【2021届备考】2020全国名校物理试题分类解析汇编：专题十一：-磁场-Word版含解析.docx

K单元 磁场名目K单元 磁场1K1 磁场 安培力1K2 磁场对运动电荷的作用3K3 带电粒子在组合场及复合场中运动9K4 磁场综合46K1 磁场 安培力（2022陕西西工大附中第八次适应性训练）1. 1873年奥地利维也纳世博会上，比利时诞生的法国工程师格拉姆在布展中偶然接错了导线，把另始终流发电机发出的电接到了自己送展的直流发电机的电流输出端。由此而观看到的现象导致了他的一项重要制造，从而突破了人类在电能利用方中的一个瓶颈。此项制造是（ ）A新型直流发电机B直流电动机 C沟通电动机D沟通发电机 【学问点】感应电动机原理【答案解析】B 解析：直流发电机发电时接另始终流发电机，则另始终流发电机实际成了直流电动机，所以ACD错，B正确【思路点拨】从结构和工作原理上可知：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，这种原理在电机理论中称为可逆原理此题要求知道直流发电机和直流电动机的结构图，并能知道它们的工作原理IcbccacIcIc（2022陕西西工大附中第八次适应性训练）2. 三条在同一平面（纸面）内的长直绝缘导线组成一等边三角形，在导线中通过的电流均为I，方向如图所示。a、b和c三点分别位于三角形的三个顶角的平分线上，且到相应顶点的距离相等。将a、b和c处的磁感应强度大小分别记为B1、B2和B3，下列说法正确的是（ ）AB1=B20）。质量为m的粒子沿正对c o中点且垂直于c o方向射入磁场区域. （不计重力）.求：（1）若要使带电粒子能从b d之间飞出磁场，射入粒子的速度大小的范围.（2）若要使粒子在磁场中运动的时间为四分之一周期，射入粒子的速度又为多大。【学问点】带电粒子在匀强磁场中的运动；牛顿其次定律；向心力【答案解析】（1） （2）解析：（1）见上图，有几何关系得轨迹圆半径为由： ， 得：由：，得 右中图，所以，在三角中由正弦定理：，得 , . 所以速度范围: （2）如下图，设有几何关系 得: , 【思路点拨】带电粒子进入磁场做匀速圆周运动，由题意利用几何关系可得出粒子的转动半径，由洛仑兹力充当向心力可得出粒子速度的大小K3 带电粒子在组合场及复合场中运动（2022江西师大附中三模）1. 如图，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b，相距为d，ab间的电场强度为E，今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b板时，速度大小不变，而方向变成水平方向，且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域，bc宽度也为d，所加电场大小为E，方向竖直向上;磁感应强度方向垂直于纸面对里，磁感应强度大小等于错误！未找到引用源。，重力加速度为g，则下列说法中正确的是（ ）A.粒子在ab区域中做匀变速运动，运动时间为错误！未找到引用源。B.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r=dC.粒子在bc区域中做匀速直线运动，运动时间为错误！未找到引用源。D.粒子在ab、bc区域中运动的总时间为错误！未找到引用源。【学问点】带电粒子在混合场中的运动；带电粒子在匀强磁场中的运动【答案解析】AD 解析：A、将粒子在电场中的运动沿水平和竖直方向正交分解，水平分运动为初速度为零的匀加速运动，竖直分运动为末速度为零的匀减速运动，依据运动学公式，有水平方向：v0=at，d=竖直方向：0=v0-gt解得a=g t=故A正确；B、粒子在复合场中运动时，由于电场力与重力平衡，故粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力供应向心力qv0B=m解得r=由得到r=2d，故B错误；C、由于r=2d，画出轨迹，如图。由几何关系，得到回旋角度为30，故在复合场中的运动时间为t2=故C错误；D、粒子在电场中运动时间为t1=故粒子在ab、bc区域中运动的总时间为t=t1+t2=，故D正确；故选AD【思路点拨】将粒子在电场中的运动沿水平和竖直方向正交分解，水平分运动为初速度为零的匀加速运动，竖直分运动为末速度为零的匀减速运动，依据运动学公式和牛顿其次定律列式分析；粒子在复合场中运动时，由于电场力与重力平衡，故粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力供应向心力（2022江西重点中学协作体其次次联考）2. 如图所示，光滑圆环可绕竖直轴O1O2旋转，在圆环上套一个小球，试验时发觉，增大圆环转速，小球在圆环上的位置上升，但无论圆环转速多大，小球都不能上升到与圆心O等高的N点现让小球带上正电荷，下列措施可以让小球上升到N点的是（）A在空间加上水平向左的匀强磁场B在空间加上竖直向上的匀强电场C在空间加上方向由圆心O向外的磁场D在圆心O点放一个带负电的点电荷【学问点】带电粒子在混合场中的运动【答案解析】B解析：A、在空间加上水平向左的匀强磁场，依据左手定则，可知，洛伦兹力与重力同向，因此不行能到达N点，故A错误；B、当在空间加上竖直向上的匀强电场，则受到的电场力竖直向上，与重力平衡时，球可能达到N点，故B正确；C、当在空间加上方向由圆心O向外的磁场，由左手定则可知，洛伦兹力向下，因此不行能到达N点，故C错误；D、当在圆心O点放一个带负电的点电荷，相互间的库仑引力，使球受到重力与库仑力的合力不行能指向圆心，故D错误；故选：B【思路点拨】当球受到的合力指向圆心时，则可能上升到N点，因此依据电荷带正电，结合给定的电场与磁场，从而即可求解考查对争辩对象的受力分析，把握电场力与洛伦兹力方向的判定，理解左手定则应用，留意球在N点的合力指向圆心是解题的关键（2022湖北武汉二中模拟）3. 在第一象限（含坐标轴）内有垂直xoy平面周期性变化的均匀磁场，规定垂直xoy平面对里的磁场方向为正磁场变化规律如图，磁感应强度的大小为B0，变化周期为T0某一正粒子质量为m、电量为q在t=0时从0点沿x轴正向射入磁场中。若要求粒子在t=T0时距x轴最远，则B0的值为（ ）A、B、C、D、【学问点】 带电粒子在匀强磁场中的运动【答案解析】D解析：粒子在磁场中匀速圆周运动，要求在T0时，粒子距z轴最远，由于粒子在xoy平面内运动，故粒子距z轴最远即为粒子距原点最远如图作出粒子运动轨迹设两段圆弧的圆心O1O2的连线与y轴夹角为，P点的纵坐标为y，圆心O2到y轴之间的距离为x，则由几何关系，得 y=2r+2rcos sin=由于粒子在第一象限内运动，xr由题意依据数学关系知，当=300时，y取最大值，故此时粒子在磁场中t=时间内对圆心转过的角度为=150=，依据粒子在磁场中做圆周运动的时间t=T得：TtT0又粒子在磁场中做圆周运动的周期公式知：T=，知磁感应强度B0故选：D【思路点拨】依据几何学问求出P点横坐标和纵坐标与粒子圆周运动半径的关系依据粒子在第一象限运动的条件求解P点的纵坐标的最大值时周期与T0的关系，再依据周期公式求出磁感应强度B（2022湖南十三校其次次联考）4. 如图所示，在平面直角坐标系xOy中的第一象限内存在磁感应强度大小为B、方向垂直于坐标平面对内的有界圆形匀强磁场区域（图中未画出）；在其次象限内存在沿x轴负方向的匀强电场。一粒子源固定在x轴上的A点，A点横坐标为-L。粒子源沿y轴正方向释放出速度大小为口的电子，电子恰好能通过y轴上的C点，C点纵坐标为2L，电子经过磁场后恰好垂直通过第一象限内与x轴正方向成15角的射线ON（已知电子的质量为m，电荷量为P，不考虑粒子的重力和粒子之间的相互作用）。求：（1）其次象限内电场强度的大小；（2）圆形磁场的最小半径。【学问点】动能定理的应用；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】（1）（2） 解析：（1）从A到C的过程中，电子做类平抛运动，x方向匀速运动，y方向匀加速运动，则有：Lt2；2L=vt可解得：E（2）设电子到达C点的速度大小为vC，方向与y轴正方向的夹角为由动能定理，有mv2eEL解得vC则cos得=45画轨迹如图所示电子在磁场中做匀速圆周运动的半径r=电子在磁场中偏转120后垂直于ON射出磁场最小半径为：Rmrsin60可得：Rm【思路点拨】本题中粒子先在电场中做类似平抛运动，然后进入磁场做匀速圆周运动，要留意两个轨迹的连接点，然后依据运动学公式和牛顿其次定律以及几何关系列式求解，其中画出轨迹是关键（2022吉林市普高二模）5. 如图所示，在xOy坐标系其次象限内有一圆形匀强磁场区域，半径为l0 ，圆心O坐标为（-l0, l0），磁场方向垂直xOy平面。在x轴上有坐标（-l0，0）的P点,两个电子a、b以相同的速率沿不同方向从P点同时射人磁场,电子a的入射方向为y轴正方向，b的入射方向与y轴正方向夹角为=/3。电子a经过磁场偏转后从y轴上的 Q（0，l0）点进人第一象限，在第一象限内紧邻y轴有沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为 ，匀强电场宽为。已知电子质量为m、电荷量为e,不计重力及电子间的相互作用。求：（1）磁场的磁感应强度B的大小（2）b电子在磁场中运动的时间（3）a、b两个电子经过电场后到达x轴的坐标差x【学问点】带电粒子在匀强磁场中的运动；牛顿其次定律；向心力；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】（1） （2） （3）解析：（1） 两电子轨迹如图。由图可知，a电子作圆周运动的半径R A O可得： （2）由几何学问分析可知电子在磁场中运动转过的圆心角为 电子在磁场中运动的时间 电子在磁场中运动的周期为 解得 （3）在电场中 代入 ，即a电子恰好击中x轴上坐标为的位置 依据几何分析，POAO为菱形，所以PO与OA平行.又由于POx轴， OAx轴，所以粒子出场速度vA平行于x轴，即b电子经过磁场偏转后，也恰好沿x轴正方向进入电场， 有 当b沿y方向运动后沿与x轴方向成做匀速直线运动 可得 解得： U【思路点拨】本题考查带电粒子在磁场和电场中的运动，要留意电子在磁场中做匀速圆周运动，在磁场中做平抛运动，要求正确利用好几何关系进行分析（2022福建漳州八校第四次联考）6. 如图所示，在y轴的右侧存在磁感应强度为B的方向垂直纸面对外的匀强磁场，在x轴的上方有一平行板式加速电场。有一薄绝缘板放置在y轴处，且与纸面垂直。现有一质量为m、电荷量为q的粒子由静止经过加速电压为U的电场加速，然后以垂直于板的方向沿直线从A处穿过绝缘板，而后从x轴上的D处以与x轴负向夹角为30的方向进入第四象限，若在此时再施加一个电场可以使粒子沿直线到达y轴上的C点（C点在图上未标出）。已知OD长为l，不计粒子的重力.求：(1) 粒子射入绝缘板之前的速度（2）粒子经过绝缘板时损失了多少动能（3）所加电场的电场强度和带电粒子在y轴的右侧运行的总时间.【学问点】带电粒子在匀强磁场中的运动；牛顿其次定律；向心力；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】 （1） （2） （3） 解析：（）粒子在电场中加速由动能定理可知（）粒子在磁场中作圆周运动轨迹如图由几何关系可得轨道半径为2l由解得=由动能定理得 代入数据解得所以损失动能为（）粒子若作直线运动则=Eq 代入数据解得E= 方向与x轴正向斜向下成60角粒子在第一象限作匀速圆周运动的时间t1=粒子在第四象限做匀速直线运动时间t2=粒子y轴右侧运行的总时间t=【思路点拨】（1）依据动能定理求出粒子射入绝缘板之前的速度（2）依据粒子在磁场中运动的轨迹，确定圆周运动的圆心，依据几何关系求出轨道半径，通过洛伦兹力供应向心力求出粒子在磁场中的速度，最终通过能量守恒求出损失的动能（3）带电粒子做直线运动，所受洛伦兹力与电场力平衡，依据平衡求出电场强度的大小依据圆心角确定在第一象限内做圆周运动的时间，依据匀速直线运动的位移求出直线运动的时间，从而求出运动的总时间（2022广东珠海二模）7. 如图所示，在平面直角坐标系第象限内布满y方向的匀强电场， 在第象限的某个圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场（电场、磁场均未画出）；一个比荷为的带电粒子以大小为的初速度自点P（）沿x方向运动，恰经原点O进入第象限，粒子穿过匀强磁场后，最终从x轴上的点Q（）沿y方向进入第象限；已知该匀强磁场的磁感应强度为，不计粒子重力。 求第象限内匀强电场的场强的大小； 求粒子在匀强磁场中运动的半径准时间； 求圆形磁场区的最小半径。【学问点】带电粒子在匀强磁场中的运动；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】（1）（2）（3）d解析：粒子在第象限做类平抛运动：解得场强设粒子到达O点瞬间，速度大小为，与轴夹角为： ， 粒子在磁场中，洛伦兹力供应向心力： 解得粒子在匀强磁场中运动的半径 在磁场时运动角度： 在磁场时运动时间: 如图，若粒子进入磁场和离开磁场的位置恰位于磁场区的某条直径两端，可求得磁场区的最小半径 解得【思路点拨】（1）粒子在第象限做类平抛运动，依据类似平抛运动的分位移公式列式求解即可；（2）先依据类平抛运动的分运动公式求解末速度，然后依据磁场中洛伦兹力等于向心力列得求解轨道半径，再结合几何关系得到速度的偏转角，最终依据t=T求解磁场中的运动时间；（3）以磁场中的轨迹对应的弦为直径，则圆形磁场区的半径最小（2022湖北襄阳四中模拟）8. 如图所示，在平面内，有一个圆形区域的直径 与轴重合，圆心的坐标为（2，），其半径为，该区域内无磁场 在轴和直线3之间的其他区域内存在垂直纸面对外的匀强磁场，磁感应强度大小为一质量为、电荷量为的带正电的粒子从轴上某点射入磁场不计粒子重力 （1）若粒子的初速度方向与轴正向夹角为60，且粒子不经过圆形区域就能到达点，求粒子的初速度大小； （2）若粒子的初速度方向与轴正向夹角为60，在磁场中运动的时间为，且粒子也能到达点，求粒子的初速度大小； （3）若粒子的初速度方向与轴垂直，且粒子从点第一次经过轴，求粒子的最小初速度 【学问点】带电粒子在磁场中运动，在磁场中的运动半径和周期，示临界速度（最小速度）高考中要求是II级，中难度。【答案解析】（1） （2） （3）解析：（1）粒子不经过圆形区域就能到达B点，故粒子到达B点时速度竖直向下，圆心必在x轴正半轴上.设粒子做圆周运动的半径为，由几何关系得又解得（2）粒子在磁场中的运动周期故粒子在磁场中的运动轨迹的圆心角为粒子到达B点的速度与x轴夹角设粒子做圆周运动的半径为，由几何关系得又解得（3）设粒子从C点进入原形区域，夹角为，轨迹圆对应的半径为r，由几何关系得：故当时，半径最小为又解得【思路点拨】依据题目审清题意，画出带电粒子在磁场中的运动轨迹图，又依据牛顿其次定律列方程求运动半径和周期，还要依据几何学问列式求最小半径由此求出最小速度。本题设问依次递推的，一步一步增加难度，是一道力气考查试题。（2022湖南长沙模拟）9. 如图所示，在坐标系右侧存在一宽度为、垂直纸面对外的有界匀强磁场，磁感应强度的大小为B；在左侧存在与y轴正方向成角的匀强电场。一个粒子源能释放质量为m、电荷量为+q的粒子，粒子的初速度可以忽视。粒子源在点P（，）时发出的粒子恰好垂直磁场边界EF射出；将粒子源沿直线PO移动到Q点时，所发出的粒子恰好不能从EF射出。不计粒子的重力及粒子间相互作用力。求：（1）匀强电场的电场强度；（2）粒子源在Q点时，粒子从放射到其次次进入磁场的时间。【学问点】带电粒子在匀强磁场中的运动；牛顿其次定律；向心力；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】（1） （2）解析：（1）粒子源在P点，粒子在电场中被加速依据动能定理有得：粒子在磁场中做匀速圆周运动，依据牛顿其次定律有由几何关系知，解（2）粒子源在Q点时，粒子在磁场中运动轨迹与边界EF相切，由几何关系知依据牛顿其次定律 有磁场中运动速度为粒子在Q点射出，开头的电场中加速运动：进入磁场后运动四分之三个圆周：第一次出磁场后进入电场，作类平抛运动：粒子从放射到其次次进入磁场的时间【思路点拨】本题关键是明确粒子的运动规律，画出运动轨迹，然后分阶段依据动能定理，牛顿其次定律列式求解（2022江苏徐州一中考前模拟）10. 在xoy平面内，直线OM与x轴负方向成45角，以OM为边界的匀强电场和匀强磁场如图所示在坐标原点O有一不计重力的粒子，其质量和电荷量分别为m和q，以v0沿x轴正方向运动，粒子每次到x轴将反弹，第一次无能量损失，以后每次反弹水平分速度不变，竖直分速度大小减半、方向相反电场强度E和磁感应强度B关系为、求带电粒子：xO45B（v0EyM第一次经过OM时的坐标；其次次到达x轴的动能；在电场中运动时竖直方向上的总路程 【学问点】带电粒子在匀强磁场中的运动；牛顿其次定律；向心力；动能定理的应用；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】（1）（-1m、1m） （2）（3）解析：粒子进入磁场，依据左手定则，粒子做3/4的圆周运动后经过OM，依据洛伦兹力供应向心力有：，=1m故第一次经过OM时的坐标为（-1m、1m）粒子其次次进入磁场，速度不变，则粒子在磁场中运动的半径也为R，故进入电场时离x轴的高度为2R，依据动能定理，粒子到达x轴的动能有：xO45B（v0v0EyO1RM因粒子其次次进入电场做类平抛运动，故到达x轴时的水平分速度为v0，竖直方向： 所以从类平抛开头，粒子第一次到达最高点离x轴的竖直高度为其次次到达最高点离x轴的竖直高度为第n次到达最高点离x轴的竖直高度为故从类平抛开头，在竖直方向上来回的总路程为：故在电场中运动的竖直方向上总路程：另解：由于粒子运动过程中加速度不变，故当每次碰撞后速度减半时，竖直方向的路程为原来的四分之一，有：从类平抛开头，粒子第一次到达最高点离x轴的竖直高度为其次次到达最高点离x轴的竖直高度为第n次到达最高点离x轴的竖直高度为故从类平抛开头，在竖直方向上来回的总路程为：故在电场中运动的竖直方向上总路程：【思路点拨】（1）带电粒子进入磁场做匀速圆周运动，依据洛仑磁力供应向心力和几何学问求解。（2）进入电场，依据电场力做功列出动能定理进行求解。（3）依据运动的合成与分解进行分解为水平和竖直方向 运动进行求解。（2022江西临川二中一模）11. 如图所示，PQ是两块平行金属板，上极板接电源正极，两极板之间的电压为U=1.2104V，一群带负电粒子不停的通过P极板的小孔以速度v0=2.0104m/s垂直金属板飞入，通过Q极板上的小孔后，垂直AC边的中点O进入边界为等腰直角三角形的匀强磁场中，磁感应强度为B=1.0T，边界AC的长度为a=1.6m，粒子比荷。不计粒子的重力。（1）粒子进入磁场时的速度大小是多少；（2）粒子在磁场中运动的时间；打在什么位置？（3）若在两极板间加一正弦交变电压u=9.6104sin314t（V），则这群粒子可能从磁场边界的哪些区域飞出？并求出这些区域。（每个粒子在电场中运动时，可认为电压是不变的）【学问点】 带电粒子在匀强磁场中的运动；牛顿其次定律；向心力；带电粒子在匀强电场中的运动【答案解析】（1）4104m/s（2）10-5s，垂直地打在BC边的中点（3）见解析解析：（1）粒子从P极板进入电场后，做加速运动，有：qUmv2mv02v=4104m/s（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力供应向心力：qvBm故R0.8m所以垂直地打在BC边的中点粒子在磁场中运动的周期为T偏转角为90，所以粒子在磁场中运动的时间为tT104s105s（3）当粒子以反向最大电压进入电场时，粒子不能穿过Q点进入磁场t=0时刻射入的粒子，没有经过加速，粒子将以v0=2.0104m/s从O点射入磁场，Rmin0.4m恰好打到C点因此OC边可以全部打到当粒子以正向最大电压加速进入电场中，依据动能定理：qUmmvm2mv02最大速度vm105m/sRmax2m若粒子与AB边相切飞出，如图所示，依据几何关系可得：BF+FC=a，R切=PF+FO1，可得：R切0.8（+1）mRmin由以上三个半径关系可知，粒子从BC和AB边飞出若恰好与AB相切的粒子打在BC边E，离C点的距离为：0.8在EC之间均有粒子飞出与AB边相切的切点P到B点的距离为：0.8（1）m当粒子以最大速度进入磁场时，粒子将从AB边界的G点飞出，设OD之间的距离为x，则：GD=AD=x+,O2=Rmax-x，依据几何关系可得：（+x）+（Rmaxx）2Rmax2可得x=0.4m最大速度粒子从AB边上射出点G到B点的距离为：0.4m在GP之间均有粒子飞出【思路点拨】1、粒子从P极板进入电场后，做加速运动，依据动能定理qUmv2mv02，代入数据计算可得粒子进入磁场时的速度大小2、粒子在磁场中做匀速圆周运动，依据洛伦兹力供应向心力qvBm，解得R0.8m，故垂直地打在BC边的中点解出粒子在磁场中运动的周期为T，转角为90，所以粒子在磁场中运动的时间tT3、当粒子以反向最大电压进入电场时，粒子不能穿过Q点进入磁场t=0时刻射入的粒子，没有经过加速，粒子将以v0=2.0104m/s从O点射入磁场，此时半径最小，求出最小半径，推断粒子打在哪儿当粒子以正向最大电压加速进入电场中，依据动能定理求出最大速度，从而计算出最大半径，在作出粒子的运动轨迹，依据几何关系计算粒子打在哪儿（2022山东日照一中二模）12. 如图所示，位于竖直平面内的坐标系，在其第三象限空间有沿水平方向的、垂直于纸面对外的匀强磁场，磁感应强度大小为B=05T，还有沿x轴负方向的匀强电场，场强大小为E=2NC。在其第一象限空间有沿y轴负方向的、场强大小也为E的匀强电场，并在的区域有磁感应强度也为B的垂直于纸面对里的匀强磁场。一个带电荷量为q的油滴从图中第三象限的P点得到一初速度，恰好能沿PO作匀速直线运动（PO与x轴负方向的夹角为=45），并从原点O进入第一象限。已知重力加速度g=10ms2，问：（1）油滴在第三象限运动时受到的重力、电场力、洛伦兹力三力的大小之比，并指出油滴带何种电荷；（2）油滴在P点得到的初速度大小：（3）油滴在第一象限运动的时间。【学问点】 带电粒子在匀强磁场中的运动；带电粒子在匀强电场中的运动；带电粒子在混合场中的运动【答案解析】（1）1：1：，油滴带负电荷；（2）4m/s；（3）0.82s解析：（1）依据受力分析（如