高考物理 模拟新题精选分类解析（第5期）专题09 磁场

2013年高考物理模拟新题精选分类解析（第5期）专题09磁场1．（2013深圳市南山区期末）指南针是我国古代的四大发明之一。当指南针静止时，其N极指向如图虚线（南北向）所示，若某一条件下该指南针静止时N极指向如图实线（N极东偏北向）所示。则以下判断正确的是Ａ．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有东向西的电流Ｂ．可能在指南针上面有一导线东西放置，通有西向东的电流Ｃ．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有北向南的电流Ｄ．可能在指南针上面有一导线南北放置，通有南向北的电流2．（2013福建省龙岩市质检）已知龙岩市区地磁场的磁感应强度B约为4.0×10-5T，其水平分量约为3.0×10-5T，。若龙岩市区一高层建筑安装了高50m的竖直金属杆作为避雷针，在某次雷雨天气中，当带有正电的乌云经过避雷针的上方时，经避雷针开始放电，某一时刻的放电电流为1.0×105A，此时金属杆受到地磁场对它的安培力方向和大小分别为A、方向向东，大小约为150NB、方向向东，大小约为200NC、方向向西，大小约为150ND、方向向西，大小约为200N3．（2013上海市奉贤区期末）如图所示线框abcd在竖直面内，可以绕固定的轴转动。现通以abcda电流，要使它受到磁场力后，ab边向纸外，cd边向纸里转动，则所加的磁场方向可能是（）（A）垂直纸面向外（B）竖直向上（C）竖直向下32\n（D）在上方垂直纸面向里，在下方垂直纸面向外4．（2013广东省韶关市一模）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，a、b分别与高频交流电源两极相连接，下列说法正确的是abＤ2Ｄ1∽A．离子从磁场中获得能量B．带电粒子的运动周期是变化的C．离子由加速器的中心附近进入加速器D．增大金属盒的半径粒子射出时的动能不变答案：C5.（2013四川省宜宾市一诊）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要仪器，它的构造原理如图所示。从粒子源S处放出的速度大小不计、质量为m、电荷量为q的正离子，经电势差为U的加速电场加速后，垂直进入一个磁感应强度为B的匀强磁场后到达记录它的照相底片P上。试问：（1）若测得离子束流的电流为I，则在离子从S1处进入磁场到达P的时间内，射到照相底片P上的离子的数目为多少？（2）若测得离子到达P上的位置到入口处S1的距离为a，且已知q、U、B，则离子的质量m为多少？（3）假如离子源能放出氕（H）、氘（H）、氚（H）三种离子，质谱仪能够将它们分开吗？32\n由此式可知，经同一加速电场加速后进入同一偏转磁场，离子在磁场中运动的半径与离子的质量和电荷量的比值有关，该质谱仪的离子源能放出的氕（H）、氘（H）、氚（H）三种离子的质量和电荷量的比值分别为1、2、3，所以质谱仪能够将它们分开。6.（2013年重庆市期末）如图所示，边长为L的正方形PQMN区域内（含边界）有垂直于纸面向外的匀强磁场，左侧有水平向右的匀强电场，场强大小为E。质量为m、电荷量为q的带正电粒子从O点由静止开始释放，OPQ三点在同一水平直线上，OP=L，带电粒子恰好从M点离开磁场，不计带电粒子重力，求：（1）磁感应强度大小B；（2）粒子从O点运动到M点经历的时间；32\n（3）若磁场磁感应强度可调节（不考虑磁场变化产生的电磁感应），带电粒子从边界NM上的O’点离开磁场，O’与N点距离为L/3，求磁场磁感应强度的可能数值。（2）设粒子在匀强电场中运动时间为，有（2分）粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动周期，运动时间为解得：（2分）粒子从O点运动到M经历的时间（2分）（3）若粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径为，且由几何关系得：解得：由得：（2分）32\n7.（12分）（2013福建省厦门市期末）如图所示，MN为两平行金属板，O、O＇为两金属板中心处正对的两个小孔，N板的右侧空间有磁感应强度大小均为B且方向相反的两匀强磁场区，图中N板与虚线CD、PQ为两磁场边界线，三条界线平行，两磁场区域的宽度分别为d和3d，沿边界线方向磁场区域足够大。在两金属板上加上大小可调节的直流电压，质量为m、电量为－q的带电粒子（重力不计）；从O点由静止释放，经过MN板间的电场加速后，从O＇沿垂直于磁场方向射入磁场，若粒子能穿过CD界并进入CD右侧磁场但不能穿过PQ界，最终打到N板而结束运动，试求：（1）粒子要能穿过CD界并进入CD右侧磁场，MN板间的电压至少要大于多少；（2）粒子不穿过PQ界，粒子从O射入磁场所允许的最大速率；（3）最大速率射入磁场的粒子在磁场中运动的总时间。解析：（1）设MN之间电压为U0时，粒子在CD左侧磁场中运动的圆弧与CD界相切，如图①，有：粒子经电场加速：qU0=mv02，在磁场中运动的圆周半径：r0=d。qBv0=m，由上述各式联立解得：U0=。32\n8．(20分)（2013山东省济宁市期末）如图所示，K与虚线MN之间是加速电场。P、Q是两平行极板，提供偏转电场，极板间的距离及板长均为d，右侧紧挨匀强磁场，磁场宽度为，最右侧是荧光屏。图中A点与O点的连线垂直于荧光屏。一带正电的粒子由静止被加速，从A点离开加速电场，垂直射入偏转电场，离开偏转电场后进入匀强磁场，最后恰好垂直地打在图中的荧光屏上。已知加速电压为，偏转电压，磁场区域在竖直方向足够长，磁感应强度为B，不计粒子的重力。求：(1)粒子穿出偏转电场时的速度偏转角；(2)粒子的比荷。(3)若磁场的磁感应强度可从0逐渐增大，则荧光屏上出现的亮线长度是多少?32\n在磁场中：qvB=m由几何关系：d=Rsin45°求得粒子的比荷：=（3）当磁感应强度为零时，带电粒子从C点射出沿直线打到荧光屏上D点，为带电粒子打到荧光屏上的最低点。则：O’D=dtan45°=d。当磁感应强度增加到一定程度，使带电粒子刚好和荧光屏相切时，为带电粒子打到荧光屏上的最高点。由几何关系：d=r+rcos45°=（+1）r32\nO’F=rsin45°=(2-)d。荧光屏上出现的亮线长度是：FD=O’F+O’D=2d。9．（18分）（2013山西省长治期末）如图a，间距为d的平行金属板MN与一对光滑的平行导轨相连，平行导轨间距L=，一根导体棒ab以一定的初速度向右匀速运动，棒的右端存在一个垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。棒进入磁场的同时，粒子源P释放一个初速度为零的带电粒子，已知带电粒子质量为m，电荷量为q，粒子能从N板加速到M板，并从M板上的一个小孔穿出。在板的上方，有一个环形区域内存在磁感应强度大小也为B，垂直纸面向外的匀强磁场。已知外圆半径为2d，内圆半径为d，两圆的圆心与小孔重合（粒子重力不计）。（1）判断带电粒子的正负，并求当ab棒的速度为vo时，粒子到达M板的速度v；（2）若要求粒子不能从外圆边界飞出，则ab棒运动速度v0的取值范围是多少？（3）若棒ab的速度，为使粒子不从外圆飞出，可通过控制导轨区域磁场的宽度S（如图b），则该磁场宽度S应控制在多少范围内？32\n解：（1）根据右手定则知，a端为正极，故带电粒子必须带负电（2分）ab棒切割磁感线，产生的电动势　　　　（1分）对于粒子，由动能定理　　　（2分）得粒子射出电容器的速度为　（1分）10．（2013年浙江省宁波市期末）如图所示，在矩形区域内有垂直于纸平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B=5.0×10-2T，矩形区域长为m，宽为0．2m，在AD边中点O处有一放射源，某时刻，放射源沿纸面向磁场中各方向均匀地辐射出速率均为v=2×l06m32\n/S的某种带正电粒子，带电粒子质量m=1．6×10-27kg．电荷量为q=+3．2×l0-19C（不计粒子重力），求：（1）带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为多大？（2）从BC边界射出的粒子中，在磁场中运动的最短时间为多少？（3）若放射源向磁场内共辐射出了N个粒子，求从CD边界射出的粒子有多少个？（3）判断从O点哪些方向射入磁场的粒子将会从CD边射出，如图为两个边界。当速度方向满足一定条件时，粒子将从D点射出磁场。因为OD=m，且R=0.2m，所以∠OO2D=2π/3.此时射入磁场的粒子速度方向与OD夹角为π/3.当轨迹圆与BC边相切时，因为CD=0.2m，且R=0.2m，所以圆心O1在AD边上。32\n11．（18分）（2013广东省珠海市期末）如图所示，在平面直角坐标系xoy的第四象限有垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m=5．0×10-8kg、电量为q=1．0×l0-6C的带电粒子．从静止开始经U0=10V的电压加速后，从P点沿图示方向进入磁场，已知OP=30cm，（粒子重力不计，sin37°=0．6，cos37°=0．8），求：（1）带电粒子到达P点时速度v的大小（2）若磁感应强度B=2.0T，粒子从x轴上的Q点离开磁场，求QO的距离（3）若粒子不能进入x轴上方，求磁感应强度B′满足的条件。解：（1）对带电粒子的加速过程，由动能定理（4分）代入数据得：（2分）32\n12．（18分）（2013山东省淄博市实验中学期末）如下图甲所示，真空中两水平放置的平行金属板C、D，上面分别开有正对的小孔O1和O2，金属板C、D接在正弦交流电源上，C、D两板间的电压UCD随时间t变化的图线如图（乙）所示。t=0时刻开始，从D板小孔O1处连续不断飘入质量为m=3.2×10－25kg、电荷量q=1.6×10－19C的带正电的粒子（设粒子飘入速度很小，可视为零）。在C板外侧有以MN为上边界CM为左边界的匀强磁场，MN与C金属板相距d=10cm，O2C的长度L=10cm，匀强磁场的大小为B=0.1T，方向如图（甲）所示，粒子的重力及粒子间相互作用力不计，平行金属板C、D之间的距离足够小，粒子在两板间的运动时间可忽略不计。求：（1）带电粒子经小O2进入磁场后，能飞出磁场边界MN的最小速度为多大？（2）从0到0.04s末时间内哪些时间段飘入小O1的粒子能穿过电场并飞出磁场边界MN。32\n（3）磁场边界MN有粒子射出的长度范围。（计算结果保留一位有效数字）32\n×××××××××××××××●OP●MNB13．（16分）（2013江苏南京盐城一模）如图所示，在半径为的圆形区域内有水平向里的匀强磁场，磁感应强度B，圆形区域右侧有一竖直感光板，从圆弧顶点P以速率的带正电粒子平行于纸面进入磁场，已知粒子的质量为m，电量为q，粒子重力不计。⑴若粒子对准圆心射入，求它在磁场中运动的时间；⑵若粒子对准圆心射入，且速率为，求它打到感光板上时速度的垂直分量；⑶若粒子以速度从P点以任意角入射，试证明它离开磁场后均垂直打在感光板上。解析（1）设带电粒子进入磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为，由牛顿第二定律得×××××××××××××××●OP●MNO1Q带电粒子在磁场中的运动轨迹为四分之一圆周，轨迹对应的圆心角为，如图所示，则32\n14．(16分)（2013江苏省徐州期末）如图甲所示，在轴右侧加有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度=1T。从原点处向第Ⅰ象限发射一比荷=1×104C/kg的带正电的粒子(重力不计)，速度大小=103m/s，方向垂直于磁场且与轴正方向成300角。(1)求粒子在该匀强磁场中做匀速圆周运动的半径和在该磁场中运动的时间。(2)若磁场随时间变化的规律如图乙所示(垂直于纸面向外为正方向)，s后空间不存在磁场．在=0时刻，粒子仍从点以与原来相同的速度射入，求粒子从点射出后第2次经过轴时的坐标。32\n（2）磁场变化的半周期为32\ndvyPxOQθ第25题图15．（18分）（2013贵州六校联考）如图，在0≤x≤d的空间，存在垂直xOy平面的匀强磁场，方向垂直xOy平面向里。y轴上P点有一小孔，可以向y轴右侧垂直于磁场方向不断发射速率均为v、与y轴所成夹角θ可在0~1800范围内变化的带负电的粒子。已知θ=450时，粒子恰好从磁场右边界与P点等高的Q点射出磁场，不计重力及粒子间的相互作用。求：（1）磁场的磁感应强度；（2）若θ=300，粒子射出磁场时与磁场边界的夹角（可用三角函数、根式表示）；yxOPvQdθM（3）能够从磁场右边界射出的粒子在磁场中经过的区域的面积（可用根式表示）。【答案】见解析【解析】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，设粒子的轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B,则qvB=m……………………………（3分）32\n如图，由几何关系d=2Rcos450………………………..（3分）解得B=………………………….（2分）16.（2013年2月广东省名校质检）如图a所示，水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场，现将一重力不计、比荷q/m=106C/kg的正电荷置于电场中的O点由静止释放，经过π/15×10-5s后，电荷以v0=1.5×l04m/s的速度通过MN进入其上方的匀强磁场，磁场与纸面垂直，磁感应强度B按图b所示规律周期性变化（图b中磁场以垂直纸面向外为正，以电荷第一次通过MN时为t=0时刻）。求：（1）匀强电场的电场强度E；32\n（2）图b中时刻电荷与O点的水平距离；（3）如果在O点右方d=68cm处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间。（sin37°=0.60，cos37°=0.80）故电荷从t=0时刻开始做周期性运动，其运动轨迹如图所示。时刻电荷与O点的水平距离：Δd==4cm。（3）（6分）电荷从第一次通过MN开始，其运动的周期为：，根据电荷的运动情况可知，电荷到达档板前运动的完整周期数为15个，有：电荷沿ON运动的距离：s=15Δd=60cm，故最后8cm的距离如图所示，有：32\n，17．（2013江苏名校质检）如图甲所示，偏转电场的两个平行极板水平放置，极板长L=0.08m，板距足够大，两板的右侧有水平宽度d=0.06m、竖直长度足够大的有界匀强磁场，一个比荷为的带负电粒子（其重力不计）以速度从两板中间沿与板平行的方向射入偏转电场，进入偏转电场时，偏转电场的场强恰好按图乙所示的规律变化，粒子离开偏转电场后进入匀强磁场，最终垂直于磁场右边界射出.求：（1）粒子在磁场中运动的速率v；（2）粒子在磁场中运动的轨道半径R；（3）磁场的磁感应强度B。解析：(1)负电荷在偏转电场中的运动时间对比乙图,电荷在一个周期的第一个内有偏转电压,第二个时间内匀速直线运动,32\n合速度(进磁场的速度)18（2013广东省九校联考）（18分）如图所示，水平放置的两块长直平行金属板、相距，、间的电场强度为，板下方整个空间存在着磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里的匀强磁场。今有一质量为、电荷量为的带正电的粒子(不计重力)，从贴近板的左端以的初速度水平射入匀强电场，刚好从狭缝处穿过板而垂直进入匀强磁场，最后粒子回到板的处(图中未画出)。（1）判断a、b两板间电场强度的方向；（2）求粒子到达P处的速度与水平方向的夹角；（3）求、之间的距离（结果可保留根号）。32\n19.（2013福建省龙岩市质检）如图所示，水平放置的M、N两平行板相距为d=0.50m，板长为L=1m，，两板间有向下的匀强电场，场强E=300.0N/C，紧靠平行板右侧边缘的xoy直角坐标系以N板右端为原点，在xoy坐标系的第一象限内有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感强度B=×10-2T，磁场边界OA与x轴夹角∠AOx=60°，现有比荷为×106C/kg的带电粒子（重力不计），沿靠近M板的水平线垂直电场方向进入电场，离开电场后垂直于OA边界进入磁场区域，求：（1）带电粒子进入电场时的初速度v0；（2）带电粒子从进入电场到离开磁场的总时间。32\n运动时间（1分）粒子进入磁场后的轨道半径为R，（1分）由（1分）由正弦定理有得（1分）由此可知，带电粒子在磁场中的偏转角度为30°（1分）由在磁场中的运动时间为（1分）32\n则总运动时间为（1分）20.（2013广东省惠州市调研）(18分）如图所示，一个板长为l,板间距离也是l的平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，在极板右边的空间里存在着垂直于纸面向里的匀强磁场。有一质量为m，重力不计，带电量-q的粒子从极板正中以初速度为v0水平射入，恰能从上极板边缘飞出又能从下极板边缘飞入，求：(1)两极板间匀强电场的电场强度E的大小和方向(2)-q粒子飞出极板时的速度v的大小与方向(3)感应强度B的大小解：(1)由于上板带正电，下板带负电，故板间电场强度方向竖直向下-q粒子在水平方向上匀速运动，在竖直方向上匀加速运动其中解得，(2)设粒子飞出板时水平速度为vx，竖直速度为vy，水平偏转角为θvx=v0，，，可得θ=450，(3由几何关系易知洛伦兹力提供向心力32\n得21．（12分）（2013北京市东城区联考）如图20所示，在纸面内建立直角坐标系xOy，以第Ⅲ象限内的直线OM（与负x轴成45°角）和正y轴为界，在x＜0的区域建立匀强电场，方向水平向左，场强大小E=0．32V/m；以直线OM和正x轴为界，在y＜0的区域建立垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B=0．1T，一不计重力的带负电粒子，从坐标原点O沿y轴负方向以v0=2×103m/s的初速度射入磁场，已知粒子的比荷为q/m=5×106C/kg，求：（1）粒子第一次经过磁场边界时的位置坐标（2）粒子在磁场区域运动的总时间（3）粒子最终离开电磁场区域时的位置坐标（2）设粒子在磁场中做圆周运动的周期为T，则，…………………．．2分其中，…………………．．1分代入数据解得：，所以。．．1分（3）粒子从C点沿y轴正方向进入电场，做类平抛运动，则32\n22.（2013安徽省名校联考）如图所示，水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场，场强E=0.1π×104N/C。现有一个重力不计、比荷q/m=106C/kg的正电荷从电场中的O点由静止释放，经过t0=1×10-5s后，通过MN上的P点进入其上方的匀强磁场区域。磁场垂直于纸面向外。以电荷第一次通过MN时开始计时，磁感应强度B按图乙所示规律周期性变化。求：（1）电荷进入磁场时的速度v0.（2）图乙中t=2×10-5s时刻电荷与P点的距离。（3）如果在P点右方d=105cm处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从O点出发运动到挡板所需的时间。．解析：⑴电荷在电场中做匀加速直线运动，（2分）（1分）代入数据解得：v0=×l04m／s（2分）32\n23.（12分）（2013年山东省济南市期末）如图所示，MN在左侧有场强大小为E、方向下且与MN平行的匀强电场，MN的右侧存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，虚线PQ为磁场右边界，PQ与MN平行。现有一质量为m电荷量为-q的带电粒子，从电场中的a点以初速度vo沿垂直电场和磁场的方向正对MN上的O点运动，然后MN上的b点进入磁场。已知oa=2ob,磁场宽度不计带电粒子的重力。求：32\n（1）O、a间的距离L（2）粒子在磁场中运动的时间t解得………………………………………1分24.(18分)32\n（2013山东省即墨市期末）如图所示，位于A板附近的放射源P连续释放出质量分别为m和2m、电荷量均为+q的a、b两种粒子，它们从静止开始经极板A、B间电场加速后，沿中心轴线方向进入平行极板M、N间的偏转电场，飞出偏转电场后进入右侧的有界匀强磁场，最后打在位于磁场边界上的荧光屏上并产生光斑(荧光屏的下端位于中心轴线上）.已知A、B问电压为;极板M、N长为L，间距为，也板间电压为，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里，磁场的左边界与中心轴线垂直.不计粒子的重力及其相互间的作用.求(1)两种粒子射入偏转电场时的初速度;(2)两种粒子离开偏转电场时的偏转距离和偏转角度的正切值;(3)实验发现，荧光屏上出现了两个光斑，求这两个光斑间的距离.（2）设a粒子在偏转电场中的骗局为y，偏角为，有（2分）（1分）（1分）32\n（1分）解得：（1分）（1分）可见偏距和偏角与粒子本身无关，两种粒子偏距和偏角相同．25（2013江苏省苏州市调研）如图所示为一种获得高能粒子的装置．环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调的均匀磁场．质量为m、电荷量为+q的粒子32\n可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势为零，每当带电粒子经过A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而绕行半径R不变．（设极板间距远小于R）（1）设t=0时，粒子静止A板小孔处，经电场加速后，离开B板在环形磁场中绕行，求粒子绕行第1圈时的速度v1和磁感应强度B1。．求粒子绕行n圈回到M板时的速度大小vn；（2）为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，求粒子绕行n圈所需的总时间t。（3）在粒子绕行的整个过程中，A板电势是否可以始终保持为+U？为什么？（2）t1=S/v1，t2=S/v2，······tn=S/vn，由动能定理，v1=。v2=。···vn=。S=2πR。t=t1+t2+···tn联立解得：t=2πR(1+++```+).（3）不可以。因为这样粒子在A、B之间飞行时电场力做功+qU，使之加速，在A、B之外飞行时，电场由对其做功-qU使之减速。粒子绕行一周，电场力对其做功为零，能量不会增大。32\n32