高考物理必備專題18之12 磁場(chǎng)的聯(lián)系實(shí)際的新情景問題（原卷版）

專題12磁場(chǎng)的最新“聯(lián)系實(shí)際的新情景問題”本章主要考查電流的磁效應(yīng)、安培力、帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題，主要涉及各種電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)、安培力的大小和方向、帶電粒子在洛倫茲力作用下的運(yùn)動(dòng)，主要體現(xiàn)一是電流磁效應(yīng)主要結(jié)合安培力的大小和方向、靜電力平衡、安培力做功等問題考查；二是勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)，主要涉及群發(fā)粒子的收集比例問題；三是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)主要涉及疊加和不疊加兩種形式，本章洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用問題，高考廣泛聯(lián)系實(shí)際考查。1.（2022·廣東廣州市綜合測(cè)試)如圖，高壓輸電線上使用“正方形間隔棒”支撐導(dǎo)線、、、，目的是固定導(dǎo)線間距，防止導(dǎo)線相碰．的幾何中心為O，當(dāng)四根導(dǎo)線通有等大同向電流時(shí)（）A.幾何中心O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零B.幾何中心O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零C.對(duì)的安培力小于對(duì)的安培力D.所受安培力的方向沿正方形的對(duì)角線方向2.（多選）（2022·江西南昌市·南昌十中月考）高緯度地區(qū)的高空，大氣稀薄，常出現(xiàn)美麗的彩色“極光”。極光是由太陽發(fā)射的高速帶電粒子受地磁場(chǎng)的影響，進(jìn)入兩極附近時(shí)，撞擊并激發(fā)高空中的空氣分子和原子引起的。假如我們?cè)诒睒O地區(qū)仰視，發(fā)現(xiàn)正上方如圖所示的弧狀極光，則關(guān)于這一現(xiàn)象中高速粒子的說法正確的是（）A．高速粒子帶正電 B．粒子軌跡半徑逐漸增大C．仰視時(shí)，粒子沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng) D．仰視時(shí)，粒子沿順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)3.（2022·全國(guó)高考乙卷試題·T18）安裝適當(dāng)?shù)能浖?，利用智能手機(jī)中的磁傳感器可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。如圖，在手機(jī)上建立直角坐標(biāo)系，手機(jī)顯示屏所在平面為xOy面。某同學(xué)在某地對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行了四次測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)y軸指向不同方向而z軸正向保持豎直向上。根據(jù)表中測(cè)量結(jié)果可推知（）測(cè)量序號(hào)Bx/μTBy/μTBz/μT1021-4520-20-463210-454-210-45A.測(cè)量地點(diǎn)位于南半球B.當(dāng)?shù)氐牡卮艌?chǎng)大小約為50μTC第2次測(cè)量時(shí)y軸正向指向南方D.第3次測(cè)量時(shí)y軸正向指向東方4.（2022·廣東佛山市二模）13．據(jù)報(bào)道，我國(guó)空間站安裝了現(xiàn)代最先進(jìn)的霍爾推進(jìn)器用以空間站的軌道維持。如圖乙，在很窄的圓環(huán)空間內(nèi)有沿半徑向外的磁場(chǎng)1，其磁感強(qiáng)度大小可近似認(rèn)為處處相等；垂直圓環(huán)平面同時(shí)加有勻強(qiáng)磁場(chǎng)2和勻強(qiáng)電場(chǎng)（圖中沒畫出），磁場(chǎng)1與磁場(chǎng)2的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，已知電子電量為e，質(zhì)量為m，若電子恰好可以在圓環(huán)內(nèi)沿順時(shí)針方向做半徑為R、速率為v的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。則以下說法正確的是（）A．電場(chǎng)方向垂直環(huán)平面向外 B．電子運(yùn)動(dòng)周期為C．垂直環(huán)平面的磁感強(qiáng)度大小為 D．電場(chǎng)強(qiáng)度大小為【答案】BCD5.（2022·福建高三一模）特高壓直流輸電是國(guó)家重點(diǎn)能源工程。如圖所示為特高壓直流輸電塔仰視圖，兩根等高、相互平行的水平長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相同的電流和，。a、b、c三點(diǎn)連線與兩根導(dǎo)線等高并垂直，b點(diǎn)位于兩根導(dǎo)線間的中點(diǎn)，a、c兩點(diǎn)與b點(diǎn)距離相等，d點(diǎn)位于b點(diǎn)正下方。不考慮地磁場(chǎng)的影響，則（）A．a(chǎn)點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向上 B．b點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為零C．c點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向豎直向上 D．d點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為零6.（2022·江蘇省百校聯(lián)考高三下學(xué)期5月三模）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，現(xiàn)對(duì)氚核（）加速，所需的高頻電源的頻率為f，已知元電荷為e，下列說法正確的是（）A.被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨半徑的增大而增大B.高頻電源的電壓越大，氚核最終射出回旋加速器的速度越大C.氚核的質(zhì)量為D.該回旋加速器接頻率為f的高頻電源時(shí)，也可以對(duì)氦核（）加速7.（2022·浙江高二月考）如圖甲，用強(qiáng)磁場(chǎng)將百萬度高溫的等離子體（等量的正離子和電子）約束在特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)受控核聚變的裝置叫托克馬克。我國(guó)托克馬克裝置在世界上首次實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定運(yùn)行100秒的成績(jī)。多個(gè)磁場(chǎng)才能實(shí)現(xiàn)磁約束，其中之一叫縱向場(chǎng)，圖乙為其橫截面的示意圖，越靠管的右側(cè)磁場(chǎng)越強(qiáng)。盡管等離子體在該截面上運(yùn)動(dòng)的曲率半徑遠(yuǎn)小于管的截面半徑，但如果只有縱向場(chǎng)，帶電粒子還會(huì)逐步向管壁“漂移”，導(dǎo)致約束失敗。不計(jì)粒子重力，下列說法正確的是（）A．正離子在縱向場(chǎng)中沿逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)B．發(fā)生漂移是因?yàn)閹щ娏Ｗ拥乃俣冗^大C．正離子向左側(cè)漂移，電子向右側(cè)漂移D．正離子向下側(cè)漂移，電子向上側(cè)漂移8.（2022·浙江省柯橋中學(xué)高三月考）在實(shí)驗(yàn)室中有一種污水流量計(jì)，其原理可以簡(jiǎn)化為如圖所示模型：廢液內(nèi)含有大量正、負(fù)離子，從直徑為的圓柱形容器右側(cè)流入，左側(cè)流出。流量值等于單位時(shí)間通過橫截面的液體的體積?？臻g有垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，并測(cè)出、間的電壓，則下列說法正確的是（）A．正、負(fù)離子所受洛倫茲力方向是相同的B．容器內(nèi)液體的流速為C．河水流量計(jì)也可以用于測(cè)量不帶電的液體的流速D．污水流量為9.（2022·山東濰坊市·高三月考）質(zhì)譜儀最初是由英國(guó)物理學(xué)家阿斯頓設(shè)計(jì)的，他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖的兩種同位素氖20和氖22，從而證實(shí)了同位素的存在。如圖所示，讓氖20和氖22原子核從質(zhì)譜儀小孔飄入電壓為U的加速電場(chǎng)（初速度可看作零），然后從垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在底片上的不同地方。已知氖20和氖22原子核帶電量相同，質(zhì)量之比約為，從底片上獲得在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑分別為、，則，應(yīng)為（）A． B．C． D．10.（2022·濟(jì)南市·山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高三）如圖所示，是磁流體發(fā)電機(jī)示意圖。平行金屬板a、b之間有一個(gè)很強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量等量正、負(fù)離子）垂直于磁場(chǎng)的方向噴入磁場(chǎng)，a、b兩板間便產(chǎn)生電壓．如果把a(bǔ)、b板與用電器相連接，a、b板就是等效直流電源的兩個(gè)電極。若磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，每個(gè)離子的電荷量大小為q、速度為v，a、b兩板間距為d，兩板間等離子體的等效電阻為r，用電器電阻為R。穩(wěn)定時(shí)，下列判斷正確的是（）A．圖中a板是電源的正極B．電源的電動(dòng)勢(shì)為BvqC．用電器中電流為D．用電器兩端的電壓為Bvd11.（2022·湖北隨州市·廣水市一中模擬）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成．若靜電分析器通道中心線半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射狀電場(chǎng)在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)．不計(jì)粒子的重力，下列說法正確的是（）A.粒子一定帶正電B.加速電場(chǎng)的電壓C.D.若一群離子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群離子具有相同的比荷12．“電磁炮”的模型如圖，光滑水平加速導(dǎo)軌電阻不計(jì)，軌道寬為L(zhǎng)=0.1m，豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1T，“彈體”總質(zhì)量m=0.01kg，彈體在軌道間的電阻R=1Ω，可控電源的內(nèi)阻r=4Ω，提供的電流是I=0.2A，以保證“電磁炮”勻加速發(fā)射，不計(jì)空氣阻力。求：（1）彈體所受安培力大?。唬?）彈體從靜止加速到10m/s過程中系統(tǒng)產(chǎn)生的總熱量。13.（2022·全國(guó)高考甲卷試題·T25）光點(diǎn)式檢流計(jì)是一種可以測(cè)量微小電流的儀器，其簡(jiǎn)化的工作原理示意圖如圖所示。圖中A為輕質(zhì)絕緣彈簧，C為位于紙面上的線圈，虛線框內(nèi)有與紙面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；隨為置于平臺(tái)上的輕質(zhì)小平面反射鏡，輕質(zhì)剛性細(xì)桿D的一端與M固連且與鏡面垂直，另一端與彈簧下端相連，PQ為圓弧形的、帶有均勻刻度的透明讀數(shù)條，PQ的圓心位于M的中心使用前需調(diào)零，使線圈內(nèi)沒有電流通過時(shí)，M豎直且與紙面垂直；入射細(xì)光束沿水平方向經(jīng)PQ上的O點(diǎn)射到M上后沿原路反射。線圈通入電流后彈簧長(zhǎng)度改變，使M發(fā)生傾斜，入射光束在M上的入射點(diǎn)仍近似處于PQ的圓心，通過讀取反射光射到PQ上的位置，可以測(cè)得電流的大小。已知彈簧的勁度系數(shù)為k，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，線圈C的匝數(shù)為N。沿水平方向的長(zhǎng)度為l，細(xì)桿D的長(zhǎng)度為d，圓弧PQ的半徑為r﹐r>>d，d遠(yuǎn)大于彈簧長(zhǎng)度改變量的絕對(duì)值。（1）若在線圈中通入的微小電流為I，求平衡后彈簧長(zhǎng)度改變量的絕對(duì)值x及PQ上反射光點(diǎn)與O點(diǎn)間的弧長(zhǎng)s；（2）某同學(xué)用此裝置測(cè)一微小電流，測(cè)量前未調(diào)零，將電流通入線圈后，PQ上反射光點(diǎn)出現(xiàn)在O點(diǎn)上方，與O點(diǎn)間的弧長(zhǎng)為s1．保持其它條件不變，只將該電流反向接入，則反射光點(diǎn)出現(xiàn)在О點(diǎn)下方，與O點(diǎn)間的弧長(zhǎng)為s2。求待測(cè)電流的大小。14.（2022·廣東江門市模擬）某種離子診斷測(cè)量簡(jiǎn)化裝置如圖所示。豎直平面內(nèi)存在邊界為正方形EFGH、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，探測(cè)板CD平行于HG水平放置，只能沿豎直方向移動(dòng)。a、b兩束寬度不計(jì)帶正電的離子從靜止開始經(jīng)勻強(qiáng)電場(chǎng)加速后持續(xù)從邊界EH水平射入磁場(chǎng)a束離子在EH的中點(diǎn)射入經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后垂直于HG向下射出，并打在探測(cè)板的右端點(diǎn)D點(diǎn)，已知正方形邊界的邊長(zhǎng)為2R，兩束離子間的距離為，離子的質(zhì)量均為m、電荷量均為q，不計(jì)重力及離子間的相互作用，已知。求：（1）求磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小以及a束離子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t；（2）要使兩束離子均能打到探測(cè)板上，求探測(cè)板CD到HG的距離最大是多少？15．（2022·廣東韶關(guān)市二模）19．扭擺器是同步輻射裝置中的插入件，能使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生扭擺。其簡(jiǎn)化模型如圖Ⅰ、Ⅱ兩處的條形均強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)邊界豎直，相距為L(zhǎng)，磁場(chǎng)方向相反且垂直紙面。一質(zhì)量為m、電量為、重力不計(jì)的粒子，從靠近平行板電容器MN板處由靜止釋放，極板間電壓為U，粒子經(jīng)電