高考物理磁场精讲精练磁场综合典型习题

磁场综合典型习题一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，1～5题每小题只有一个选项正确，6～8小题有多个选项符合题目要求，全选对得6分，选对但不全得3分，有选错的得0分)1．指南针是我国古代四大发明之一，东汉学者王充在《论衡》一书中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，指南针能指示南北方向是由于( )A ．指南针的两个磁极相互吸引B ．指南针的两个磁场相互排斥C ．地磁场对指南针的作用D ．指南针能吸引铁、铝、镍等物质解析：选C.地球本身就是一个巨大的磁体，司南静止时指南的一端是南极，指北的一端是北极；故勺柄指的是南极．指南针指示南北主要是因为地磁场的作用，故C 正确．2．如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长NM 相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是( )解析：选A.由题意知，当处于磁场中的导体，受安培力作用的有效长度越长，根据F ＝BIL 知受安培力越大，越容易失去平衡，由图知选项A 中导体的有效长度最大，所以A 正确．3．如图所示，完全相同的甲、乙两个环形电流同轴平行放置，甲的圆心为O 1，乙的圆心为O 2，在两环圆心的连线上有a 、b 、c 三点，其中aO 1＝O 1b ＝bO 2＝O 2c ，此时a 点的磁感应强度大小为B 1，b 点的磁感应强度大小为B 2.当把环形电流乙撤去后，c 点的磁感应强度大小为( )A ．B 2－B 1 B ．B 1－B 22C ．B 2－B 12D.B 13解析：选B.对于图中单个环形电流，根据安培定则，其在中轴线上的磁场方向均是向左，故c 点的磁场方向也是向左的．设aO 1＝O 1b ＝bO 2＝O 2c ＝r ，设单个环形电流在距离中点r 位置的磁感应强度为B 1r ，在距离中点3r 位置的磁感应强度为B 3r ，a 点磁感应强度：B 1＝B 1r ＋B 3r ，b 点磁感应强度：B 2＝B 1r ＋B 1r ，当撤去环形电流乙后，c 点磁感应强度B c ＝B 3r ＝B 1－B 22，故B 正确．4．如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤的读数为F N1，现在磁铁上方中心偏左位置固定一通电导线，电流方向如图，当加上电流后，台秤的示数为F N2，则下列说法正确的是( )A ．F N1>F N2，弹簧长度将变长B ．F N1>F N2，弹簧长度将变短C ．F N1<F N2，弹簧长度将变长D ．F N1<F N2，弹簧长度将变短解析：选B.以通电导线为研究对象，由左手定则可知，通电导线在磁场中受到斜向右下方的安培力，由牛顿第三定律可知条形磁铁受到通电导线的磁场力为斜向左上方，该力产生对条形磁铁向上提拉和向左压缩弹簧的效果，则台秤示数变小，弹簧被压缩．选项B 正确．5．如图所示，匀强磁场分布在平面直角坐标系的整个第Ⅰ象限内，磁感应强度为B 、方向垂直于纸面向里．一质量为m 、电荷量绝对值为q 、不计重力的粒子，以某速度从O 点沿着与y 轴夹角为30°的方向进入磁场，运动到A 点时，粒子速度沿x 轴正方向．下列判断正确的是( )A ．粒子带正电B ．运动过程中，粒子的速度不变C ．粒子由O 到A 经历的时间为t ＝πm3qBD ．离开第Ⅰ象限时，粒子的速度方向与x 轴正方向的夹角为30°解析：选C.根据题意和左手定则可判断：该带电粒子带负电，故A 选项错误；该带电粒子在洛伦兹力作用下在匀强磁场中做匀速圆周运动，虽然粒子的速度的大小不变，但速度的方向时刻改变，则粒子的速度不断变化，故B 选项错误；根据带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的运动时间t 与圆心角θ、周期T 的关系t ＝θ2π·T 和带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式T ＝2πmqB，根据数学知识可得θ＝π3，解得t＝πm3qB，故C选项正确；根据带电粒子在有界匀强磁场中运动的对称性可知，该带电粒子离开第Ⅰ象限时，粒子的速度方向与x轴正方向的夹角应该为60°，故D选项错误．6．如图所示，质量为m的带电小物块在绝缘粗糙的水平面上以初速度v0开始运动．已知在水平面上方的空间内存在方向垂直纸面向里的水平匀强磁场，则以下关于小物块的受力及运动的分析中，正确的是( )A．若物块带正电，可能受两个力，做匀速直线运动B．若物块带负电，可能受两个力，做匀速直线运动C．若物块带正电，一定受四个力，做减速直线运动D．若物块带负电，一定受四个力，做减速直线运动解析：选AD.若小物块带正电，则受到的洛伦兹力竖直向上，如果洛伦兹力小于重力，则小物块还会受到支持力和摩擦力，做变减速运动，如果洛伦兹力恰好等于重力，则小物块只受这两个力而做匀速直线运动，故A对，C错；若小物块带负电，洛伦兹力竖直向下，小物块受四个力作用而做减速运动，故B错，D对．7．设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示．已知一带电粒子在电场力和洛伦兹力的作用下，从静止开始自A点沿曲线ACB运动，到达B点时速度为零，C点是运动的最低点，忽略粒子的重力，以下说法中正确的是( )A．此粒子必带正电荷B．A点和B点位于同一高度C．粒子在C点时机械能最大D．粒子到达B点后，将沿原曲线返回A点解析：选ABC.粒子从静止开始运动的方向向下，电场强度方向也向下，所以粒子必带正电荷，A正确；因为洛伦兹力不做功，只有静电力做功，A、B两点速度都为0，根据动能定理可知，粒子从A点到B点运动过程中，电场力不做功，故A、B点位于同一高度，B正确；C点是最低点，从A点到C点运动过程中电场力做正功最大，根据动能定理可知粒子在C点时速度最大，动能最大，C正确；到达B点时速度为零，将重复刚才ACB的运动，向右运动，不会返回，故D错误．8．日本福岛核电站的核泄漏事故，使碘的同位素131被更多的人所了解．利用质谱仪可分析碘的各种同位素，如图所示，电荷量均为＋q的碘131和碘127质量分别为m1和m2，它们从容器A下方的小孔S1进入电压为U的加速电场(入场速度忽略不计)，经电场加速后从S2小孔射出，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上．下列说法正确的是( )A ．磁场的方向垂直于纸面向里B ．碘131进入磁场时的速率为2qUm 1C ．碘131与碘127在磁场中运动的时间差值为2π(m 1－m 2)qBD ．打到照相底片上的碘131与碘127之间的距离为2B ⎝⎛⎭⎪⎫2m 1Uq－ 2m 2U q 解析：选BD.粒子带正电，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，A 错误；由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，即qU ＝12m 1v 21，解得v 1＝2qUm 1，B 正确；粒子在磁场中运动的时间t 为周期的一半，根据周期公式T ＝2πm qB ，在磁场中运动的时间差值Δt＝π(m 1－m 2)qB ，故C 错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径R ＝mv qB ＝1B2mU q ，则它们的距离之差Δd＝2R 1－2R 2＝2B⎝⎛⎭⎪⎫2m 1Uq－ 2m 2U q ，故D 正确． 二、非选择题(共4小题，52分)9．(12分)如图所示，金属梯形框架导轨放置在竖直平面内，顶角为θ，底边ab 长为l ，垂直于梯形平面有一个磁感应强度为B 的匀强磁场．在导轨上端再放置一根水平金属棒cd ，质量为m ，导轨上接有电源，使abcd 构成回路，回路电流恒为I ，cd 棒恰好静止．已知金属棒和导轨之间接触良好，不计摩擦阻力，重力加速度为g.求：(1)cd 棒所受磁场力；(2)cd 棒与ab 边之间的高度差h.解析：(1)对于金属棒cd ，在安培力与重力的作用下处于平衡状态，因此cd 棒所受磁场力F cd ＝mg ，方向竖直向上．(2)设cd 棒的有效长度为l ′，由cd 棒静止得：mg ＝BIl ′， 因此l ′＝mgBI根据几何关系知cd 棒的有效长度l ′＝l ＋2htanθ2解得h＝mgBI－l 2tanθ2.答案：(1)mg，方向竖直向上(2)mgBI－l2tanθ210．(12分)如图所示，质量为m，电荷量为q的带电粒子，以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动．不计带电粒子所受重力．(1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T；(2)为使该粒子做匀速直线运动，还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场，求电场强度E的大小．解析：(1)洛伦兹力提供向心力，有F洛＝qvB＝mv2R带电粒子做匀速圆周运动的半径R＝mvBq匀速圆周运动的周期T＝2πRv＝2πmqB(2)粒子受电场力F电＝qE，洛伦兹力F洛＝qvB，粒子做匀速直线运动，则qE＝qvB，电场强度E的大小E＝vB.答案：(1)mvBq2πmqB(2)vB11．(14分)如图所示，MN、PQ是平行金属板，板长为L，两板间距离为L2，PQ板带正电，MN板带负电，在PQ板的上方有垂直纸面向里的匀强磁场．一个电荷量为q、质量为m的带负电的粒子以速度v0从MN板边缘沿平行于板的方向射入两板间，结果粒子恰好从PQ板左边缘飞进磁场，然后又恰好从PQ板的右边缘飞进电场．不计粒子重力，求：(1)两金属板间所加电场的场强大小；(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小．解析：(1)如图所示，设粒子在平行金属板匀强电场中运动的时间为t ，由类平抛运动可知：L ＝v 0t L 2＝12at 2 a ＝Eq m联立解得：E ＝mv 2qL.(2)粒子以速度v 飞出电场后射入匀强磁场做匀速圆周运动，由 qvB ＝m v 2R ，sin θ＝L 2R ，sin θ＝v yv ，v y ＝at联立解得：B ＝2mv 0qL .答案：(1)mv 20qL (2)2mv 0qL12．(14分)如图所示，空间中存在着水平向右的匀强电场，电场强度大小E ＝5 3 N/C ，同时存在着水平方向的匀强磁场，其方向与电场方向垂直，磁感应强度大小B ＝0.5 T ．有一带正电的小球，质量m ＝1×10－6kg ，电荷量q ＝2×10－6C ，正以速度v 在图示的竖直面内做匀速直线运动，当经过P 点时撤掉磁场(不考虑磁场消失引起的电磁感应现象)取g ＝10 m/s 2，求：(1)小球做匀速直线运动的速度v 的大小和方向；(2)从撤掉磁场到小球再次穿过P 点所在的这条电场线经历的时间t.解析：(1)小球匀速直线运动时受力如图，其所受的三个力在同一平面内，合力为零，有qvB ＝q 2E 2＋m 2g 2①代入数据解得v ＝20 m/s ②速度v 的方向与电场E 的方向之间的夹角满足 tan θ＝qE mg③代入数据解得tan θ＝ 3 θ＝60°④(2)撤去磁场，小球在重力与电场力的合力作用下做类平抛运动，如图所示，设其加速度为a ，有a ＝q 2E 2＋m 2g 2m⑤设撤去磁场后小球在初速度方向上的分位移为x ，有 x ＝vt ⑥设小球在重力与电场力的合力方向上分位移为y ，有 y ＝12at 2⑦ tan θ＝yx⑧联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据解得 t ＝2 3 s ＝3.5 s ⑨答案：(1)20 m/s 与电场方向成60°角斜向上 (2)3.5 s高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。