的运行时间大于N的运行时间解析：由左手定则，粒子向下偏转，均带负电，A错误；轨道半径(r=\frac{mv}{qB})，M的轨迹半径大，则速率大，B正确；洛伦兹力始终与速度垂直，不做功，C错误；周期(T=\frac{2\pim}{qB})相同，运动时间均为(\frac{T}{2})，D错误。答案：B7.安培力的平衡问题水平导轨间距0.5m，磁场与水平面成53°角斜向右上方（B=5T），导体棒ab静止，质量m=1kg，电阻R=0.9Ω，动摩擦因数μ=0.5，电源E=10V，内阻r=0.1Ω，R₀=4Ω。下列说法正确的是（）A.摩擦力方向一定向右B.安培力大小为5N，方向水平向左C.不挂重物时ab能保持静止D.向右滑动1m，通过电荷量大于0.4C解析：电路总电阻(R_{总}=R+R_0+r=5Ω)，电流(I=\frac{E}{R_{总}}=2A)；安培力(F_A=BIL=5×2×0.5=5N)，由左手定则，磁场方向斜向右上方，电流方向由a到b，安培力方向垂直磁场斜向左下方，分解得水平向左分力(F_{Ax}=5×\cos53°=3N)，竖直向下分力(F_{Ay}=5×\sin53°=4N)；最大静摩擦力(f_m=μ(mg+F_{Ay})=0.5×(10+4)=7N)，若细绳拉力为T，平衡时(T=F_{Ax}±f)，摩擦力方向可能向左或向右，A错误；安培力方向斜向左下方，水平分力3N，B错误；不挂重物时，(F_{Ax}=3N<f_m)，能静止，C正确；电荷量(q=\frac{\Delta\Phi}{R_{总}}=\frac{BLx}{R_{总}}=\frac{5×0.5×1}{5}=0.5C>0.4C)，D正确。答案：CD8.分区域磁场中的运动y轴左侧磁场2B（向外），右侧磁场B（向里），甲粒子从a点以45°角入射，经O点入第四象限，通过c点；乙粒子从b点垂直x轴入射，首次在c点垂直y轴。下列正确的是（）A.甲、乙均带负电B.甲在第二、四象限速度之比为2:1C.甲、乙轨道半径之比为√2:2D.甲、乙运动时间之比为π:2解析：电性判断：甲粒子在第二象限向右偏转，由左手定则带负电；乙粒子在第一象限向下偏转，带负电，A正确；速度关系：洛伦兹力不做功，速度大小不变，B错误；半径计算：甲在第二象限(r_1=\frac{mv}{2qB})，第四象限(r_2=\frac{mv}{qB})，由几何关系(r_1\cos45°+r_2\cos45°=Ob=Oc)；乙粒子轨道半径(r_乙=Ob)，得(r_甲:r_乙=\sqrt{2}:2)，C正确；时间计算：甲运动圆心角为90°+90°=180°，时间(t_甲=\frac{\pim}{2qB}+\frac{\pim}{qB}=\frac{3\pim}{2qB})；乙运动圆心角90°，时间(t_乙=\frac{\pim}{2qB})，比值3:1，D错误。答案：AC9.回旋加速器原理回旋加速器中，粒子质量m，电荷量q，加速电压U，磁场B，出口电流I。下列结论正确的是（）A.电源频率(f=\frac{Bq}{\pim})B.最大速度(v=\sqrt{\frac{2qU}{m}})C.最大速度(v=\frac{qBR}{m})，与U无关D.功率(P=UI)解析：粒子运动周期(T=\frac{2\pim}{qB})，电源频率(f=\frac{1}{T}=\frac{qB}{2\pim})，A错误；最大速度由D形盒半径限制，(R=\frac{mv}{qB})，得(v=\frac{qBR}{m})，与加速电压U无关，B错误，C正确；功率(P=nqU)（n为单位时间加速粒子数），电流(I=nq)，则(P=UI)，D正确。答案：CD10.磁场对带电小球的作用两超导环水平放置，电流等大反向，绝缘管道固定于环间，带正电小球沿管切向运动。下列说法正确的是（）A.速度逐渐减小B.速度逐渐增加C.弹力不一定指向圆心D.弹力可能沿半径向外解析：两环电流反向，环间磁场方向竖直向下（由安培定则判断），小球带正电，速度沿切线方向，洛伦兹力(f=qvB)，方向由左手定则指向圆心，充当向心力，弹力与洛伦兹力合力提供向心力，即(N+qvB=m\frac{v^2}{r})；若(qvB=m\frac{v^2}{r})，弹力N=0；若(qvB>m\frac{v^2}{r})，弹力N向外，C、D正确；洛伦兹力不做功，速度大小不变，A、B错误。答案：CD二、多选题（共5小题，每题5分，共25分）11.复合场中的粒子运动平面直角坐标系中，第一象限有匀强电场，第二象限（除△AOC）有垂直向外的磁场B。粒子从AC边界以相同方向入射，均从C点（0，L）平行x轴飞出，其中从A入射的粒子到达x轴D点时速度与x轴成60°，大小不变。已知θ=60°，下列说法正确的是（）A.粒子带正电B.电场方向竖直向上C.粒子在磁场中运动半径为(\frac{2L}{\sqrt{3}})D.D点到O点距离为(\frac{2L}{\sqrt{3}})解析：电性判断：粒子在第二象限磁场中向右偏转，由左手定则带正电，A正确；电场方向：粒子在电场中速度大小不变，电场力做功为零，电场方向垂直速度方向，即竖直向上，B正确；轨道半径：粒子从AC边界入射，出射方向平行x轴，由几何关系，圆心在y轴上，半径(r\cos30°=L)，得(r=\frac{2L}{\sqrt{3}})，C正确；D点位置：粒子在电场中做类平抛运动，竖直方向位移(L=v\sin60°·t)，水平方向位移(x=v\cos60°·t+\frac{1}{2}at^2)，由动能定理(qEd=0)（速度大小不变），得电场力与位移垂直，D点到O点距离为(\frac{2L}{\sqrt{3}})，D正确。答案：ABCD12.安培力的叠加三根平行长直导线a、b、c通以等大电流I，间距均为d，a、c电流向上，b向下，下列说法正确的是（）A.a所受安培力方向向左B.b所受安培力大小为(\frac{\mu_0I^2}{2\pid})C.c所受安培力大小为(\frac{\sqrt{3}\mu_0I^2}{2\pid})D.若增大b的电流，a、c相互吸引解析：安培力方向：a受到b的排斥力（反向电流）向左，受到c的吸引力（同向电流）向右，因距离相同，b对a的力(F_{ba}=\frac{\mu_0I^2}{2\pid})，c对a的力(F_{ca}=\frac{\mu_0I^2}{4\pid})，合力向左，A正确；b的受力：a、c对b均为吸引力，方向竖直向下，合力(F_b=2×\frac{\mu_0I^2}{2\pid}×\cos30°=\frac{\sqrt{3}\mu_0I^2}{2\pid})，B错误；c的受力：与a对称，合力向右，大小与a相同，C错误；电流变化：a、c电流同向，始终相互吸引，D正确。答案：AD13.带电粒子在磁场中的临界问题宽度为d的有界匀强磁场，磁感应强度B，方向垂直纸面向里。粒子以速度v垂直磁场入射，质量m，电荷量q，若粒子能从右边界射出，v应满足（）A.(v>\frac{qBd}{m})B.(v<\frac{qBd}{m})C.(v>\frac{qBd}{2m})D.与粒子入射点位置有关解析：粒子做匀速圆周运动，轨道半径(r=\frac{mv}{qB})，若从右边界射出，需满足(r>\frac{d}{2})（最小半径对应从边界中点射出），即(v>\frac{qBd}{2m})，C正确；若入射点不在中心，临界半径可能更小，D正确。答案：CD14.磁场中的能量转化金属棒ab沿导轨从静止开始下滑，导轨电阻不计，空间有垂直导轨平面的磁场。下列说法正确的是（）A.棒的加速度逐渐减小B.棒的机械能守恒C.电阻R上的发热量等于棒重力势能的减少量D.当棒匀速运动时，重力功率等于电阻发热功率解析：棒下滑时切割磁感线，产生感应电流，安培力(F_A=\frac{B^2L^2v}{R})，加速度(a=g\sinθ-\frac{B^2L^2v}{mR})，随v增大，a减小，A正确；安培力做功，机械能不守恒，B错误；由能量守恒，重力势能减少量等于动能增加量与电阻发热量之和，C错误；匀速时，重力功率(P_G=mgv\sinθ)，发热功率(P_R=F_Av=mgv\sinθ)，D正确。答案：AD15.霍尔效应的应用霍尔元件宽a、厚b、长c，通入电流I，垂直磁场B，霍尔电压U_H。下列说法正确的是（）A.U_H与I成正比B.U_H与B成正比C.载流子带正电时，上表面电势高D.霍尔电阻(R_H=\frac{U_H}{I}=\frac{B}{nqb})解析：霍尔电压(U_H=\frac{IB}{nqb})，与I、B成正比，A、B正确；载流子带正电时，由左手定则向上偏转，上表面电势高，C正确；霍尔电阻(R_H=\frac{U_H}{I}=\frac{B}{nqb})，D正确。答案：ABCD三、计算题（共3小题，共35分）16.安培力与力学综合（10分）倾角为30°的光滑导轨，间距L=0.5m，上端接电阻R=1Ω，空间有垂直导轨平面向上的磁场B=2T。质量m=0.1kg的金属棒从静止释放，下滑距离x=1m时速度v=2m/s。求：（1）此时棒的加速度；（2）电阻R产生的热量。解析：（1）感应电动势(E=BLv=2×0.5×2=2V)，电流(I=\frac{E}{R}=2A)，安培力(F_A=BIL=2×2×0.5=2N)；由牛顿第二定律(mg\sin30°-F_A=ma)，得(a=\frac{0.1×10×0.5-2}{0.1}=-15m/s^2)（负号表示减速）；（2）由能量守恒(mgx\sin30°=\frac{1}{2}mv^2+Q)，得(Q=0.1×10×1×0.5-0.5×0.1×4=0.5-0.2=0.3J)。答案：（1）-15m/s²；（2）0.3J17.带电粒子在组合场中的运动（12分）如图，加速电场电压U₁=100V，偏转电场电压U₂=200V，板长L=0.1m，间距d=0.05m，偏转电场右侧有垂直纸面向里的磁场B=0.5T。一质子（m=1.67×10⁻²⁷kg，q=1.6×10⁻¹⁹C）从静止开始加速，求：（1）质子进入偏转电场时的速度；（2）质子离开偏转电场时的偏移量；（3）质子在磁场中运动的半径。解析：（1）加速过程(qU₁=\frac{1}{2}mv₀²)，得(v₀=\sqrt{\frac{2qU₁}{m}}=\sqrt{\frac{2×1.6×10⁻¹⁹×100}{1.67×10⁻²⁷}}≈4.38×10⁵m/s)；（2）偏转电场中加速度(a=\frac{qU₂}