专题10 磁场（解析版）-11年（2010-2020）高考全国1卷物理试题分类解析

· 1 10 年高考（2010-2020）全国 1 卷物理试题分类解析（解析版） 专题 10 磁场 一、选择题 1.（2011 年）14.为了解释地球的磁性，19 世纪安培假设：地球的磁场是由绕过地心的环形电流 I 引起的。 在下列四个图中，正确表示安培假设中环形电流方向的是 【解析】 本题主要考查地磁场及安培定则。地磁的 N 极在地理南极附近，地磁的 S 极在地理北极附近。 地球自转形成的环形电流在垂直于地轴的平面，此电流形成的地磁 N 极在地理南极附近，因此用右手握住 环形电流时，拇指应指向地理南极。因此，选项 B 正确。 【答案】B。 2.（2013 年）18．如图，是半径为 R 的圆柱形匀强磁场区域的横截面（纸面），磁感应强度大小为 B，方 向垂直于纸面向外，一电荷量为 q（q>0）。质量为 m 的粒子沿平行于直径 ab 的方向射入磁场区域，射入点 与 ab 的距离为 ，已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为 60°，则粒子的速率为（不计重 力） A． B．· 2 C． D． 【解析】本题考查洛伦兹力、牛顿第二定律和几何关系。较容易。画出粒子在磁场中的运动轨迹，由 几何关系可知，粒子在磁场中偏转运动的圆弧轨迹的圆心角为 60o，则圆弧半径为 。对粒子在磁场中 的运动有 。解得： 。选项 ACD 错误 B 正确。 【答案】B 【点评】注意粒子速度偏向角与轨迹圆弧所对圆心角的关系。 3（2014 年）15．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力，下列说法正确的是 （ ） A．安培力的方向可以不垂直于直导线 B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半 【解析】根据左手定则，A 错误，B 正确；根据安培力的大小公式 ，C 错误；将直导线从中 点折成直角，安培力的大小一定变为原来的 （如下图） 【答案】15． （ B ） 4.（2014 年）16．如图，MN 为铝质薄平板，铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场（未画出）。 一带电粒子从紧贴铝板上表面的 P 点垂直于铝板向上射出，从 Q 点穿越铝板后到达 PQ 的中点 O。已知粒子 穿越铝板时，其动能损失一半，速度方向和电荷量不变。不计重力。铝板上方和下方的磁感应强度大小之 比为 （ ） A．2 αsinBILF = 2 2· 3 B． C．1 D． 【解析】根据动能公式 ，粒子穿越铝板时，其动能损失一半，则速度变为原来的 。根据题 意，MN 上方，带电粒子圆周的运动半径 ，MN 下方， ，解得 【答案】16． （ D ） 5.（2015 年）14．两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行。一速度方向与磁感应强度方向 垂直的带电粒子(不计重力)，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后，粒子的 A．轨道半径减小，角速度增大 B．轨道半径减小，角速度减小 C．轨道半径增大，角速度增大 D．轨道半径增大，角速度减小 【解析】根据 ，得 ，因速度 不变，而 B 减小，所以轨道半径 增大；根据 ， 因速度 不变，而轨道半径 增大，所以角速度 减小。 【答案】14．D 6.（2012 年）18.电磁轨道炮工作原理如图所示。待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持 良好接触。电流 I 从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于 轨道面的磁场（可视为匀强磁场），磁感应强度的大小与 I 成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作 用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的 2 倍，理论上可采用的方法是 2 2 2 2 2 1 mvEk = 2 2 1qB mvR = 2 2 2 2 qB vmR ⋅ = 2 2 2 1 = B B r mvBqv 2 = qB mvr = v r r v=ω v r ω· 4 A.只将轨道长度 L 变为原来的 2 倍 B.只将电流 I 增加至原来的 2 倍 C.只将弹体质量减至原来的一半 D.将弹体质量减至原来的一半，轨道长度 L 变为原来的 2 倍，其它量不变 【解析】本题主要考查安培力及匀加速直线运动。设导轨间距为 d，电流为 I，则 B=kI。故安培力为： ；弹体的加速度为： ；弹体做匀减速直线运动，出射速度为： 。解得： 。由此式可知，只将电流变为原来 2 倍，或者将弹体质量减为原来的一半，同时将导轨长度 增为原来的 2 倍，可使出射速度变为原来的 2 倍。 【答案】BD。 6.（2016 年）15.现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质 子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处 从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加 到原来的 12 倍。此离子和质子的质量比约为· 5 A.11 B.12 C.121 D.144 【解析】带电粒子的电场中的加速 ，带电粒子在磁场中的圆周运动的半径 ,代入得 ，其它物理量不变，则 m 与 B2 成正比，所以此离子和质子的质量比约为 144. 【答案】D 【点评】本题考查带电粒子的电场中的加速和在磁场中的圆周运动的半径求法，难度：容易 7.（2017 年）16．如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上（与纸面平行），磁场方 向垂直于纸面向里 ，三个带正电的微粒 a，b，c 电荷量相等，质量分别为 ma，mb，mc，已知在该 区域内，a 在纸面内做匀速圆周运动，b 在纸面内向右做匀速直线运动，c 在纸面内向左做匀速直线运 动。下列选项正确的是 A． B． C． D． 【解析】根据受力情况和方向分析，有 ， ， 【答案】B 2 2 1 mvqU = qB mvr = q mU Br 21= a b cm m m> > b a cm m m> > ac bm m m> > c b am m m> > Eqgma = BqvEqgmb += BqvEqgmc −=· 6 8.（2017 年）18．扫描对到显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌，为了有效隔离外界震动 对 STM 的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小震 动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下 以及左右震动的衰减最有效的方案是 【解析】对于 A，无论紫铜薄板上下还是左右震动都引起磁通量的变化从而产生感应电流而 有衰减。所以阻尼最大的是 A。 【答案】A 9.（2017 年）19．如图，三根相互平行的固定长直导线 、 和 两两等距，均通有电流 ， 中电流 方向与 中的相同，与 中的相反，下列说法正确的是 A． 所受磁场作用力的方向与 、 所在平面垂直 B． 所受磁场作用力的方向与 、 所在平面垂直 C． 、 和 单位长度所受的磁场作用力大小之比为 D． 、 和 单位长度所受的磁场作用力大小之比为 【解析】根据安培定则判断磁场方向，再根据左手定则判断受力方向，知 A 错误，B 正确 根据两个力的加角判断合力大小，知 C 正确，D 错误 【答案】BC 1L 2L 3L I 1L 2L 3L 1L 2L 3L 3L 1L 2L 1L 2L 3L 1:1: 3 1L 2L 3L 3 : 3 :1· 7 10.（2018 年全国 2 卷）20．如图，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线 L1、L2，L1 中的电流方向向左，L2 中的电流方向向上；L1 的正上方有 a、b 两点，它们相对于 L2 对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的 磁感应强度大小为 B0，方向垂直于纸面向外。已知 a、b 两点的磁感应强度大小分别为 和 ，方向 也垂直于纸面向外。则 A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为 B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为 C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为 D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为 【解析】设流经 L1 的电流在 a 点产生的磁感应强度大小为 ，流经 L2 电流在 a 点产生的磁感应强度大小 为 ，已知 a 点的磁感应强度大小为 ，根据磁感应强度的叠加原理，考虑磁感应强度的方向，有 同理，b 点的磁感应强度大小为 ，有 因为 （因距离相等）， ，解得 , 【答案】20．AC 11. 2019全国1卷17．如图，等边三角形线框LMN由三根相同的导体棒连接而成，固定于匀强磁场中，线框 平面与磁感应强度方向垂直，线框顶点M、N与直流电源两端相接，已如导体棒MN受到的安培力大小 为F，则线框LMN受到的安培力的大小为 0 1 3 B 0 1 2 B 0 7 12 B 0 1 12 B 0 1 12 B 0 7 12 B aB1 aB2 0 1 3 B 0210 3 1 BBBB aa =−− 0 1 2 B 0210 2 1 BBBB bb =+− 111 BBB ba == 222 BBB ba == 01 12 7 BB = 02 12 1 BB =· 8 A．2F B．1.5F C．0.5F D．0 【答案】17．B 【解析】设导体棒MN的电流为I，则MLN的电流为 ，根据 ,所以ML和LN受安培力为 ，根据力的 合成，线框LMN受到的安培力的大小为 F+ 二、计算题 1.（2010 年）25．(18 分)如图所示，在 0≤x≤a、o≤y≤ 范围内有垂直于 xy 平面向外的匀强磁场，磁感 应强度大小为 B。坐标原点 0 处有一个粒子源，在某时刻发射大量质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子，它 们的速度大小相同，速度方向均在 xy 平面内，与 y 轴正方向的夹角分布在 0～ 范围内。己知粒子在磁场 中做圆周运动的半径介于 a／2 到 a 之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中 做圆周运动周期的四分之一。求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时的 (1)速度的大小： (2)速度方向与 y 轴正方向夹角的正弦。 【答案与解析】设粒子的发射速度为 ，粒子做圆周运动的轨道半径为 R，根据洛伦兹力提供向心力， 有 ，得 。 当 时，在磁场中运动时间最长的粒子，其轨迹是圆心为 C 的圆弧，圆弧与磁场的边界相切， 2 I BILF = 2 F FF 5.130sin22 0 =× 2 a 090 v R vmvB 2 q = qB mvR = aRa