专题10 磁场（浙江专用）-【好题汇编】5年（2021-2025）高考1年模拟物理真题分类汇编

专题10 磁场 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点1 磁场与磁现象 2021、2022、2024 聚焦基础概念与模型分析。以磁电式电表为背景，考查磁场分布与安培力方向的判断，需结合左手定则和磁感线分布分析。计算题则常与力学、电磁学跨模块综合以 “质子束反射折射装置” 为背景，要求联立洛伦兹力公式与动量定理，分析带电粒子在磁场中的轨迹调控。实验题虽未直接考查磁场，但隐含相关分析 安培力与电磁感应：命题从单一通电导线扩展至多导体系统，通过正方形线框在变化磁场中的运动，要求联立法拉第电磁感应定律与焦耳定律计算安培力和发热功率。以 “电磁撬技术” 为情境，考查电磁感应与恒定电流的动态建模，涉及安培力与焦耳热的关联分析。、 带电粒子运动与能量转化：高频考点从匀速圆周运动扩展至复合场中的复杂轨迹，需综合应用动能定理与运动分解。要求结合半衰期模型推导核反应方程，并利用磁场确定粒子电性与动量。 磁场叠加与边界条件：命题注重磁场分布的空间分析。 考点2 安培力 2021、2022、2023、2024、2025 考点3 洛伦兹力 2024 考点4 带电粒子在磁场中的运动 2022、2023 考点5 带电粒子在复合场中的运动 2021、2022、2023、2024、2025 考点01 磁场与磁现象 1．（2024·浙江·1月选考）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 【答案】A 【详解】A．由左手定则可知，图示左侧通电导线受到安培力向下，选项A正确；     B．a、b两点的磁感应强度大小相同，但是方向不同，选项B错误； C．磁感线是闭合的曲线，则圆柱内的磁感应强度不为零，选项C错误； D．因c点处的磁感线较d点密集，可知 c点的磁感应强度大于d点的磁感应强度，选项D错误。 故选A。 2．（2022·浙江·6月选考）下列说法正确的是（   ） A．恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用 B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向 C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流最大 D．升压变压器中，副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率 【答案】B 【详解】A．恒定磁场对速度不平行于磁感线的运动电荷才有力的作用，A错误； B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向，B正确； C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流为0，C错误； D．根据变压器的原理可知，副线圈中磁通量的变化率小于或等于原线圈中磁通量的变化率，D错误。 故选B。 3．（2021·浙江·1月选考）如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是（　　） A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场 B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场 C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场 D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场 【答案】B 【详解】根据螺线管内部的磁感线分布可知，在螺线管的内部，越接近于中心位置，磁感线分布越均匀，越接近两端，磁感线越不均匀，可知螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场。 故选B。 考点02 安培力 4．（（2025·浙江·1月选考）如图所示，接有恒流源的正方形线框边长、质量m、电阻R，放在光滑水平地面上，线框部分处于垂直地面向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。以磁场边界CD上一点为坐标原点，水平向右建立轴，线框中心和一条对角线始终位于轴上。开关S断开，线框保持静止，不计空气阻力。 (1)线框中心位于，闭合开关S后，线框中电流大小为I，求 ①闭合开关S瞬间，线框受到的安培力大小； ②线框中心运动至过程中，安培力做功及冲量； ③线框中心运动至时，恒流源提供的电压； (2)线框中心分别位于和，闭合开关S后，线框中电流大小为I，线框中心分别运动到所需时间分别为和，求。 【答案】(1)①2BIL；②，；③ (2)0 【详解】（1）①闭合开关S瞬间，线框在磁场中的有效长度为所以线框受到的安培力大小为 ②线框运动到x时，安培力大小为则初始时和线框中心运动至时的安培力分别为，则线框中心运动至过程中，安培力做功为 由动能定理 可得 则安培力的冲量为 ③由能量守恒定律可得，恒流源提供的电压为 （2）类比于简谐运动，则回复力为根据简谐运动周期公式 由题意可知，两次简谐运动周期相同，两次都从最大位移运动到平衡位置，时间均相同，则有 故 5．（2024·浙江·6月选考）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． 【答案】C 【详解】磁场均匀增大时，产生的感应电动势为可得 线框以某一角速度绕其中心轴匀速转动时电动势的最大值为此时有解得 分析可知当线框平面与磁场方向平行时感应电流最大为故ab边所受最大的安培力为 故选C。 6．（2023·浙江·6月选考）如图所示，质量为M、电阻为R、长为L的导体棒，通过两根长均为l、质量不计的导电细杆连在等高的两固定点上，固定点间距也为L。细杆通过开关S可与直流电源或理想二极管串接。在导体棒所在空间存在磁感应强度方向竖直向上、大小为B的匀强磁场，不计空气阻力和其它电阻。开关S接1，当导体棒静止时，细杆与竖直方向的夹角固定点；然后开关S接2，棒从右侧开始运动完成一次振动的过程中（    ）    A．电源电动势 B．棒消耗的焦耳热 C．从左向右运动时，最大摆角小于 D．棒两次过最低点时感应电动势大小相等 【答案】C 【详解】A．当开关接1时，对导体棒受力分析如图所示    根据几何关系可得解得 根据欧姆定律解得故A错误； 根据右手定则可知导体棒从右向左运动时，产生的感应电动势与二极管正方向相同，部分机械能转化为焦耳热；导体棒从左向右运动时，产生的感应电动势与二极管相反，没有机械能损失 B．若导体棒运动到最低点时速度为零，导体棒损失的机械能转化为焦耳热为 根据楞次定律可知导体棒完成一次振动速度为零时，导体棒高度高于最低点，所以棒消耗的焦耳热 故B错误； C．根据B选项分析可知，导体棒运动过程中，机械能转化为焦耳热，所以从左向右运动时，最大摆角小于，故C正确； D．根据B选项分析，导体棒第二次经过最低点时的速度小于第一次经过最低点时的速度，根据 可知棒两次过最低点时感应电动势大小不相等，故D错误。 故选C。 7．（2022·浙江·1月选考）如图所示，将一通电螺线管竖直放置，螺线管内部形成方向竖直向上、磁感应强度大小B=kt的匀强磁场，在内部用绝缘轻绳悬挂一与螺线管共轴的金属薄圆管，其电阻率为、高度为h、半径为r、厚度为d（d≪r），则（　　） A．从上向下看，圆管中的感应电流为逆时针方向 B．圆管的感应电动势大小为 C．圆管的热功率大小为 D．轻绳对圆管的拉力随时间减小 【答案】C 【来源】2022 年 1 月浙江省普通高校招生选考科目考试物理试题（浙江卷�1月） 【详解】A．穿过圆管的磁通量向上逐渐增加，则根据楞次定律可知，从上向下看，圆管中的感应电流为顺时针方向，选项A错误； B．圆管的感应电动势大小为选项B错误； C．圆管的电阻圆管的热功率大小为选项C正确； D．根据左手定则可知，圆管中各段所受的受安培力方向指向圆管的轴线，则轻绳对圆管的拉力的合力始终等于圆管的重力，不随时间变化，选项D错误。 故选C。 8．（2022·浙江·1月选考）利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，然后保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，得到导线受到的安培力F分别与I和L的关系图象，则正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据F = BIL 可知先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，则F—I图象是过原点的直线。同理保持电流I不变，改变通过电部分的长度L，则F-L图象是过原点的直线。 故选B。 9．（2021·浙江·6月选考）如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b，分别通以和流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p，到两导线的距离相等。下列说法正确的是（　　） A．两导线受到的安培力 B．导线所受的安培力可以用计算 C．移走导线b前后，p点的磁感应强度方向改变 D．在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置 【答案】BCD 【详解】A．两导线受到的安培力是相互作用力，大小相等，故A错误； B．导线所受的安培力可以用计算，因为磁场与导线垂直，故B正确； C．移走导线b前，b的电流较大，则p点磁场方向与b产生磁场方向同向，向里，移走后，p点磁场方向与a产生磁场方向相同，向外，故C正确； D．在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，两导线在任意点产生的磁场均不在同一条直线上，故不存在磁感应强度为零的位置。故D正确。 故选BCD。 考点03 洛伦兹力 10.（2024·浙江·6月选考）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 【答案】CD 【详解】A．根据动量定理故合力冲量大小为，故A错误； B．小球上滑的时间为重力的冲量大小为 故B错误； C．小球所受洛伦兹力为，随时间线性变化，故洛伦兹力冲量大小为故C正确； D．若，0时刻小球所受洛伦兹力为小球在垂直细杆方向所受合力为零，可得 即 则小球在整个减速过程的图像如图 图线与横轴围成的面积表示冲量可得弹力的冲量为零，故D正确。 故选CD。 考点04 带电粒子在磁场中的运动 11.（2023·浙江·6月选考）利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，Oxy平面（纸面）的第一象限内有足够长且宽度均为L、边界均平行x轴的区域Ⅰ和Ⅱ，其中区域Ⅰ存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场，区域Ⅱ存在磁感应强度大小为B2的磁场，方向均垂直纸面向里，区域Ⅱ的下边界与x轴重合。位于处的离子源能释放出质量为m、电荷量为q、速度方向与x轴夹角为60°的正离子束，沿纸面射向磁场区域。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应。 （1）求离子不进入区域Ⅱ的最大速度v1及其在磁场中的运动时间t； （2）若，求能到达处的离子的最小速度v2； （3）若，且离子源射出的离子数按速度大小均匀地分布在范围，求进入第四象限的离子数与总离子数之比η。    【答案】（1）；（2）（3）60% 【详解】（1）当离子不进入磁场Ⅱ速度最大时，轨迹与边界相切，则由几何关系解得r1=2L 根据解得 在磁场中运动的周期运动时间    （2）若B2=2B1，根据可知 粒子在磁场中运动轨迹如图，设O1O2与磁场边界夹角为α，由几何关系 解得r2=2L 根据e解得 （3）当最终进入区域Ⅱ的粒子若刚好到达x轴，则由动量定理 即 求和可得 粒子从区域Ⅰ到区域Ⅱ最终到x轴上的过程中 解得 则速度在~之间的粒子才能进入第四象限；因离子源射出粒子的速度范围在~，又粒子源射出的粒子个数按速度大小均匀分布，可知能进入第四象限的粒子占粒子总数的比例为 η=60% 12．（2022·浙江·6月选考）离子速度分析器截面图如图所示。半径为R的空心转筒P，可绕过O点、垂直xOy平面（纸面）的中心轴逆时针匀速转动（角速度大小可调），其上有一小孔S。整个转筒内部存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。转筒下方有一与其共轴的半圆柱面探测板Q，板Q与y轴交于A点。离子源M能沿着x轴射出质量为m、电荷量为 – q（q > 0）、速度大小不同的离子，其中速度大小为v0的离子进入转筒，经磁场偏转后恰好沿y轴负方向离开磁场。落在接地的筒壁或探测板上的离子被吸收且失去所带电荷，不计离子的重力和离子间的相互作用。 （1）①求磁感应强度B的大小； ②若速度大小为v0的离子能打在板Q的A处，求转筒P角速度ω的大小； （2）较长时间后，转筒P每转一周有N个离子打在板Q的C处，OC与x轴负方向的夹角为θ，求转筒转动一周的时间内，C处受到平均冲力F的大小； （3）若转筒P的角速度小于，且A处探测到离子，求板Q上能探测到离子的其他θ′的值（θ′为探测点位置和O点连线与x轴负方向的夹角）。 【答案】（1）①，②，k = 0，1，2，3…；（2），n = 0，1，2，…；（3）， 【详解】（1）①离子在磁场中做圆周运动有，则 ②离子在磁场中的运动时间转筒的转动角度，k = 0，1，2，3… （2）设速度大小为v的离子在磁场中圆周运动半径为，有 离子在磁场中的运动时间转筒的转动角度ω′t′ = 2nπ + θ 转筒的转动角速度，n = 0，1，2，… 动量定理 ，n = 0，1，2，… （3）转筒的转动角速度 其中 k = 1，，n = 0，2或者（舍） 可得， 考点05 带电粒子在复合场中的运动 13.（2025·浙江·1月选考）同位素相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA-I、磁体-I和高电压清除器，让只含有三种碳同位素、、的离子束（初速度可忽略不计）进入磁体-Ⅱ．磁体-Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离、、三种同位素，其中、的离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA-Ⅱ，被接收器D接收并计算。 (1)写出中子与发生核反应生成，以及发生衰变生成的核反应方程式： (2)根据图2写出的离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知，原子质量单位，元电荷）； (3)如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距两平行极板，在下极板开有间距的两小孔，仅允许入射角的离子通过。求两极板之间的电势差U： (4)对古木样品，测得与离子数之比值为；采用同样办法，测得活木头中与的比值为，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知的半衰期约为5700年，） 【答案】(1)， (2)， (3) (4) 【详解】（1）中子与发生核反应生成的核反应方程式为 发生衰变生成的核反应方程式为 （2）在加速电场中，由动能定理得解得磁场中，洛伦兹力提供向心力 联立解得， 相比，的比荷更大，通过圆形管道所需要的电压更大，通过图2可知当电压为时，与的离子数百分比为，故的离子所对应的U值为。 根据整理得 （3）由题意知，粒子在板间做类斜抛运动，水平方向有，竖直方向有，， 联立解得 （4）古木中与比值是活木头中的，说明经过衰变后只剩下，已知经过一个半衰期剩下，设经过n个半衰期，则有 解得 则砍伐时间 14.（2024·浙江·6月选考）探究性学习小组设计了一个能在喷镀板的上下表面喷镀不同离子的实验装置，截面如图所示。在xOy平面内，除x轴和虚线之间的区域外，存在磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，在无磁场区域内，沿着x轴依次放置离子源、长度为L的喷镀板P、长度均为L的栅极板M和N（由金属细丝组成的网状电极），喷镀板P上表面中点Q的坐标为（1.5L，0），栅极板M中点S的坐标为（3L，0），离子源产生a和b两种正离子，其中a离子质量为m，电荷量为q，b离子的比荷为a离子的倍，经电压U=kU0（其中，k大小可调，a和b离子初速度视为0）的电场加速后，沿着y轴射入上方磁场。经磁场偏转和栅极板N和M间电压UNM调控（UNM>0），a和b离子分别落在喷镀板的上下表面，并立即被吸收且电中和，忽略场的边界效应、离子受到的重力及离子间相互作用力。 （1）若U=U0，求a离子经磁场偏转后，到达x轴上的位置x0（用L表示）。 （2）调节U和UNM，并保持，使a离子能落到喷镀板P上表面任意位置，求： ①U的调节范围（用U0表示）； ②b离子落在喷镀板P下表面的区域长度； （3）要求a和b离子恰好分别落在喷镀板P上下表面的中点，求U和UNM的大小。 【答案】（1）L；（2）①；②；（3）， 【详解】（1）对a离子根据动能定理得a离子在匀强磁场中做匀速圆周运动a离子经磁场偏转后，到达x轴上的位置，联立解得 （2）①要使a离子能落到喷镀板P上表面任意位置，只能经电压为U的电场加速后再经第一象限匀强磁场偏转一次打在P板上方任意处，则 结合（1）中分析得 即 即 ②b离子经过电压为U的电场加速后在磁场中第一次偏转打在x轴上的位置坐标为 代入得 故可知b离子能从栅极板（坐标范围为）任意位置经电压为的电场减速射入虚线下方的磁场，此时b离子先经过电压为U的电场加速再在第一象限磁场中做匀速圆周运动后再经过电压为的电场减速，因为根据动能定理得 同时有， 当时，b离子从栅极板左端经虚线下方磁场偏转打在P，此时离栅极板左端的距离为 当时，b离子从栅极板右端经虚线下方磁场偏转打在P，此时离栅极板右端的距离为 故b离子落在喷镀板P下表面的区域长度为 （3）要求a离子落在喷镀板中点Q，由（1）可知故可得 则b离子从处经过栅极板，若b离子减速一次恰好打在P板下方中央处，设，则同理可知 联立解得则可得当减速n次 联立得 当减速n次恰好打在P板下方中央处，可得 即 解得 即，n取整数，故可得，故可得 15.（2024·浙江·1月选考）类似光学中的反射和折射现象，用磁场或电场调控也能实现质子束的“反射”和“折射”。如图所示，在竖直平面内有三个平行区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；Ⅰ区宽度为d，存在磁感应强度大小为B、方向垂直平面向外的匀强磁场，Ⅱ区的宽度很小。Ⅰ区和Ⅲ区电势处处相等，分别为和，其电势差。一束质量为m、电荷量为e的质子从O点以入射角射向Ⅰ区，在P点以出射角射出，实现“反射”；质子束从P点以入射角射入Ⅱ区，经Ⅱ区“折射”进入Ⅲ区，其出射方向与法线夹角为“折射”角。已知质子仅在平面内运动，单位时间发射的质子数为N，初速度为，不计质子重力，不考虑质子间相互作用以及质子对磁场和电势分布的影响。 （1）若不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，求d的最小值； （2）若，求“折射率”n（入射角正弦与折射角正弦的比值） （3）计算说明如何调控电场，实现质子束从P点进入Ⅱ区发生“全反射”（即质子束全部返回Ⅰ区） （4）在P点下方距离处水平放置一长为的探测板（Q在P的正下方），长为，质子打在探测板上即被吸收中和。若还有另一相同质子束，与原质子束关于法线左右对称，同时从O点射入Ⅰ区，且，求探测板受到竖直方向力F的大小与U之间的关系。 【答案】（1）；（2）；（3）；（4）见解析 【详解】（1）根据牛顿第二定律不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，d的最小值为 （2）设水平方向为方向，竖直方向为方向，方向速度不变，方向速度变小，假设折射角为，根据动能定理 解得，根据速度关系，解得 （3）全反射的临界情况：到达Ⅲ区的时候方向速度为零，即，可得 即应满足 （4）临界情况有两个：1、全部都能打到，2、全部都打不到的情况，根据几何关系可得 所以如果的情况下，折射角小于入射角，两边射入的粒子都能打到板上，分情况讨论如下： ①当时 又，解得全部都打不到板的情况 ②根据几何知识可知当从Ⅱ区射出时速度与竖直方向夹角为时，粒子刚好打到D点，水平方向速度为所以，又，解得即当时。 ③部分能打到的情况，根据上述分析可知条件为（），此时仅有O点右侧的一束粒子能打到板上，因此，又，解得 16.（2023·浙江·1月选考）探究离子源发射速度大小和方向分布的原理如图所示。x轴上方存在垂直平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。x轴下方的分析器由两块相距为d、长度足够的平行金属薄板M和N组成，其中位于x轴的M板中心有一小孔C（孔径忽略不计），N板连接电流表后接地。位于坐标原点O的离子源能发射质量为m、电荷量为q的正离子，其速度方向与y轴夹角最大值为；且各个方向均有速度大小连续分布在和之间的离子射出。已知速度大小为、沿y轴正方向射出的离子经磁场偏转后恰好垂直x轴射入孔C。未能射入孔C的其它离子被分析器的接地外罩屏蔽（图中没有画出）。不计离子的重力及相互作用，不考虑离子间的碰撞。 （1）求孔C所处位置的坐标； （2）求离子打在N板上区域的长度L； （3）若在N与M板之间加载电压，调节其大小，求电流表示数刚为0时的电压； （4）若将分析器沿着x轴平移，调节加载在N与M板之间的电压，求电流表示数刚为0时的电压与孔C位置坐标x之间关系式。 【答案】（1）；（2）；（3）；（4）当时， 【详解】（1）速度大小为、沿y轴正方向射出的离子经磁场偏转后轨迹如图 由洛伦兹力提供向心力解得半径孔C所处位置的坐标 （2）速度大小为的离子进入磁场后，由洛伦兹力提供向心力解得半径 若要能在C点入射，则由几何关系可得解得 如图 由几何关系可得 （3）不管从何角度发射 由（2）可得 根据动力学公式可得， ，联立解得 （4）孔C位置坐标x， 其中联立可得，，解得。在此范围内，和（3）相同，只与相关，可得 解得根据动力学公式可得，，解得 17.（2023·浙江·1月选考）某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场，通有待测电流的直导线垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场。调节电阻R，当电流表示数为时，元件输出霍尔电压为零，则待测电流的方向和大小分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【详解】根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向下，则要使元件输出霍尔电压为零，直导线在霍尔元件处产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知待测电流的方向应该是；元件输出霍尔电压为零，则霍尔元件处合场强为0，所以有解得 故选D。 18.（2022·浙江·6月选考）如图为某一径向电场的示意图，电场强度大小可表示为， a为常量。比荷相同的两粒子在半径r不同的圆轨道运动。不考虑粒子间的相互作用及重力，则（　　） A．轨道半径r小的粒子角速度一定小 B．电荷量大的粒子的动能一定大 C．粒子的速度大小与轨道半径r一定无关 D．当加垂直纸面磁场时，粒子一定做离心运动 【答案】BC 【详解】A．根据电场力提供向心力可得解得可知轨道半径r小的粒子角速度大，故A错误； BC．根据电场力提供向心力可得解得又联立可得可知电荷量大的粒子的动能一定大，粒子的速度大小与轨道半径r一定无关，故BC正确； D．磁场的方向可能垂直纸面向内也可能垂直纸面向外，所以粒子所受洛伦兹力方向不能确定，粒子可能做离心运动，也可能做近心运动，故D错误。 故选BC 19．（2022·浙江·1月选考）如图为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息。在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度，使电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m、电荷量为e，板M的逸出功为W0，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为ν的光照射板M时有光电子逸出， （1）求逸出光电子的最大初动能Ekm，并求光电子从O点射入区域Ⅰ时的速度v0的大小范围； （2）若区域Ⅰ的电场强度大小，区域Ⅱ的磁感应强度大小，求被探测到的电子刚从板M逸出时速度vM的大小及与x轴的夹角； （3）为了使从O点以各种大小和方向的速度射向区域Ⅰ的电子都能被探测到，需要调节区域Ⅰ的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值。 【答案】（1）；；（2）；；（3）； 【详解】（1）光电效应方程，逸出光电子的最大初动能 （2）速度选择器 如图所示，几何关系 （3）由上述表达式可得，由而v0sinθ等于光电子在板逸出时沿y轴的分速度，则有即，联立可得B2的最大值 20．（2021·浙江·6月选考）如图甲所示，空间站上某种离子推进器由离子源、间距为d的中间有小孔的两平行金属板M、N和边长为L的立方体构成，其后端面P为喷口。以金属板N的中心O为坐标原点，垂直立方体侧面和金属板建立x、y和z坐标轴。M、N板之间存在场强为E、方向沿z轴正方向的匀强电场；立方体内存在磁场，其磁感应强度沿z方向的分量始终为零，沿x和y方向的分量和随时间周期性变化规律如图乙所示，图中可调。氙离子（）束从离子源小孔S射出，沿z方向匀速运动到M板，经电场加速进入磁场区域，最后从端面P射出，测得离子经电场加速后在金属板N中心点O处相对推进器的速度为v0。已知单个离子的质量为m、电荷量为，忽略离子间的相互作用，且射出的离子总质量远小于推进器的质量。 （1）求离子从小孔S射出时相对推进器的速度大小vS； （2）不考虑在磁场突变时运动的离子，调节的值，使得从小孔S射出的离子均能从喷口后端面P射出，求的取值范围； （3）设离子在磁场中的运动时间远小于磁场变化周期T，单位时间从端面P射出的离子数为n，且。求图乙中时刻离子束对推进器作用力沿z轴方向的分力。 【答案】（1）；（2）；（3），方向沿z轴负方向 【详解】（1）离子从小孔S射出运动到金属板N中心点O处，根据动能定理有 解得离子从小孔S射出时相对推进器的速度大小 （2）当磁场仅有沿x方向的分量取最大值时，离子从喷口P的下边缘中点射出，根据几何关系有 根据洛伦兹力提供向心力有 联立解得 当磁场在x和y方向的分量同取最大值时，离子从喷口P边缘交点射出，根据几何关系有，此时；根据洛伦兹力提供向心力有联立解得，故的取值范围为； （3）粒子在立方体中运动轨迹剖面图如图所示 由题意根据洛伦兹力提供向心力有，且满足。所以可得 所以可得。离子从端面P射出时，在沿z轴方向根据动量定理有根据牛顿第三定律可得离子束对推进器作用力大小为。方向沿z轴负方向。 21.（2021·浙江·1月选考）在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，其偏转系统的底面与晶圆所在水平面平行，间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的O点（即图中坐标原点，x轴垂直纸面向外）。整个系统置于真空中，不计离子重力，打在晶圆上的离子，经过电场和磁场偏转的角度都很小。当α很小时，有，。求： (1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷； (2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示； (3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示； (4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示，并说明理由。 【答案】(1)，；(2)（，0）；(3)（0，）；(4)见解析 【来源】2021届浙江省1月普通高校招生选考物理试题 【详解】(1)通过速度选择器离子的速度从磁分析器中心孔N射出离子的运动半径为 由得 (2)经过电场后，离子在x方向偏转的距离 离开电场后，离子在x方向偏移的距离 位置坐标为(，0) (3)离子进入磁场后做圆周运动半径 经过磁场后，离子在y方向偏转距离 离开磁场后，离子在y方向偏移距离，则 位置坐标为(0，) (4)注入晶圆的位置坐标为(，),电场引起的速度增量对y方向的运动不产生影响。 1．（2025·浙江Z20名校联盟·模拟预测）电磁弹射器在我国自行研制的第三艘航空母舰“福建号”进行了使用。其原理是弹射车处于强磁场中，当弹射车内的导体有强电流通过时，弹射车就给舰载机提供强大的推力而快速起飞，下列与其原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】电磁弹射器的工作原理是通电导体在安培力作用下开始运动。 A．图中工作原理是电磁感应，与电磁弹射器的工作原理不相同，故A错误； B．图中是LC振荡回路的原理，故B错误； C．图中是通电导体在安培力作用下开始运动，两者原理相同，故C正确； D．动圈式话筒的工作原理是电磁感应，与电磁弹射器的工作原理不相同，故D错误。 故选C。 2．（2025·浙江北斗星盟·三模）一个处于匀强磁场中的静止放射性原子核，由于发生了衰变而生成a，b两粒子，在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1：45，下列判断正确的是（　　） A．该原子核发生了β衰变 B．a粒子做顺时针运动 C．原来静止的核，其原子序数为92 D．两粒子的运动周期相等 【答案】C 【详解】A．由图示可知，原子核衰变后放出的粒子与新核所受的洛伦兹力方向相反，而两者速度方向相反，则知两者的电性相同，新核带正电，则放出的必定是a粒子，发生了a衰变，故A错误； B．原子核衰变过程系统动量守恒，由动量守恒定律可知，放出的a粒子与新核的动量大小相等，粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力解得由此可知，半径与电荷量成反比，由于新核的电荷量较大，则大圆是a粒子的轨迹，根据左手定则可知，a粒子做逆时针运动，故B错误； C．由于两圆半径之比为1：45，由半径与电荷量成反比可知，a粒子的电荷量为2，新核的电荷量为90，则原来静止的原子核的电荷量为92，即原子序数为92，故C正确； D．粒子的运动周期 可知两粒子在磁场中运动的周期不相等 ，故D错误。 故选C。 3．（2025·浙江稽阳联谊学校·二模）下列物理量是标量且其单位用国际单位制基本单位表示正确的是（　　） A．功， B．磁感应强度，T C．电场强度，N/C D．磁通量， 【答案】D 【详解】A．功是标量,其单位用国际基本单位表示为，A错误； B．磁感应强度是矢量，其单位特斯拉为导出单位，B错误； C．电场强度为矢量，其单位国际用基本单位表示为 D．磁通量是标量，其单位国际用基本单位表示为，D正确。 故选D。 4．（2025·浙江金华义乌·三模）甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、泊松亮斑、重核裂变的结构示意图，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中增大交变电压场的电压可增大粒子的最大动能 B．图乙中磁流体发电机产生的电动势大小与等离子体的浓度无关 C．图丙中的泊松亮斑支持了光的波动说，它是菲涅尔通过实验观察到的 D．图丁所示的核反应属于重核裂变，钡141的平均核子质量、比结合能都比铀235的小 【答案】B 【详解】A．图甲中粒子达到最大动能时，可知增大交变电压场的电压，粒子的最大动能不变，选项A错误； B．图乙中磁流体发电机当稳定时满足可得E=Bdv可知产生的电动势大小与等离子体的浓度无关，选项B正确； C．图丙中的泊松亮斑支持了光的波动说，而菲涅尔通过实验观察到的是圆孔衍射得到的图样，选项C错误； D．图丁所示的核反应属于重核裂变，该核反应的过程中释放大量的能量，存在质量亏损而质量数不变，生成物的平均核子质量更小；因生成物更加稳定，比结合能更大，则钡141的平均核子质量比铀235小、比结合能都比铀235的大，选项D错误。 故选B。 5．（2025·浙江绍兴一中·模拟）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度，，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（    ） A．在小范围内，霍尔电压的大小和坐标z成正比 B．其他条件相同的情况下，电流I越大，霍尔电压越小 C．其他条件相同的情况下，霍尔元件沿z轴方向的长度越小，霍尔电压越小 D．若霍尔元件中的载流子为电子，测得霍尔元件上表面电势高，说明元件向z轴正方向移动 【答案】A 【详解】ABC．设自由电荷的定向移动速度为，单位体积内自由电荷数为，自由电荷的电荷量为，霍尔元件沿轴方向的长度为，沿轴方向的长度为，当霍尔元件在轴方向的上、下表面间产生的霍尔电压达到稳定时，则有根据电流微观表达式可得联立可得由题意可知在小范围内，磁感应强度的大小和坐标成正比，则霍尔电压的大小和坐标z成正比；其他条件相同的情况下，电流越大，霍尔电压越大；其他条件相同的情况下，霍尔元件沿轴方向的长度越小，霍尔电压越大，故A正确，BC错误； D．若霍尔元件中导电的载流子为电子，若测出霍尔元件的上表面电势高，可知电子受到的洛伦兹力沿轴向下，根据左手定则可知，磁场方向沿轴正方向，故霍尔元件所处位置更靠近左侧极，说明元件向轴负方向移动，故D错误。 故选A。 6．（2025·浙江金华义乌·三模）下列物理量中是标量，且其单位用国际制基本单位表示正确的是（　　） A．动量    N·t B．安培力    kg·m·s-2 C．重力势能        kg·m2·s-2 D．电动势    V·m 【答案】C 【详解】A．动量是矢量，动量用国际单位制单位用基本单位表示为，故A错误； B．安培力是矢量，安培力用国际单位制单位用基本单位表示为kg·m·s-2，故B错误； C．重力势能是标量，重力势能用国际单位制单位用基本单位表示为kg·m2·s-2，故C正确； D．电动势是标量，用国际单位制单位用基本单位表示为，故D错误。 故选C。 7．（2025·浙江精诚联盟·二模）汽车装有加速度传感器，以测量汽车行驶时纵向加速度。加速度传感器有一个弹性梁，一端夹紧固定，另一端连接霍尔元件，如图所示。汽车静止时，霍尔元件处在上下正对的两个相同磁体中央位置，如果汽车有一向上的纵向加速度，则霍尔元件离开中央位置而向下偏移。偏移程度与加速度大小有关。如霍尔元件通入从左往右的电流，则下说法正确的是（　　） A．若霍尔元件材料为N型半导体（载流子为电子），则前表面比后表面的电势高 B．若汽车加速度越大，则霍尔电压也越大 C．若汽车纵向加速度为0，增大电流，则监测到的霍尔电压也会增大 D．若汽车速度增大，则霍尔电压也增大 【答案】B 【详解】A．N型半导体载流子为电子，电流从左往右，电子从右向左运动，电子受到洛伦兹力的作用将在前表面聚集，直到粒子所受洛伦兹子与静电力平衡，前后表面光形成稳定的电势差，而后表面的电势比前表面的要高，故A错误； B．加速度越大，偏移量越大，磁感应强度越大，霍尔电压越大，故B正确； C．若汽车纵向加速度为0，则霍尔元件所处位置的磁感应强度为零，粒子不受洛伦兹力，不会出现霍尔电压，故C错误； D．速度增大，但加速度不一定大，偏移量不一定大，霍尔电压也不一定大，故D错误。 故选B。 8．．（2025·浙江宁波·三模）如图甲为利用电磁驱动原理制作的交流感应电动机。三个线圈连接到三相电源上，电流形成的磁场可等效为以角速度转动的辐向磁场。边长为、总电阻为的单匝正方形线框可绕其中心轴旋转，图乙为这种驱动装置的俯视图，线框的两条边、所处位置的磁感应强度大小均为。当线框由静止开始转动时，、两条边受到的阻力均为，其中比例系数，为、两条边的线速度大小。不计其他阻力。则当线框达到稳定转动时（　　） A．线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相反 B．线框的角速度大小为 C．线框的感应电动势大小为 D．线框边所受安培力大小为 【答案】C 【详解】A．根据电磁驱动原理，线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相同，故A错误； B．当导线框达到稳定转动时，线框的AB、CD两边切割磁感线的相对速度大小均为 根据法拉第电磁感应定律可得此时的感应电动势为E′=2Blv相对根据闭合电路欧姆定律可得此时的感应电流为金属线框AB、CD两边所受的安培力均为F安=BIl，联立解得， 根据AB、CD两边所受的安培力均与阻力平衡，可得f=F安又有阻力为，当时，则有 ，解得导线框转动的最大角速度为。故B错误； C．线框AB、CD边转动的相对线速度，感应电动势 故C正确； D．线框匀速转动 故D错误。 故选C。 9．（2025·浙江金华·三模）介子会发生衰变，反应方程式为，即生成一个介子和一个子中微子。在云室中可观察到介子衰变前后部分粒子的运动轨迹，如图所示。已知云室中匀强磁场的方向垂直照片平面，粒子重力忽略不计，两段圆弧相切于P点，且。则和粒子的动量之比可能为（　　） A．1∶1 B．1∶3 C．3∶1 D．2∶1 【答案】B 【详解】介子和介子在磁场中均做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则解得动量由核反应方程知只有介子和介子带有电荷，设衰变前为正方向，则衰变前后动量守恒，即所以介子在磁场中的轨迹半径为，动量大小为介子在磁场中的轨迹半径为，动量大小为所以且，解得 故选B。 10．（2025·浙江绍兴·三模）磁悬浮列车是一种使用磁力使得列车悬浮起来移动的交通工具，由于悬浮行驶时不与地面接触，故可减小摩擦力，以便获得较高的行驶速度。如图1所示，科学家利用EDS系统来产生悬浮，列车在导槽内行驶，车厢的两侧有电磁铁，而导槽两侧则有“8”字形的线圈，当车辆两侧的电磁铁（左侧极、右侧S极）通过“8”字形线圈时会在线圈上感应出电流，感应电流产生的磁场又与电磁铁产生排斥及吸引作用，形成一个向上的磁力使得列车悬浮起来。某时刻车厢的左边电磁铁靠近“8”字形线圈产生图2中方向所示的感应电流，则关于电磁铁与线圈的相对位置说法正确的是（　　） A．电磁铁中心与线圈中心等高 B．电磁铁中心高于线圈中心 C．电磁铁中心低于线圈中心 D．电磁铁中心高于或等于线圈中心 【答案】C 【详解】从图2中感应电流的方向可判断，此时线圈产生的磁场对电磁铁具有“拉回”或“托举”作用（即使电磁铁向上回复到线圈中心位置）。根据楞次定律，如感应电流方向如图所示，则说明电磁铁此刻低于线圈中心，线圈对电磁铁的合力指向上方，使电磁铁趋于回到中心位置。 故选C。 11．（2025·浙江·选考测评）石墨烯是一种由碳原子组成的呈蜂巢晶格结构的单层二维纳米材料，利用如图所示的电路可测量石墨烯样品的载流子的浓度（即内所含电子个数）。在石墨烯表面加方向垂直向里，磁感应强度为的匀强磁场，在电极1、3间通以恒定电流，则电极2、4间将产生电压。已知电子的电荷量为，则该样品的载流子浓度为（    ） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】该样品中的载流子为电子，设样品中每平方米电子数为，电子定向移动的速率为，2、4间的距离为，则时间内有电子通过的面积为，时间内通过样品的电荷量根据电流的定义式得当电子稳定通过样品时，其所受电场力与洛伦兹力平衡，有联立解得 故选C。 12．（2025·浙江·选考测评）下列各物理量是矢量且括号中对应单位正确的是（    ） A．电势（V） B．电流（A） C．加速度的变化率 D．磁通量 【答案】C 【详解】A．电势是标量，单位为，故A错误。 B．电流是标量，单位为，故B错误。 C．加速度的变化率为矢量，单位为，故C正确。 D．磁通量为标量，单位为，故D错误。 故选C。 13．（2025·浙江温州·二模）有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管不会交替发光 B．图乙中，强相互作用可以存在于各种核子之间，作用范围只有约10−10 m C．图丙中，磁电式仪表中的铝框可使指针较快停止摆动，是利用了电磁驱动的原理 D．图丁中，自由电荷为负电荷的霍尔元件（电流和磁场方向如图所示）的N侧电势高 【答案】A 【详解】A．图甲中，由于线圈外接换向器，使线圈中的交流电整合为直流电，电流的方向不变，A、B发光二极管不会交替发光，A正确； B．强相互作用的作用范围约为10−15 m（原子核尺度），并非10−10 m，B错误。 C．磁电式仪表中铝框的作用是利用“涡流（电磁）阻尼”使指针快速停摆，而非“电磁驱动”，C错误。 D．根据左手定则可知，自由电荷向N侧偏转，由于自由电荷为负电荷，N侧的电势较低，D错误。 故选A。 14．（2025·浙江金华·三模）在无线长通电直导线周围某点产生的磁感应强度B与距离r的一次方成反比，可表示为。现有一半径为R的薄壁长圆筒如图1，其壁上电流，在筒内侧磁感应强度处处为0，筒外侧磁场可等效为一位于圆筒中心电流强度为的长直导线所产生，则（　　） A．圆筒侧壁单位面积受到的压力为 B．圆筒左半侧在O点产生的磁感应强度水平垂直纸面向里 C．若在圆筒外侧同轴心放置一逆时针的圆形电流如图2，则圆形电流受到圆筒的吸引力 D．若在圆筒轴线放置一反向电流也为长直细导线如图3，则圆筒侧壁单位面积受力 【答案】BD 【来源】2025届浙江省金华市高三下学期三模物理试题 【详解】A．根据题意紧贴圆筒外侧的磁感强度 导体上的电流密度 在圆筒上取宽度为，长度为一个小微元，在微元朝向圆筒一侧，磁感强度为零，可知该微元产生的磁场和除去该微元以外电流产生的磁场，在圆筒内部等大反向，根据对称性可知在圆筒的外侧等大同向，因此其他部分在该微元处产生的磁场 该微元受到的磁场力 圆筒侧壁单位面积受到的压力 整理得 A错误； B．将圆筒的左半部分分成完全相同的n份，根据右手螺旋定则，关于原点对称的内、外两份在原点产生的磁场的合场强垂直纸面向里，所有磁场叠加，因此圆筒左半侧在O点产生的磁感应强度水平垂直纸面向里，B正确； C．圆筒的电流在圆环部分产生的磁场与圆环平行，对圆环没有力的作用，C错误； D．在圆筒的内部紧贴圆筒部分，磁感强度为 利用磁场的叠加可知，在圆筒的外部合场强为零，利用A选项中的结论可知，圆筒单位面积受到的力与A选项大小相等，D正确。 故选BD。 15．（2025·浙江Z20名校联盟·模拟预测）芯片制造工艺中，离子注入控制是一道重要的工序。某技术人员利用电磁场设计一种方案简要如图所示，从离子源产生的离子（初速度不计）经匀强电场加速U0后，沿中轴线飞入平行金属板A、B，之后经需要先后进入由电流控制磁场的半径为r（较小）的圆形边界匀强磁场Bx和足够大的匀强磁场By，两磁场的磁感应强度分别由相应的电流Ix和Iy大小和方向控制，磁感应强度与电流关系满足B=kI，k为常数，忽略边缘效应，以平行极板中心O为坐标原点，建立O-xyz坐标系（垂直纸面向外为z轴正方向），平行极板长为L1，间距为d，圆形边界在YOZ平面内的匀强磁场BX的圆心坐标（0，L2，0），待制造芯片放置位置中心坐标（0，L3，0）。已知离子电量为+q、质量为m。 (1)若Ix=Iy=0时，离子恰好打到（R， L3， O） 点，求UAB的值； (2)若UAB=0， Iy =0时，控制离子恰好打到（0，L3，R）点，求Ix的值； (3)若UAB=0，Ix为某值时，离子经圆形磁场偏转角进入By磁场，试导出离子打到芯片上位置 （x，y，z） 与Iy的关系式（设离子转动不到90°）。 【答案】(1) (2) (3) ；y = L3； 【详解】（1）根据动能定理有 根据类平抛运动规律有， 其中x=R 解得 （2）根据几何关系有其中，根据洛伦兹力提供向心力有 则，解得 （3）By磁场中运动时间 角速度为 离子转过角度 By磁场中半径 坐标为 ，y= L3 z      16．（2025·浙江北斗星盟·三模）某创新小组设计了一个粒子探测器。如图所示，在xOy平面内第一象限的虚线与y轴所围区域内有一个场强大小为、方向平行于y轴的匀强电场；第三象限内存在垂直xOy平面向外，磁感应强度大小为的匀强磁场；在电场边界右侧放置长为、高为3L的容器（左侧为网状不影响粒子进入，右侧为收集板），容器内分布着正交电磁场，其中匀强磁场方向垂直xOy平面向里，磁感应强度大小为，匀强电场方向竖直向下，场强大小为。点P（0，-d）（d>0）处有一粒子源，某一瞬间向第三象限与y轴正方向成θ角，在该角度范围内发射了N个电荷量为q、质量为m的带正电粒子。所有粒子的速度方向均在xOy平面内，且粒子数随角度均匀分布；所有射出的粒子均能通过坐标原点O，粒子经电场再进入容器，若碰到右侧收集板即被吸收，不计粒子间的相互作用及粒子的重力。求： (1)粒子由P点射出时水平分速度vx的大小； (2)要使所有粒子经过匀强电场后均能沿x轴正方向运动，试判断电场方向并写出此虚线的方程； (3)在满足（2）的条件下，能进入容器的粒子占总粒子数的百分比； (4)在满足（2）的条件下，右侧收集板因吸收粒子而在水平方向上受到的平均作用力。 【答案】(1)3v0 (2) (3) (4)- 【详解】（1）设从P 点射出的一粒子，其速度大小为v，方向与y 轴正方向成θ角。 可得即从P 点射出的粒子其平行于x 轴的分速度大小是3v0。 （2）电场方向沿y 轴负方向。粒子到达O 点后分布在与x 轴正方向成60°的范围内。 电场区域的边界为从O 点进入电场的粒子经电场偏转后速度平行于x 轴正方向时的}出点的集合。令出点的坐标为（x，y），有x =vxt     消去 t 得 （3）若粒子恰能水平进入探测器，即竖直减速为零位移等于探测器高度    其中解得 即当粒子发射方向与y 轴正方向成45⁰ 至90⁰角的范围内能进入探测器所占比例为 （4）粒子以大小为3v0的水平速度进入电磁场，为抵消粒子所受的电场力，需给粒子一个水平向右的速度v0，粒子在探测器中的运动可以看成匀速直线运动和圆周运动的合运动,其圆周半径，即离x 轴高L 的粒子恰能与上边界相切 根据    解得 即粒子发射方向与y 轴正方向成60°至90°角的范围内能达到右边收集板 收集粒子数 作用时间     根据探测器水平长度，假设粒子以v0匀速向右，则 其中圆周周期 根据,可知 如图所示 解得    θ=60°则撞击瞬间粒子水平速度为 由动量定理     解得 17．（2025·浙江稽阳联谊学校·二模）某兴趣小组为探索光电效应和光电子在电磁场中的运动规律，设计装置如图所示，频率为的激光照射在竖直放置的锌板K的中心位置O点，其右侧距离为处有另一足够大极板A，A上正对O点有一竖直狭缝，并在两极板间加电压U=1.8V，两极板间电场可视为匀强电场。在A板右侧有宽度为D、方向垂直纸面向内、大小为的匀强磁场。锌板的逸出功，普朗克常量，电子质量为，元电荷，π=3，，。不计光电子重力及光电子间的相互作用。求： (1)光电子到达极板A的最大速度； (2)极板A上有光电子打中的区域面积； (3)要使所有光电子均不从右侧边界飞出，磁场宽度D应满足的条件，并计算电子在磁场中运动最短时间（计算结果保留1位有效数字）； (4)将匀强磁场改为垂直平面向内的非匀强磁场，磁感应强度满足，x为该位置到磁场左边界的距离，要使所有光电子均不从右侧边界飞出，磁场宽度应满足的条件。 【答案】(1) (2) (3)， (4) 【详解】（1）由爱因斯坦光电效应方程得电场中动能定理解得 （2）设极板上有光电子打中得区域为半径为y的圆形区域，电子的最大动能为当电子以最大速度且沿平行极板方向逸出锌板时，电子打到圆形区域的边缘。此时电子在平行极板方向做匀速直线运动，则电子在垂直极板方向做匀加速直线运动，有其中，根据牛顿第二定律可知，电子沿垂直极板方向的加速度大小为联立得y=0.6m则，极板A上有光电子打中的区域面积为 （3）设电子经过A板时最大速度大小为，与板最小夹角为α，则，解得，所有电子均不从右侧边界飞出临界情况如图 由几何关系得，解得Dm=0.9m，所以磁场宽度D应满足的条件为。光电子在磁场中运动最短时间对应轨迹如图 电子在磁场中运动的周期为运动的最小时间为，解得 （4）取向下为y轴正方向，由y方向动量定理得，则，所以，当向上时，电子水平位移最大，此时 磁场宽度D′应满足的条件。 18．（24-25高三下·浙江诸暨·二模）如图甲所示是托卡马克装置的结构示意图，其主要包括环形真空室、极向场线圈、环向场线圈等，在环形真空室内注入少量氢的同位素氘和氚，提高温度使其发生聚变反应。如图乙所示为环形真空室的示意图，它的轴线半径为r，横截面的圆半径为R，假设环形真空室内粒子质量为m、电荷量为+q，粒子碰到真空室的室壁立即被吸收。 【提示：空间角是三维空间中的角度度量，用于描述从一个点出发所能观察到的立体角，半顶角为θ的圆锥形发散空间角为】 (1)写出氘和氚核聚变的核反应方程式； (2)若粒子以v0速度沿真空室轴线做匀速圆周运动，求极向场线圈产生磁场的大小； (3)将装置中相邻环向场线圈简化为两个平行线圈，通电后在真空室内产生磁感应强度为B0的匀强磁场，如图丙所示。位于两个线圈轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射速度大小为的粒子。 ①若某粒子发射时速度方向与x轴的夹角θ=37°，求该粒子做螺旋线运动的螺距； ②求粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比； (4)实际装置的环向场线圈产生类似“磁瓶”形状的非匀强磁场来约束粒子，如图丁所示。已知沿轴线方向的磁感应强度最大和最小的关系为：，在粒子运行过程中，垂直轴线方向速度的平方与沿轴线方向的磁感应强度的大小之比为一常数，即。位于轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射粒子（所有粒子均没有碰到室壁），求粒子能被约束在“磁瓶”内的比例。 【答案】(1) (2) (3)，40% (4) 【详解】（1）氘和氚核聚变的核反应方程式 （2）设极向场线圈产生的磁场大小为B，洛仑兹力提供向心力 解得 （3）带电粒子与x轴成θ角射入环向磁场，粒子沿螺旋线运动。 ①设粒子垂直轴向做圆周运动的周期为T，则设粒子沿轴向上做匀速运动的速度vx，则螺距 解得 ②粒子垂直轴向上做匀速圆周运动，设粒子刚好碰到室壁的角度为θ，洛仑兹力提供向心力 半径为 根据速度的分解，有 可得 粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比 解得 （4）中点O处的磁场最弱，设在O处发射粒子的速度为v，与轴线夹角为θ；“磁瓶”的“瓶颈”处磁场最强，粒子运动到此处时速度方向恰好与轴线垂直，则粒子能够被约束在“磁瓶”内，因为洛仑兹力不做功，粒子速度大小始终为v。根据题意可知 可得 即 则角度大于θ的粒子能被约束在“磁瓶”内 可得 19.（2025·浙江绍兴一中·模拟）《中国激光》杂志第六期（2025.3）报道，上海光学精密机械研究所林楠团队创新地采用固体激光器方案，实现了LPP-EUV光源技术全球领先，这标志着国产芯片制造迈入了新阶段。物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，该设备的结构图简化如下（z方向足够长），晶圆（截面MN）固定放置于xOy坐标系的第一象限内，OMN区域内有匀强磁场，磁感应强度，方向沿z轴负方向；第二象限内有匀强电场，场强，方向沿y轴负方向。初速可略的氩离子（比荷 ）经电压为U（待求）的电场加速后，从点水平进入匀强电场E中，恰好打到位于原点O处的金属靶材并被全部吸收，靶材溅射出的金属离子（比荷）从O点飞入磁场区域，速度大小均为，并沉积在晶圆上。忽略离子重力及其间的相互作用力，求： (1)U的数值； (2)假设进入磁场的离子沿各个方向都有，求晶圆MN方向上的涂膜（金属离子打中的区域）长度； (3)假设从O点飞入磁场的离子分布在半顶角的圆锥侧面上，圆锥对称轴垂直于晶圆截面，如图乙，考察方向上的离子，打在晶圆上的位置坐标。 【答案】(1) (2)0.5m (3)0.555m 【详解】（1）氩离子在电场中做类平抛运动，竖直方向有 水平方向有 在加速电场中，由动能定理可得 联立解得 （2）金属离子在磁场中做匀速圆周运动，有 解得 沿x轴正向射出的离子，圆心在M点，落点到M点的距离为0.5m，分析知，离子能直接打到M点（此时的弦切角为），故涂膜的长度为0.5m。 （3）对着A点入射的离子，v与B方向不再垂直，将v正交分解，得， 则 在xOy平面内，其落点的y坐标为 即落在M点，故，，图孤所对的圆心角为，则 故 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题10 磁场 考点 五年考情（2021-2025） 命题趋势 考点1 磁场与磁现象 2021、2022、2024 聚焦基础概念与模型分析。以磁电式电表为背景，考查磁场分布与安培力方向的判断，需结合左手定则和磁感线分布分析。计算题则常与力学、电磁学跨模块综合以 “质子束反射折射装置” 为背景，要求联立洛伦兹力公式与动量定理，分析带电粒子在磁场中的轨迹调控。实验题虽未直接考查磁场，但隐含相关分析 安培力与电磁感应：命题从单一通电导线扩展至多导体系统，通过正方形线框在变化磁场中的运动，要求联立法拉第电磁感应定律与焦耳定律计算安培力和发热功率。以 “电磁撬技术” 为情境，考查电磁感应与恒定电流的动态建模，涉及安培力与焦耳热的关联分析。、 带电粒子运动与能量转化：高频考点从匀速圆周运动扩展至复合场中的复杂轨迹，需综合应用动能定理与运动分解。要求结合半衰期模型推导核反应方程，并利用磁场确定粒子电性与动量。 磁场叠加与边界条件：命题注重磁场分布的空间分析。 考点2 安培力 2021、2022、2023、2024、2025 考点3 洛伦兹力 2024 考点4 带电粒子在磁场中的运动 2022、2023 考点5 带电粒子在复合场中的运动 2021、2022、2023、2024、2025 考点01 磁场与磁现象 1．（2024·浙江·1月选考）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．（2022·浙江·6月选考）下列说法正确的是（   ） A．恒定磁场对静置于其中的电荷有力的作用 B．小磁针N极在磁场中的受力方向是该点磁感应强度的方向 C．正弦交流发电机工作时，穿过线圈平面的磁通量最大时，电流最大 D．升压变压器中，副线圈的磁通量变化率大于原线圈的磁通量变化率 3．（2021·浙江·1月选考）如图所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是（　　） A．电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场 B．螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场 C．螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场 D．磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场 考点02 安培力 4．（（2025·浙江·1月选考）如图所示，接有恒流源的正方形线框边长、质量m、电阻R，放在光滑水平地面上，线框部分处于垂直地面向下、磁感应强度为B的匀强磁场中。以磁场边界CD上一点为坐标原点，水平向右建立轴，线框中心和一条对角线始终位于轴上。开关S断开，线框保持静止，不计空气阻力。 (1)线框中心位于，闭合开关S后，线框中电流大小为I，求 ①闭合开关S瞬间，线框受到的安培力大小； ②线框中心运动至过程中，安培力做功及冲量； ③线框中心运动至时，恒流源提供的电压； (2)线框中心分别位于和，闭合开关S后，线框中电流大小为I，线框中心分别运动到所需时间分别为和，求。 5．（2024·浙江·6月选考）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． 6．（2023·浙江·6月选考）如图所示，质量为M、电阻为R、长为L的导体棒，通过两根长均为l、质量不计的导电细杆连在等高的两固定点上，固定点间距也为L。细杆通过开关S可与直流电源或理想二极管串接。在导体棒所在空间存在磁感应强度方向竖直向上、大小为B的匀强磁场，不计空气阻力和其它电阻。开关S接1，当导体棒静止时，细杆与竖直方向的夹角固定点；然后开关S接2，棒从右侧开始运动完成一次振动的过程中（    ）    A．电源电动势 B．棒消耗的焦耳热 C．从左向右运动时，最大摆角小于 D．棒两次过最低点时感应电动势大小相等 7．（2022·浙江·1月选考）如图所示，将一通电螺线管竖直放置，螺线管内部形成方向竖直向上、磁感应强度大小B=kt的匀强磁场，在内部用绝缘轻绳悬挂一与螺线管共轴的金属薄圆管，其电阻率为、高度为h、半径为r、厚度为d（d≪r），则（　　） A．从上向下看，圆管中的感应电流为逆时针方向 B．圆管的感应电动势大小为 C．圆管的热功率大小为 D．轻绳对圆管的拉力随时间减小 8．（2022·浙江·1月选考）利用如图所示装置探究匀强磁场中影响通电导线受力的因素，导线垂直匀强磁场方向放置。先保持导线通电部分的长度L不变，改变电流I的大小，然后保持电流I不变，改变导线通电部分的长度L，得到导线受到的安培力F分别与I和L的关系图象，则正确的是（　　） A． B． C． D． 9．（2021·浙江·6月选考）如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b，分别通以和流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p，到两导线的距离相等。下列说法正确的是（　　） A．两导线受到的安培力 B．导线所受的安培力可以用计算 C．移走导线b前后，p点的磁感应强度方向改变 D．在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置 考点03 洛伦兹力 10.（2024·浙江·6月选考）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 考点04 带电粒子在磁场中的运动 11.（2023·浙江·6月选考）利用磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，Oxy平面（纸面）的第一象限内有足够长且宽度均为L、边界均平行x轴的区域Ⅰ和Ⅱ，其中区域Ⅰ存在磁感应强度大小为B1的匀强磁场，区域Ⅱ存在磁感应强度大小为B2的磁场，方向均垂直纸面向里，区域Ⅱ的下边界与x轴重合。位于处的离子源能释放出质量为m、电荷量为q、速度方向与x轴夹角为60°的正离子束，沿纸面射向磁场区域。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应。 （1）求离子不进入区域Ⅱ的最大速度v1及其在磁场中的运动时间t； （2）若，求能到达处的离子的最小速度v2； （3）若，且离子源射出的离子数按速度大小均匀地分布在范围，求进入第四象限的离子数与总离子数之比η。    12．（2022·浙江·6月选考）离子速度分析器截面图如图所示。半径为R的空心转筒P，可绕过O点、垂直xOy平面（纸面）的中心轴逆时针匀速转动（角速度大小可调），其上有一小孔S。整个转筒内部存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。转筒下方有一与其共轴的半圆柱面探测板Q，板Q与y轴交于A点。离子源M能沿着x轴射出质量为m、电荷量为 – q（q > 0）、速度大小不同的离子，其中速度大小为v0的离子进入转筒，经磁场偏转后恰好沿y轴负方向离开磁场。落在接地的筒壁或探测板上的离子被吸收且失去所带电荷，不计离子的重力和离子间的相互作用。 （1）①求磁感应强度B的大小； ②若速度大小为v0的离子能打在板Q的A处，求转筒P角速度ω的大小； （2）较长时间后，转筒P每转一周有N个离子打在板Q的C处，OC与x轴负方向的夹角为θ，求转筒转动一周的时间内，C处受到平均冲力F的大小； （3）若转筒P的角速度小于，且A处探测到离子，求板Q上能探测到离子的其他θ′的值（θ′为探测点位置和O点连线与x轴负方向的夹角）。 考点05 带电粒子在复合场中的运动 13.（2025·浙江·1月选考）同位素相对含量的测量在考古学中有重要应用，其测量系统如图1所示。将少量古木样品碳化、电离后，产生的离子经过静电分析仪ESA-I、磁体-I和高电压清除器，让只含有三种碳同位素、、的离子束（初速度可忽略不计）进入磁体-Ⅱ．磁体-Ⅱ由电势差为U的加速电极P，磁感应强度为B、半径为R的四分之一圆弧细管道和离子接收器F构成。通过调节U，可分离、、三种同位素，其中、的离子被接收器F所接收并计数，它们的离子数百分比与U之间的关系曲线如图2所示，而离子可通过接收器F，进入静电分析仪ESA-Ⅱ，被接收器D接收并计算。 (1)写出中子与发生核反应生成，以及发生衰变生成的核反应方程式： (2)根据图2写出的离子所对应的U值，并求磁感应强度B的大小（计算结果保留两位有效数字。已知，原子质量单位，元电荷）； (3)如图1所示，ESA-Ⅱ可简化为间距两平行极板，在下极板开有间距的两小孔，仅允许入射角的离子通过。求两极板之间的电势差U： (4)对古木样品，测得与离子数之比值为；采用同样办法，测得活木头中与的比值为，由于它与外部环境不断进行碳交换，该比例长期保持稳定。试计算古木被砍伐距今的时间（已知的半衰期约为5700年，） 14.（2024·浙江·6月选考）探究性学习小组设计了一个能在喷镀板的上下表面喷镀不同离子的实验装置，截面如图所示。在xOy平面内，除x轴和虚线之间的区域外，存在磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外的匀强磁场，在无磁场区域内，沿着x轴依次放置离子源、长度为L的喷镀板P、长度均为L的栅极板M和N（由金属细丝组成的网状电极），喷镀板P上表面中点Q的坐标为（1.5L，0），栅极板M中点S的坐标为（3L，0），离子源产生a和b两种正离子，其中a离子质量为m，电荷量为q，b离子的比荷为a离子的倍，经电压U=kU0（其中，k大小可调，a和b离子初速度视为0）的电场加速后，沿着y轴射入上方磁场。经磁场偏转和栅极板N和M间电压UNM调控（UNM>0），a和b离子分别落在喷镀板的上下表面，并立即被吸收且电中和，忽略场的边界效应、离子受到的重力及离子间相互作用力。 （1）若U=U0，求a离子经磁场偏转后，到达x轴上的位置x0（用L表示）。 （2）调节U和UNM，并保持，使a离子能落到喷镀板P上表面任意位置，求： ①U的调节范围（用U0表示）； ②b离子落在喷镀板P下表面的区域长度； （3）要求a和b离子恰好分别落在喷镀板P上下表面的中点，求U和UNM的大小。 15.（2024·浙江·1月选考）类似光学中的反射和折射现象，用磁场或电场调控也能实现质子束的“反射”和“折射”。如图所示，在竖直平面内有三个平行区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ；Ⅰ区宽度为d，存在磁感应强度大小为B、方向垂直平面向外的匀强磁场，Ⅱ区的宽度很小。Ⅰ区和Ⅲ区电势处处相等，分别为和，其电势差。一束质量为m、电荷量为e的质子从O点以入射角射向Ⅰ区，在P点以出射角射出，实现“反射”；质子束从P点以入射角射入Ⅱ区，经Ⅱ区“折射”进入Ⅲ区，其出射方向与法线夹角为“折射”角。已知质子仅在平面内运动，单位时间发射的质子数为N，初速度为，不计质子重力，不考虑质子间相互作用以及质子对磁场和电势分布的影响。 （1）若不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，求d的最小值； （2）若，求“折射率”n（入射角正弦与折射角正弦的比值） （3）计算说明如何调控电场，实现质子束从P点进入Ⅱ区发生“全反射”（即质子束全部返回Ⅰ区） （4）在P点下方距离处水平放置一长为的探测板（Q在P的正下方），长为，质子打在探测板上即被吸收中和。若还有另一相同质子束，与原质子束关于法线左右对称，同时从O点射入Ⅰ区，且，求探测板受到竖直方向力F的大小与U之间的关系。 16.（2023·浙江·1月选考）探究离子源发射速度大小和方向分布的原理如图所示。x轴上方存在垂直平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。x轴下方的分析器由两块相距为d、长度足够的平行金属薄板M和N组成，其中位于x轴的M板中心有一小孔C（孔径忽略不计），N板连接电流表后接地。位于坐标原点O的离子源能发射质量为m、电荷量为q的正离子，其速度方向与y轴夹角最大值为；且各个方向均有速度大小连续分布在和之间的离子射出。已知速度大小为、沿y轴正方向射出的离子经磁场偏转后恰好垂直x轴射入孔C。未能射入孔C的其它离子被分析器的接地外罩屏蔽（图中没有画出）。不计离子的重力及相互作用，不考虑离子间的碰撞。 （1）求孔C所处位置的坐标； （2）求离子打在N板上区域的长度L； （3）若在N与M板之间加载电压，调节其大小，求电流表示数刚为0时的电压； （4）若将分析器沿着x轴平移，调节加载在N与M板之间的电压，求电流表示数刚为0时的电压与孔C位置坐标x之间关系式。 17.（2023·浙江·1月选考）某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场，通有待测电流的直导线垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场。调节电阻R，当电流表示数为时，元件输出霍尔电压为零，则待测电流的方向和大小分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 18.（2022·浙江·6月选考）如图为某一径向电场的示意图，电场强度大小可表示为， a为常量。比荷相同的两粒子在半径r不同的圆轨道运动。不考虑粒子间的相互作用及重力，则（　　） A．轨道半径r小的粒子角速度一定小 B．电荷量大的粒子的动能一定大 C．粒子的速度大小与轨道半径r一定无关 D．当加垂直纸面磁场时，粒子一定做离心运动 19．（2022·浙江·1月选考）如图为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息。在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N与y轴平行放置，板N中间有一小孔O。有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场。区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调。光电子从板M逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度，使电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收。已知电子质量为m、电荷量为e，板M的逸出功为W0，普朗克常量为h。忽略电子的重力及电子间的作用力。当频率为ν的光照射板M时有光电子逸出， （1）求逸出光电子的最大初动能Ekm，并求光电子从O点射入区域Ⅰ时的速度v0的大小范围； （2）若区域Ⅰ的电场强度大小，区域Ⅱ的磁感应强度大小，求被探测到的电子刚从板M逸出时速度vM的大小及与x轴的夹角； （3）为了使从O点以各种大小和方向的速度射向区域Ⅰ的电子都能被探测到，需要调节区域Ⅰ的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值。 20．（2021·浙江·6月选考）如图甲所示，空间站上某种离子推进器由离子源、间距为d的中间有小孔的两平行金属板M、N和边长为L的立方体构成，其后端面P为喷口。以金属板N的中心O为坐标原点，垂直立方体侧面和金属板建立x、y和z坐标轴。M、N板之间存在场强为E、方向沿z轴正方向的匀强电场；立方体内存在磁场，其磁感应强度沿z方向的分量始终为零，沿x和y方向的分量和随时间周期性变化规律如图乙所示，图中可调。氙离子（）束从离子源小孔S射出，沿z方向匀速运动到M板，经电场加速进入磁场区域，最后从端面P射出，测得离子经电场加速后在金属板N中心点O处相对推进器的速度为v0。已知单个离子的质量为m、电荷量为，忽略离子间的相互作用，且射出的离子总质量远小于推进器的质量。 （1）求离子从小孔S射出时相对推进器的速度大小vS； （2）不考虑在磁场突变时运动的离子，调节的值，使得从小孔S射出的离子均能从喷口后端面P射出，求的取值范围； （3）设离子在磁场中的运动时间远小于磁场变化周期T，单位时间从端面P射出的离子数为n，且。求图乙中时刻离子束对推进器作用力沿z轴方向的分力。 21.（2021·浙江·1月选考）在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，其偏转系统的底面与晶圆所在水平面平行，间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的O点（即图中坐标原点，x轴垂直纸面向外）。整个系统置于真空中，不计离子重力，打在晶圆上的离子，经过电场和磁场偏转的角度都很小。当α很小时，有，。求： (1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷； (2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示； (3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示； (4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示，并说明理由。 1．（2025·浙江Z20名校联盟·模拟预测）电磁弹射器在我国自行研制的第三艘航空母舰“福建号”进行了使用。其原理是弹射车处于强磁场中，当弹射车内的导体有强电流通过时，弹射车就给舰载机提供强大的推力而快速起飞，下列与其原理相同的是（　　） A． B． C． D． 2．（2025·浙江北斗星盟·三模）一个处于匀强磁场中的静止放射性原子核，由于发生了衰变而生成a，b两粒子，在磁场中形成如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1：45，下列判断正确的是（　　） A．该原子核发生了β衰变 B．a粒子做顺时针运动 C．原来静止的核，其原子序数为92 D．两粒子的运动周期相等 3．（2025·浙江稽阳联谊学校·二模）下列物理量是标量且其单位用国际单位制基本单位表示正确的是（　　） A．功， B．磁感应强度，T C．电场强度，N/C D．磁通量， 4．（2025·浙江金华义乌·三模）甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、泊松亮斑、重核裂变的结构示意图，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中增大交变电压场的电压可增大粒子的最大动能 B．图乙中磁流体发电机产生的电动势大小与等离子体的浓度无关 C．图丙中的泊松亮斑支持了光的波动说，它是菲涅尔通过实验观察到的 D．图丁所示的核反应属于重核裂变，钡141的平均核子质量、比结合能都比铀235的小 5．（2025·浙江绍兴一中·模拟）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度，，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（    ） A．在小范围内，霍尔电压的大小和坐标z成正比 B．其他条件相同的情况下，电流I越大，霍尔电压越小 C．其他条件相同的情况下，霍尔元件沿z轴方向的长度越小，霍尔电压越小 D．若霍尔元件中的载流子为电子，测得霍尔元件上表面电势高，说明元件向z轴正方向移动 6．（2025·浙江金华义乌·三模）下列物理量中是标量，且其单位用国际制基本单位表示正确的是（　　） A．动量    N·t B．安培力    kg·m·s-2 C．重力势能        kg·m2·s-2 D．电动势    V·m 7．（2025·浙江精诚联盟·二模）汽车装有加速度传感器，以测量汽车行驶时纵向加速度。加速度传感器有一个弹性梁，一端夹紧固定，另一端连接霍尔元件，如图所示。汽车静止时，霍尔元件处在上下正对的两个相同磁体中央位置，如果汽车有一向上的纵向加速度，则霍尔元件离开中央位置而向下偏移。偏移程度与加速度大小有关。如霍尔元件通入从左往右的电流，则下说法正确的是（　　） A．若霍尔元件材料为N型半导体（载流子为电子），则前表面比后表面的电势高 B．若汽车加速度越大，则霍尔电压也越大 C．若汽车纵向加速度为0，增大电流，则监测到的霍尔电压也会增大 D．若汽车速度增大，则霍尔电压也增大 8．．（2025·浙江宁波·三模）如图甲为利用电磁驱动原理制作的交流感应电动机。三个线圈连接到三相电源上，电流形成的磁场可等效为以角速度转动的辐向磁场。边长为、总电阻为的单匝正方形线框可绕其中心轴旋转，图乙为这种驱动装置的俯视图，线框的两条边、所处位置的磁感应强度大小均为。当线框由静止开始转动时，、两条边受到的阻力均为，其中比例系数，为、两条边的线速度大小。不计其他阻力。则当线框达到稳定转动时（　　） A．线框的转动方向与辐向磁场的转动方向相反 B．线框的角速度大小为 C．线框的感应电动势大小为 D．线框边所受安培力大小为 9．（2025·浙江金华·三模）介子会发生衰变，反应方程式为，即生成一个介子和一个子中微子。在云室中可观察到介子衰变前后部分粒子的运动轨迹，如图所示。已知云室中匀强磁场的方向垂直照片平面，粒子重力忽略不计，两段圆弧相切于P点，且。则和粒子的动量之比可能为（　　） A．1∶1 B．1∶3 C．3∶1 D．2∶1 10．（2025·浙江绍兴·三模）磁悬浮列车是一种使用磁力使得列车悬浮起来移动的交通工具，由于悬浮行驶时不与地面接触，故可减小摩擦力，以便获得较高的行驶速度。如图1所示，科学家利用EDS系统来产生悬浮，列车在导槽内行驶，车厢的两侧有电磁铁，而导槽两侧则有“8”字形的线圈，当车辆两侧的电磁铁（左侧极、右侧S极）通过“8”字形线圈时会在线圈上感应出电流，感应电流产生的磁场又与电磁铁产生排斥及吸引作用，形成一个向上的磁力使得列车悬浮起来。某时刻车厢的左边电磁铁靠近“8”字形线圈产生图2中方向所示的感应电流，则关于电磁铁与线圈的相对位置说法正确的是（　　） A．电磁铁中心与线圈中心等高 B．电磁铁中心高于线圈中心 C．电磁铁中心低于线圈中心 D．电磁铁中心高于或等于线圈中心 11．（2025·浙江·选考测评）石墨烯是一种由碳原子组成的呈蜂巢晶格结构的单层二维纳米材料，利用如图所示的电路可测量石墨烯样品的载流子的浓度（即内所含电子个数）。在石墨烯表面加方向垂直向里，磁感应强度为的匀强磁场，在电极1、3间通以恒定电流，则电极2、4间将产生电压。已知电子的电荷量为，则该样品的载流子浓度为（    ） A． B． C． D． 12．（2025·浙江·选考测评）下列各物理量是矢量且括号中对应单位正确的是（    ） A．电势（V） B．电流（A） C．加速度的变化率 D．磁通量 13．（2025·浙江温州·二模）有关下列四幅图的描述，正确的是（　　） A．图甲中，线圈顺时针匀速转动，电路中A、B发光二极管不会交替发光 B．图乙中，强相互作用可以存在于各种核子之间，作用范围只有约10−10 m C．图丙中，磁电式仪表中的铝框可使指针较快停止摆动，是利用了电磁驱动的原理 D．图丁中，自由电荷为负电荷的霍尔元件（电流和磁场方向如图所示）的N侧电势高 14．（2025·浙江金华·三模）在无线长通电直导线周围某点产生的磁感应强度B与距离r的一次方成反比，可表示为。现有一半径为R的薄壁长圆筒如图1，其壁上电流，在筒内侧磁感应强度处处为0，筒外侧磁场可等效为一位于圆筒中心电流强度为的长直导线所产生，则（　　） A．圆筒侧壁单位面积受到的压力为 B．圆筒左半侧在O点产生的磁感应强度水平垂直纸面向里 C．若在圆筒外侧同轴心放置一逆时针的圆形电流如图2，则圆形电流受到圆筒的吸引力 D．若在圆筒轴线放置一反向电流也为长直细导线如图3，则圆筒侧壁单位面积受力 15．（2025·浙江Z20名校联盟·模拟预测）芯片制造工艺中，离子注入控制是一道重要的工序。某技术人员利用电磁场设计一种方案简要如图所示，从离子源产生的离子（初速度不计）经匀强电场加速U0后，沿中轴线飞入平行金属板A、B，之后经需要先后进入由电流控制磁场的半径为r（较小）的圆形边界匀强磁场Bx和足够大的匀强磁场By，两磁场的磁感应强度分别由相应的电流Ix和Iy大小和方向控制，磁感应强度与电流关系满足B=kI，k为常数，忽略边缘效应，以平行极板中心O为坐标原点，建立O-xyz坐标系（垂直纸面向外为z轴正方向），平行极板长为L1，间距为d，圆形边界在YOZ平面内的匀强磁场BX的圆心坐标（0，L2，0），待制造芯片放置位置中心坐标（0，L3，0）。已知离子电量为+q、质量为m。 (1)若Ix=Iy=0时，离子恰好打到（R， L3， O） 点，求UAB的值； (2)若UAB=0， Iy =0时，控制离子恰好打到（0，L3，R）点，求Ix的值； (3)若UAB=0，Ix为某值时，离子经圆形磁场偏转角进入By磁场，试导出离子打到芯片上位置 （x，y，z） 与Iy的关系式（设离子转动不到90°）。 16．（2025·浙江北斗星盟·三模）某创新小组设计了一个粒子探测器。如图所示，在xOy平面内第一象限的虚线与y轴所围区域内有一个场强大小为、方向平行于y轴的匀强电场；第三象限内存在垂直xOy平面向外，磁感应强度大小为的匀强磁场；在电场边界右侧放置长为、高为3L的容器（左侧为网状不影响粒子进入，右侧为收集板），容器内分布着正交电磁场，其中匀强磁场方向垂直xOy平面向里，磁感应强度大小为，匀强电场方向竖直向下，场强大小为。点P（0，-d）（d>0）处有一粒子源，某一瞬间向第三象限与y轴正方向成θ角，在该角度范围内发射了N个电荷量为q、质量为m的带正电粒子。所有粒子的速度方向均在xOy平面内，且粒子数随角度均匀分布；所有射出的粒子均能通过坐标原点O，粒子经电场再进入容器，若碰到右侧收集板即被吸收，不计粒子间的相互作用及粒子的重力。求： (1)粒子由P点射出时水平分速度vx的大小； (2)要使所有粒子经过匀强电场后均能沿x轴正方向运动，试判断电场方向并写出此虚线的方程； (3)在满足（2）的条件下，能进入容器的粒子占总粒子数的百分比； (4)在满足（2）的条件下，右侧收集板因吸收粒子而在水平方向上受到的平均作用力。 17．（2025·浙江稽阳联谊学校·二模）某兴趣小组为探索光电效应和光电子在电磁场中的运动规律，设计装置如图所示，频率为的激光照射在竖直放置的锌板K的中心位置O点，其右侧距离为处有另一足够大极板A，A上正对O点有一竖直狭缝，并在两极板间加电压U=1.8V，两极板间电场可视为匀强电场。在A板右侧有宽度为D、方向垂直纸面向内、大小为的匀强磁场。锌板的逸出功，普朗克常量，电子质量为，元电荷，π=3，，。不计光电子重力及光电子间的相互作用。求： (1)光电子到达极板A的最大速度； (2)极板A上有光电子打中的区域面积； (3)要使所有光电子均不从右侧边界飞出，磁场宽度D应满足的条件，并计算电子在磁场中运动最短时间（计算结果保留1位有效数字）； (4)将匀强磁场改为垂直平面向内的非匀强磁场，磁感应强度满足，x为该位置到磁场左边界的距离，要使所有光电子均不从右侧边界飞出，磁场宽度应满足的条件。 18．（24-25高三下·浙江诸暨·二模）如图甲所示是托卡马克装置的结构示意图，其主要包括环形真空室、极向场线圈、环向场线圈等，在环形真空室内注入少量氢的同位素氘和氚，提高温度使其发生聚变反应。如图乙所示为环形真空室的示意图，它的轴线半径为r，横截面的圆半径为R，假设环形真空室内粒子质量为m、电荷量为+q，粒子碰到真空室的室壁立即被吸收。 【提示：空间角是三维空间中的角度度量，用于描述从一个点出发所能观察到的立体角，半顶角为θ的圆锥形发散空间角为】 (1)写出氘和氚核聚变的核反应方程式； (2)若粒子以v0速度沿真空室轴线做匀速圆周运动，求极向场线圈产生磁场的大小； (3)将装置中相邻环向场线圈简化为两个平行线圈，通电后在真空室内产生磁感应强度为B0的匀强磁场，如图丙所示。位于两个线圈轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射速度大小为的粒子。 ①若某粒子发射时速度方向与x轴的夹角θ=37°，求该粒子做螺旋线运动的螺距； ②求粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比； (4)实际装置的环向场线圈产生类似“磁瓶”形状的非匀强磁场来约束粒子，如图丁所示。已知沿轴线方向的磁感应强度最大和最小的关系为：，在粒子运行过程中，垂直轴线方向速度的平方与沿轴线方向的磁感应强度的大小之比为一常数，即。位于轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射粒子（所有粒子均没有碰到室壁），求粒子能被约束在“磁瓶”内的比例。 19.（2025·浙江绍兴一中·模拟）《中国激光》杂志第六期（2025.3）报道，上海光学精密机械研究所林楠团队创新地采用固体激光器方案，实现了LPP-EUV光源技术全球领先，这标志着国产芯片制造迈入了新阶段。物理气相沉积镀膜是芯片制作的关键环节之一，该设备的结构图简化如下（z方向足够长），晶圆（截面MN）固定放置于xOy坐标系的第一象限内，OMN区域内有匀强磁场，磁感应强度，方向沿z轴负方向；第二象限内有匀强电场，场强，方向沿y轴负方向。初速可略的氩离子（比荷 ）经电压为U（待求）的电场加速后，从点水平进入匀强电场E中，恰好打到位于原点O处的金属靶材并被全部吸收，靶材溅射出的金属离子（比荷）从O点飞入磁场区域，速度大小均为，并沉积在晶圆上。忽略离子重力及其间的相互作用力，求： (1)U的数值； (2)假设进入磁场的离子沿各个方向都有，求晶圆MN方向上的涂膜（金属离子打中的区域）长度； (3)假设从O点飞入磁场的离子分布在半顶角的圆锥侧面上，圆锥对称轴垂直于晶圆截面，如图乙，考察方向上的离子，打在晶圆上的位置坐标。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$