2022年高考物理模擬試題分類匯編磁場(帶詳細(xì)解析)

1、2022 年高考物理試題分類匯編磁場(全國卷 1) 26(21 分) 如下圖， 在0 x 3a 區(qū)域內(nèi)存在與 xy 平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為 B.在 t=0 時(shí)刻，一位于坐標(biāo)原點(diǎn)的粒子源在xy 平面內(nèi)發(fā)射出大量同種帶電粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向與y 軸正方向的夾角分布在 0180范圍內(nèi)。已知沿 y 軸正方向發(fā)射的粒子在t = t0 時(shí)刻剛好從磁場邊界上P( 3a, a) 點(diǎn)離開磁場。求： 粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑 R 及粒子的比荷 qm； 此時(shí)刻仍在磁場中的粒子的初速度方向與y 軸正方向夾角的取值范圍； 從粒子發(fā)射到全部粒子離開磁場所用的時(shí)間。2 3 q 2【答案】

2、R = a = 3 m 3Bt 0速度與 y 軸的正方向的夾角范圍是 60到 120從粒子發(fā)射到全部離開所用 時(shí)間 為2t0【解析】 粒子沿 y 軸的正方向進(jìn)入磁場，從 P 點(diǎn)經(jīng)過做 OP 的垂直平分線與 x 軸的交 點(diǎn)為圓心，根據(jù)直角三角形有R 2 = a 2 + ( 3a R) 2解得R = 2 33a3，則粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的的圓心角為 120， 2sin 9 = a =R周期為T = 3t0粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛侖茲力提供，根據(jù)牛頓第二定律得2 3h = 3a 一 a =3a ，半徑與 y 軸的的夾角是 30，這種粒子的 33圓心角是 240。所用 時(shí)間 為2t 。0所以從粒子發(fā)射到全

3、部離開所用 時(shí)間 為2t 。0Bqv = m(2 ) 2R ， v = 2 R ，化簡得 q = 2T T m 3Bt0仍在磁場中的粒子其圓心角一定大于 120，這樣粒子角度最小時(shí)從磁場右邊界穿出；角度最大時(shí)從磁場左邊界穿出。角度最小時(shí)從磁場右邊界穿出圓心角 120，所經(jīng)過圓弧的弦與中相等穿出點(diǎn)如圖，根據(jù)弦與半徑、 x 軸的夾角都是 30，所以此時(shí)速度與 y 軸的正方向的夾角是 60。角度最大時(shí)從磁場左邊界穿出，半徑與y 軸的的夾角是 60，則此時(shí)速度與 y 軸的正方向的夾角是 120。所以速度與 y 軸的正方向的夾角范圍是 60到 120在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長的粒子的軌跡應(yīng)該與磁場的右邊界2

4、3相切，在三角形中兩個(gè)相等的腰為R = a ，而它的高是3RRR(全國卷 2)26 (21 分)圖中左邊有一對(duì)平行金屬板，兩板相距為 d，電壓為 V;兩板之間有勻強(qiáng)磁場，磁場應(yīng)強(qiáng)度大小為 B0，方向平行于板面并垂直于紙面朝里。圖中右邊有一邊長為 a 的正三角形區(qū)域 EFG(EF 邊與金屬板垂直)，在此區(qū)域內(nèi)及其邊界上也有勻強(qiáng)磁場，磁感 應(yīng)強(qiáng)度大小為 B，方向垂直于紙面朝里。假設(shè)一系列電荷量為q 的正離子沿平行于金屬板面， 垂直于磁場的方向射入金屬板之間，沿同一方向射出金屬板之間的區(qū)域，并經(jīng)EF 邊中點(diǎn) H 射 入磁場區(qū)域。不計(jì)重力(1)已知這些離子中的離子甲到達(dá)磁場邊界 EG 后，從邊界 EF

5、 穿出磁場，求離子甲的質(zhì)量。3 (2) 已知這些離子中的離子乙從 EG 邊上的 I 點(diǎn)(圖中未畫出)穿出磁場， 且 GI 長為 a ，4求離子乙的質(zhì)量。(3) 若這些離子中的最輕離子的質(zhì)量等于離子甲質(zhì)量的一半， 而離子乙的質(zhì)量是最大的， 問磁場邊界上什么區(qū)域內(nèi)可能有離子到達(dá)。解析：(1)在粒子進(jìn)入正交的電磁場做勻速直線運(yùn)動(dòng)，設(shè)粒子的速度為 v，電場的場強(qiáng)為 E0， 根據(jù)平衡條件得E q = B qv0 0VE =0 d由化簡得Vv =B d0粒子甲垂直邊界 EF 進(jìn)入磁場，又垂直邊界 EF 穿出磁場，則軌跡圓心在 EF 上。粒子運(yùn)動(dòng) 中經(jīng)過 EG，說明圓軌跡與 EG 相切，在如圖的三角形中半徑

6、為R=acos30tan15tan15= 1 cos30 osin30o = 2 聯(lián)立化簡得R = ( 3 )a323在磁場中粒子所需向心力由洛倫磁力提供，根據(jù)牛頓第二定律得B qv = mv2 0 ( 3 3 )a2聯(lián)立化簡得m = qadBB0( 3 3 )V 2(2)由于 1 點(diǎn)將 EG 邊按 1 比 3 等分，根據(jù)三角形的性質(zhì)說明此軌跡的弦與 EG 垂直，在如圖的三角形中，有1R = 2 = acos30 o 4a cos30 osin 30o同理qadBBm = 04V(10)mv(3)最輕離子的質(zhì)量是甲的一半，根據(jù)半徑公式R = 離子的軌跡半徑與離子質(zhì)量呈 Bq正比， 所以質(zhì)量在甲

7、和最輕離子之間的所有離子都垂直邊界EF 穿出磁場， 甲最遠(yuǎn)離 H 的距離3為(2 3 3)a ，最輕離子最近離 H 的距離為( 3 )a ，所以在離 H 的距離為(2 3 3)a 到2( 3 )a 之間的 EF 邊界上有離子穿出磁場。32比甲質(zhì)量大的離子都從 EG 穿出磁場，期中甲運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過EG 上的點(diǎn)最近，質(zhì)量最大的乙穿出磁場的 1 位置是最遠(yuǎn)點(diǎn)，所以在 EG 上穿出磁場的粒子都在這兩點(diǎn)之間。a(新課標(biāo)卷) 25. (18 分)如圖所示，在 0 xa、oy 范圍內(nèi)有垂直于 xy 平面向外 2的勻強(qiáng)磁場， 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B。坐標(biāo)原點(diǎn) O 處有一個(gè)粒子源， 在某時(shí)刻發(fā)射大量質(zhì)量為 m、電荷量

8、為 q 的帶正電粒子，它們的速度大小相同，速度方向均在xy 平面內(nèi)，與 y 軸正方向的a夾角分布在 090范圍內(nèi).己知粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑介于 到 a 之間，從發(fā)射粒 2子到粒子全部離開磁場經(jīng)歷的時(shí)間恰好為粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期的四分之一，求最后 離開磁場的粒子從粒子源射出時(shí)的：(1)速度大?。?2)速度方向與 y 軸正方向夾角正弦。解析：設(shè)粒子的發(fā)射速度為 v，粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為 R，由牛頓第二定律和洛倫磁力公mv2 mv式，得qvB = ，解得： R =R qBa當(dāng) Ra 時(shí)，在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長的粒子，其軌跡是圓心為 C 的圓弧，圓弧與磁場 2T 的邊界相切，如圖所示

9、，設(shè)該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t，依題意， t = 時(shí)， 三OCA=4 2設(shè)最后離開磁場的粒子的發(fā)射方向與 y 軸正方向的夾角為，由幾何關(guān)系可得：aR sina = R 一 , R sina = a 一 R cosa 再加上 sin2 a + cos2 a = 1，解得：26 6 aqB 6 一 6R = (2 一 )a, v = (2 一 ) ,sin a =2 2 m 10(上海物理) 13. 如圖，長為2l 的直導(dǎo)線拆成邊長相等，夾角為60 的V 形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B ，當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為 I 的電流時(shí)，該V 形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為(A

10、) 0 (B) BIl (C) BIl (D) 2BIl答案： C解析： 導(dǎo)線有效長度為 2lsin30。=l，所以該 V 形通電導(dǎo)線收到的安培力大小為BIl 。選 C。本題考查安培力大小的計(jì)算。難度：易。(重慶卷) 21.如題 21 圖所示，矩形 MNPQ 區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，有 5 個(gè) 帶電粒子從圖中箭頭所示位置垂直于磁場邊界進(jìn)入磁塊，在紙面民內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng) 軌跡為相應(yīng)的圓弧，這些粒子的質(zhì)量，電荷量以及速度大小如下表所示由以上信息可知，從圖中 a、b、c 處進(jìn)大的粒子對(duì)應(yīng)表中的編號(hào)分別為A 3、5、4 B4、 2、5C5、3、2 D2、4、5答案：Dmv【解析】 根據(jù)

11、半徑公式 r = 結(jié)合表格中數(shù)據(jù)可求得 15 各組粒子的半徑之比依次為 2 Bq3 3 2，說明第一組正粒子的半徑最小，該粒子從MQ 邊界進(jìn)入磁場逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)。由圖a、b 粒子進(jìn)入磁場也是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，則都為正電荷，而且a、b 粒子的半徑比為 2 3，則 a 一定是 第 2 組粒子， b 是第4 組粒子。 c 順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，都為負(fù)電荷，半徑與a 相等是第 5 組粒子。正 確答案 D。(江蘇卷) 9.如圖所示，在勻強(qiáng)磁場中附加另一勻強(qiáng)磁場，附加磁場位于圖中陰影區(qū)域， 附加磁場區(qū)域的對(duì)稱軸 OO與 SS垂直。 a、b、c 三個(gè)質(zhì)子先后從 S 點(diǎn)沿垂直于磁場的方向攝入磁場，它們的速度大小相等， b 的速度

12、方向與 SS垂直， a、c 的速度方向與 b 的速度方向間的 夾角分別為a、b ，且a b 。三個(gè)質(zhì)子經(jīng)過附加磁場區(qū)域后能達(dá)到同一點(diǎn)S，則下列說法中 正確的有A三個(gè)質(zhì)子從 S 運(yùn)動(dòng)到 S的時(shí)間相等B三個(gè)質(zhì)子在附加磁場以外區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心均在 OO軸上 C 若撤去附加磁場， a 到達(dá) SS連線上的位置距 S 點(diǎn)最近D附加磁場方向與原磁場方向相同答案： CD解析：A.三個(gè)質(zhì)子從 S 運(yùn)動(dòng)到 S的時(shí)間不相等， A 錯(cuò)誤；B.三個(gè)質(zhì)子在附加磁場意外區(qū)域運(yùn)動(dòng)時(shí)， 只有 b 運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心在 OO軸上， 因?yàn)榘霃较?等，而圓心在初速度方向的垂線上，所以B 錯(cuò)誤；C.用作圖法可知，若撤去附加電場，

13、 a 到達(dá) SS連線上的位置距 S 點(diǎn)最近， b 最遠(yuǎn)； C 正 確；D. 因 b 要增大曲率，才能使到達(dá)SS連線上的位置向 S 點(diǎn)靠近， 所以附加磁場方向與原磁 場方向相同， D 正確；本體選 CD。本體考查帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)。難度：難。(福建卷) 21、(19 分)如圖所示，兩條平行的光滑金屬導(dǎo)軌固定在傾角為9 的絕緣斜面 上，導(dǎo)軌上端連接一個(gè)定值電阻。導(dǎo)體棒 a 和 b 放在導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直并良好接觸。斜面 上水平虛線 PQ 以下區(qū)域內(nèi)，存在著垂直穿過斜面向上的勻強(qiáng)磁場?，F(xiàn)對(duì)a 棒施以平行導(dǎo)軌斜 向上的拉力，使它沿導(dǎo)軌勻速向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)放在導(dǎo)軌下端的 b 棒恰好靜止。當(dāng) a 棒運(yùn)動(dòng)

14、到 磁場的上邊界 PQ 處時(shí)，撤去拉力， a 棒將繼續(xù)沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)一小段距離后再向下滑動(dòng)，此 時(shí) b 棒已滑離導(dǎo)軌。當(dāng) a 棒再次滑回到磁場邊界 PQ 處時(shí)，又恰能沿導(dǎo)軌勻速向下運(yùn)動(dòng)。已知 a 棒、 b 棒和定值電阻的阻值均為 R,b 棒的質(zhì)量為 m，重力加速度為 g，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。求(1) a 棒在磁場中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)的過程中， a 棒中的電流強(qiáng)度 I，與定值電阻 R 中的電流強(qiáng)度 I 之比；R(2) a 棒質(zhì)量 m ； a(3) a 棒在磁場中沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的拉力F。解析：(1) a 棒沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)時(shí)， a 棒、 b 棒及電阻 R 中的電流分別為 Ia 、Ib 、IR ，有I R

15、 = I RR b bI = I + Ia b RI 2解得： a = I 1b(2)由于 a 棒在 PQ 上方滑動(dòng)過程中機(jī)械能守恒，因而 a 棒在磁場中向上滑動(dòng)的速 度大小 v1 與在磁場中向下滑動(dòng)的速度大小v2 相等，即 v1=v2=v設(shè)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B，導(dǎo)體棒長為 L 乙， a 棒在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 為E=Blv當(dāng) a 棒沿斜面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)EI =2b 3R2BI L = m g sin 9b A向下勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)， a 棒中的電流為 Ia 、則EI =a 2RBI L = m g sin 9a A3由以上各式聯(lián)立解得： m = ma 2(3)由題可知導(dǎo)體棒 a 沿斜面向上運(yùn)

16、動(dòng)時(shí)，所受拉力F = BI L + mg sin9 = mg sin97a 2(廣東卷) 36.(18 分)如圖 16 (a)所示，左為某同學(xué)設(shè)想的粒子速度選擇裝置，由水平轉(zhuǎn) 軸及兩個(gè)薄盤 N1 、N2 構(gòu)成，兩盤面平行且與轉(zhuǎn)軸垂直，相距為 L，盤上各開一狹縫，兩狹縫 夾角9 可調(diào)(如圖 16 (b)；右為水平放置的長為 d 的感光板，板的正上方有一勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B.一小束速度不同、帶正電的粒子沿水平方向射入N1 ，能通d過 N2 的粒子經(jīng) O 點(diǎn)垂直進(jìn)入磁場。 O 到感光板的距離為 2 ，粒子電荷量為 q,質(zhì)量為 m，不計(jì)重力。(1)若兩狹縫平行且盤靜止(如圖 1

17、6 (c)，某一粒子進(jìn)入磁場后，豎直向下打在感光 板中心點(diǎn) M 上，求該粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；(2)若兩狹縫夾角為9 0 ，盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向如圖 16 (b) .要使穿過 N1 、N2 的粒子 均打到感光板 P1P2 連線上。 試分析盤轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 的取值范圍 (設(shè)通過 N1 的所有粒子在盤轉(zhuǎn)d一圈的時(shí)間內(nèi)都能到達(dá) N2 )。解：(1)分析該粒子軌跡圓心為9 爪m動(dòng)時(shí)間為： t = T =2爪 2Bq爪2 2P1 ，半徑為 ，在磁場中轉(zhuǎn)過的圓心角為9 = ，因而運(yùn)(2)設(shè)粒子從N1 運(yùn)動(dòng)到 N2 過程歷時(shí)為 t，之后在磁場中運(yùn)行速度大小為v，軌跡半徑為R 則：在粒子勻速過程有：L=vt

18、粒子出來進(jìn)入磁場的條件：9 = ot0在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有：v2qvB = m R設(shè)粒子剛好過 P1 點(diǎn)、 P2 點(diǎn)時(shí)軌跡半徑分別為： R1、R2 則：R R 三 R1 2dR = 1 4R 2 - | R - | = d 2 2 ( 2 HYPERLINK l _bookmark1 2 )( d ) 2qB9 d 5qB9 d由 得： 0 Q D v = v , Q Q 1 2 1 2 1 2 1 2答案： D解析： 由于從同一高度下落，到達(dá)磁場邊界時(shí)具有相同的速度v，切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電B2 l 2 v 4l流同時(shí)受到磁場的安培力F = ，又R = p ( 為材料的電阻率， l 為線圈的邊長)，R SB2 l 2 vS F所以安培力 F = ，此時(shí)加速度 a = g = ，且 m = p S . 4l ( p 為材料的密度)，所4p m 0 0以加速度a = g B2v 是定值，線圈和同步運(yùn)動(dòng)，落地速度相等 v =v 。由能量守恒可 16pp 1 201得： Q = mg(h + H ) mv2 ， (H 是磁場區(qū)域的高度)，為細(xì)導(dǎo)線 m 小，產(chǎn)生的熱量小，所 2以 Q Q 。正確選項(xiàng) D。1 2(安徽卷) 23. (16 分)如圖 1 所示，寬度為d 的豎直狹長區(qū)