专题10 磁场 题组3 -【高考密码】备战2025年高考物理2020-2024五年真题分类汇编

详解答案 6 5.A AB.由题意知当质子射出后先在MN左侧运动,刚射出 时根据左手定则可知在MN受到y轴正方向的洛伦兹力,即 粒子穿过y轴正半轴离开磁场,其在磁场中做园周运动的 在MN左侧会向y轴正方向偏移,做匀速圆周运动,y轴坐 园心在y轴正半轴上,半径应满足R<h ③ 标增大;在MN右侧根据左手定则可知洛伦兹力反向,质子 由题意,当粒子的半径为人时,磁感应强度最小,由此得 在v轴正方向上做减速远动,故A正确,B错误; ④ CD.根据左手定则可知质子在整个运动过程中都只受到平 行于xOy平面的洛伦兹力作用,在:轴方向上没有运动,z (2)若磁感应强度大小为B,粒子 轴坐标不变,故CD错误,故选A. 6.C 通电导体周围存在磁场,并且对放入其中的通电导体有 做圈周运动的圆心仍在y轴正半 力的作用,结合右手蝶旋定则和左手定则得同向电流相互吸 轴上,由②④式可得,此时圆张半 引,反向电流相互排斥,结合中心电流远大于周围的电流,故 径R-2h 周围的导线间的相互作用可以忽略不计,那么左右侧的导线 受到中心导线的吸引力,上下导线受到中心导线的排斥力, , 运动轨迹如图所示,设粒子在P 故弹性长管左右变帘,上下变宽,C正确,ABD错误. 点的运动方向与工轴正方向的夹 7.D一根直导线中的电流随时间均匀增加,则其周围空间形 角为a,由几何关系得sina-一寸 成的磁场随时间变化,且该磁场为非匀强磁场,D正确,ABC 错误。 对。_ 8.解析(1)由题知,入射速度为v时,电子沿工轴做直线运 动则有Ee一eoB 解得E=vB 由几何关系可得,P点与x轴的距离y一2h(1一cosq) (2)电子在竖直向下的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强 联立⑧武得y-(2-③)h. 磁场的复合场中,由于洛伦兹力不做功,且由于电子入射速 (2)π (2-③h 度为,则电子受到的电场力大于洛伦兹力,则电子向上偏 题组三 )#(),得 转,根据动能定理有 1.D 设样品每平方米载流子(电子)数为n,电子定向移动的 速率为v,则时间:内通过样品的电荷量a一nervt,根据电流 的定义式得I一一neo,当电子稳定通过样品时,其所受电 (3)若电子以o入射时,设电子能达到的最高点位置的纵坐 标为y,则根据动能定理有eEy--m--m?} 由于电子在最高点与在最低点所受的合力大小相等,则在最 结合题图(b)可知-I88×10-3 高点有F-ev B-eE 320X10V/T,解得-2.3 在最低点有F-eE一eoB 101*,D正确。 2.ACD 若粒子穿过ad边时速度方向与ad边夫角为45{,则 2m(0- 粒子必经过cd边,作出粒子运动轨迹图,如图甲所示,粒子 从C点垂直于BC射出,A、C正确;当粒子穿过ad边速度方 eB 要让电子达级坐标y位置,即y→y: 向与ad边夹角为60{时,若粒子从cd边再次进磁场,作出粒 nn 子运动轨迹如图乙所示,则粒子不能垂直BC射出,若粒子经 解 bc边再次进入磁场,作出粒子运动轨迹如图丙所示,则粒子 一定垂直BC边射出,B错误,D正确。 则若电子入射速度在0{\范围内均匀分布,能到达缀 答案(1)tB;(2)32.(3)90% 3no 9.解析 (1)设板间距离为d,则板长为/③d,带电粒子在板间 得_ 根据牛顿第二定律得,电场力提供加速度qE一ma ☆ 乙 设粒子在平板间的运动时间为t,根据类平抛运动的运动规 律得号-ar,v3d-#o 联立解得Um} 3 #an_ (2)设粒子出电场时与水平方向夹角为a,则有 故- 丙 _2。 3.C 因bc段与磁场方向平行,则不受安培力;ab段与磁场方 则出电场时粒子的速度为o- 向垂直,则受安培力为F.-BI·21-2BIl cos 则该导线受到的安培力为2Bll 粒子出电场后沿直线做匀速直线运动,接着进入磁场,根据 故选C 牛顿第二定律,洛伦兹力提供匀速圆周运动所需的向心力得 4.D 由左手定则可知,直导线所受安培力与轻绳垂直,由平衡 B-n 条件有轻绳拉力F= (mg){}-(BIL),BIL一mgsinθ,则 r sin一B_L.BC错误,D正确. 解得,-mo_2、3mo B3qB ng 169 五年高考真题 分类集训 物理 设电子从Q点射出的动能为E.,由于电子每次进入电场, 电场力做功为eU,电子进入磁场,洛伦兹力不做功,电子从 粒子沿PO方向射入磁场即沿半径方向射入磁场,故粒子将 入射到出射过程,由动能定理可得E.一8eU⑧ 沿半径方向射出磁场,粒子射出磁场时与射入磁场时运动方 (2)设电子在I区运动时的速度为\,根据动能定理可得 向的夹角为8,则粒子在磁场中运动圆孤轨迹对应的园心角 e+2e-1 也为8,由几何关系可得0-2a一哥 设电子在I区运动的轨道半径为r, I区 故粒子射出磁场时与射入磁场时运动方向的夹角为三 由洛伦慈力提供向心力,满足关系 或60”; 设电子在I区运动的轨道半径的最 大值为rm,由图乙,根据几何关系可 得(③R-r)?一,+R^ 电子不与外边界相碰的条件是 3R rm 乙 联立上述方程可得走的最大值为 -13③ 11.解(1)设粒子经加速电场到b孔的速度大小为o,粒子在 。 (3)带电粒子在该磁场中运动的半径与圆形磁场半径关系为 区域I中,做匀速圈周运动对应圈心角为a,在M、N两全 r一③R,根据几何关系可知,带电粒子在该磁场中运动的轨 迹一定为劣张,故劣强所对应轨迹圈的弦为磁场圈的直径时 属板间,由动能定理得qU-m}①# 粒子在磁场中运动的时间最长,则相对应的运动轨迹和弦以 及圈心M的位置如图所示: 在区域I中,粒子做匀速圈周运动,磁场力提供向心力,由 牛顿第二定律得qreB-mKR _{ ② 联立①②式得R-2mg ③ D” qB 由几何关系得^2十(R-L)?-R^} ④ #osR- B sin-R 答案 (③)一 _..... (2)设区域lI中粒子沿:轴方向的分速度为v。,沿工轴正方 向加速度大小为a,位移大小为工,运动时间为!, p& 由牛领第二定律得qE一ma ⑧ 粒子在一轴方向做匀速直线运动:由运动合成与分解的规 律得.=ucosa d-vf 粒子在x方向做初速度为零的匀加速直线运动,由运动学 公式得:-a^{②} 10.解 (1)设电子入射到I区时的速度为o,根据动能定理可 得2e-m}① 联立①②式得x= mdE 2B 设I区磁感应强度为B,电子在I区运动的轨道半径为 (3)设粒子沿y方向偏离2轴的距离为y,其中在区域l中 沿y方向偏离的距离为y',由运动学公式得 , y'-utsina ③ ③ 由图甲,根据几何关系可得r.-Rtan22.5*-0.4R 由题意得y-L十y'③ 联立①④式得 I区 y_R-VR{-+_d #VR- (4)s、52、5s分别对应氛核^{}H、氢核He、质子lH的位置 题组四 1.A 由左手定则知,图示左侧通电导线受到的安培力方向向 ~122.5 下,A正确;a、b两点磁感应强度大小相等、方向不同,故两点 -p__ 磁感应强度不同,B错误;磁感线是闭合曲线,故圆柱内磁感 3R 应强度不会处处为零,C错误;磁感线越密,磁感应强度越 甲 大,故c、d两点磁感应强度大小不相等,D错误。 m④ 2.D 区域I为速度选择器,由qvB.一qE可知,所选择出的速 所以,磁感应强度大小为B.一# 提供向心力qB。一m 二,粒子做匀速圆周运动的半径,- 设电子在I区中运动的时间为t,由几何关系可得 11-T #以一## 边界(CF)进出磁场时出,入速度与边界夹角相等可知此时 圆弦所对的圆心角为90”,半径为,-.若区域I的磁感应 170专题十 D 磁场 题组三 易错记表: 用时:___ 一、选择题 C.若粒子经cd边垂直BC射出,则粒子穿过ad 1.(2024·江西卷)石墨 是一种由碳原子组成的 边时速度方向与ad边夹角必为45。 单层二维蜂窝状晶格结构新材料,具有丰富的电 D.若粒子经bc边垂直BC射出,则粒子穿过ad 学性能。现设计一电路测量某二维石墨 样品 边时速度方向与ad边夹角必为60 的载流子(电子)浓度。如图(a)所示,在长为a 3.(2023·江苏卷)如图所示,匀强 宽为6的石墨表面加一垂直向里的匀强磁场 磁场的磁感应强度为B.L.形导 磁感应强度为B,电极1、3间通以恒定电流1.电 线通以恒定电流I,放置在磁场 极2、4间将产生电压U。当I-1.00×10A 中.已知ab边长为2/,与磁场方 时,测得U一B关系图线如图(b)所示,元电荷e 向垂直,bc边长为/,与磁场方向 -1.60×10-1C,则此样品每平方米载流子数最 平行,该导线受到的安培力为 A.0 B.BI C.2BI1 接近 D.5B1 ( ) 4.(2022·湖南卷)如图(a).直导线MN被两等长 且平行的绝缘轻绳悬挂于水平轴OO上,其所在 ·2 区域存在方向垂直指向OO的磁场,与OO距离 ×xxxxx 相等位置的磁感应强度大小相等且不随时间变 Xx ×x x 1 化,其截面图如图(b)所示,导线通以电流1.静 , 止后,悬线偏离竖直方向的夹角为9.下列说法正 确的是 _→ - l(a) o(0) 0 U/mV 80 左 #_ 工 图a) 60 图(b) A.当导线静止在图(a)右侧位置时,导线中电流 方向由N指向M B.电流I增大,静止后,导线对悬线的拉力不变 C.tane与电流I成正比 50 100 150 200 250 300 R/mT D.sin与电流I成正比 图(b) 5.(2022·广东卷)如图所 t A.1.7×101 B.1.7X1015 示,一个立方体空间被 C.2.3×1020 D.2.3×1016 对角平面MNPQ划分 成两个区域,两区域分 2.(2024·河北卷)(多选)如 质了 ...... 图,真空区域有同心正方形 布有磁感应强度大小相 ABCD和abcd,其各对应边 等、方向相反且与:轴平 行的匀强磁场,一质子 平行,ABCD的边长一定, 以某一速度从立方体左侧垂直Ov:平面进入磁 abcd的边长可调,两正方形 ....: 场,并穿过两个磁场区域.下列关于质子运动轨迹 之间充满恒定匀强磁场,方 在不同坐标平面的投影中,可能正确的是 ) 向垂直于正方形所在平面。 A处有一个粒子源,可逐个发射速度不等、比荷 相等的粒子,粒子沿AD方向进入磁场。调整 abcd的边长,可使速度大小合适的粒子经a边 穿过无磁场区后由BC边射出。对满足前述条 件的粒子,下列说法正确的是 ( A.若粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为 45*,则粒子必垂直BC射出 B.若粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为 60{},则粒子必垂直BC射出 55 五年高考真题 分类集训 物理 6.(2021·广东卷)截面为正方形的绝缘弹性长管 (3)若电子入射速度在0 <xo范围内均匀 中心有一固定长直导线,长管外表面固定着对称 位置的电子数N 分布,求能到达纵坐标y 5eB 分布的四根平行长直导线,若中心直导线通入电 占总电子数N。的百分比 流L,四根平行直导线均通入电流L.,I.>L.,电 流方向如图所示,下列截面图中可能正确表示通 电后长管发生形变的是 ( 。& ☆~ 1 ###。##。 A ) 9.(2023·辽宁卷)如图,水平放置的两平行金属板 7.(2021·上海卷)在一根电流随时间均匀增加的 间存在匀强电场,板长是板间距离的、/3倍,金属 ( 长直导线周围存在 ) 板外有一圆心为O的圆形区域,其内部存在磁感 A.恒定的匀强磁场 应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁 B.恒定的非匀强磁场 场,质量为n、电荷量为q(g>0)的粒子沿中线以 C.随时间变化的匀强磁场 速度v水平向右射入两板间,恰好从下板边缘 P点飞出电场,并沿PO方向从图中O点射入磁 D.随时间变化的非匀强磁场 3,不计粒子 2n 二、非选择题 场.已知园形磁场区域半径为 8.(2023·江苏卷)霍尔推进器某局部区域可抽象 重力. 成如图所示的模型,Oxv平面内存在竖直向下的 (1)求金属板间电势差U: 匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场,磁感 (2)求粒子射出磁场时与射入磁场时运动方向间 应强度为B.质量为n、电荷量为e的电子从O 的夹角; (3)仅改变圆形磁场区域的位置,使粒子仍从图 点沿:轴正方向水平入射,入射速度为v时,电 中Q点射入磁场,且在磁场中的运动时间最长. 子沿:轴做直线运动;入射速度小于v时,电子 定性画出粒子在磁场中的运动轨迹及相应的弦, 的运动轨迹如图中的虚线所示,且在最高点与在 标出改变后的圆形磁场区域的圆心M 最低点所受的合力大小相等,不计重力及电子间 相互作用. x x ×B x 士 x , x X 士 (1)求电场强度的大小E; 位置的纵坐标y; 56 专题十 磁场 10.(2021·广东卷)如图是一种花瓣形电子加速器 内分别充满沿x轴正方向的匀强磁场和匀强电 简化示意图,空间有三个同心圆a、b、c围成的 场,磁感应强度大小、电场强度大小分别为B和 区域,圆a内为无场区,圆a与圆5之间存在辐 E.一质量为n,电荷量为十a的粒子,从a孔飘 射状电场,圆6与圆c之间有三个圆心角均略 人电场(初速度视为零),经5孔进入磁场,过P 小于90的扇环形匀强磁场区I、II和III.各区 面上的c点(图中未画出)进入电场,最终打到 磁感应强度恒定,大小不同,方向均垂直纸面向 记录板Q上.不计粒子重力. 外,电子以初动能E。从圆6上P点沿径向进 人电场,电场可以反向,保证电子每次进入电场 即被全程加速,已知圆a与圆5之间电势差为 U.圆6半径为R,圆c半径为、3R,电子质量为 n,电荷量为e.忽略相对论效应,取tan22.5* 0.4. (1)当E。一0时,电子加速后均沿各磁场区边 缘进人磁场,且在电场内相邻运动轨迹的夹角6 均为45{,最终从Q点出射,运动轨迹如图中带 箭头实线所示,求I区的磁感应强度大小、电子 甲 在I区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动 能: (2)已知电子只要不与I区磁场外边界相碰,就 能从出射区域出射,当E。一keU时,要保证电 子从出射区域出射,求人的最大值 I I_ 乙 (1)求粒子在磁场中做园周运动的半径R以及 c点到:轴的距离L; II区 (2)求粒子打到记录板上位置的:坐标; (3)求粒子打到记录板上位置的y坐标(用R、d 表示); (4)如图乙所示,在记录板上得到三个点s、$2、 s3.若这三个点是质子 H、氛核 H、氢核He的 位置,请写出这三个点分别对应哪个粒子(不考 虑粒子间的相互作用,不要求写出推导过程) 11.(2020·山东卷)某型号质谱仪的工作原理如图 甲所示.M、N为竖直放置的两金属板,两板间 电压为U,Q板为记录板,分界面P将N、Q间 区域分为宽度均为d的I、I两部分,M、N、P Q所在平面相互平行,a、6为M、N上两正对的 小孔,以a、所在直线为:轴,向右为正方向, 取:轴与Q板的交点O为坐标原点,以平行于 Q板水平向里为:轴正方向,竖直向上为y轴 正方向,建立空间直角坐标系Oxyz.区域I、II 57