2025屆高中物理三輪沖刺練習(xí)-專題三微專題12磁場的性質(zhì)習(xí)題VIP

微專題12磁場的性質(zhì)1.帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2πmqB，可知2.通電電流為I的長直導(dǎo)線周圍磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小滿足B=kIr，式中k是常數(shù)，r3.速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾元件中，當(dāng)自由電荷所受靜電力和洛倫茲力平衡時(shí)，qE=qvB，可得E=Bv。4.回旋加速器(1)最大動(dòng)能由qvmB=mvm2R，Ekm=12mvm2得Ekm(2)總時(shí)間粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，被電場加速兩次，每次增加動(dòng)能qU，加速次數(shù)n=EkmqU，粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t=n2T=Ekm2qU·2π考點(diǎn)一磁場的疊加安培力1.(多選)(2024·福建卷·6)將半徑為r的銅導(dǎo)線半圓環(huán)AB用兩根不可伸長的絕緣輕繩a、b懸掛于天花板上，AB置于垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的磁場中，現(xiàn)給導(dǎo)線通以自A到B大小為I的電流，則：A.通電后兩繩拉力變小 B.通電后兩繩拉力變大C.安培力大小為πBIr D.安培力大小為2BIr2.(2024·安徽合肥市二模)正方形MNPQ的中心為O，其對角線MOP長為2d，均通有電流I0的兩無限長直導(dǎo)線互成60°角，放置在該正方形平面內(nèi)，兩導(dǎo)線彼此絕緣且相交于O，MOP平分∠GOH，通入的電流方向如圖所示。已知一根無限長直導(dǎo)線通入電流I時(shí)，垂直導(dǎo)線距離為r處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=kIr，k為常數(shù)。則M、N、P、QA.BM=4kI0dB.BN=4kI0dC.BP3.(多選)(2024·湖北省宜荊荊恩四地開學(xué)考)如圖甲、乙所示，同種材料制成邊長為a的粗細(xì)均勻的正方形導(dǎo)線框處在勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，從A點(diǎn)通入電流I，下列說法正確的是：A.若電路如圖甲所示，線框受到的安培力大小為BIaB.若電路如圖甲所示，線框受到的安培力大小為2BIaC.若電路如圖乙所示，線框受到的安培力大小為0D.若電路如圖乙所示，線框受到的安培力大小為BIa考點(diǎn)二帶電粒子的磁偏轉(zhuǎn)4.(2024·云南昆明市模擬)帶電粒子進(jìn)入云室會使云室中的氣體電離，從而顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡，正電子的發(fā)現(xiàn)也正是借助了這一儀器。如圖所示為一正電子在云室中的軌跡，a和b是在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡上的兩點(diǎn)，已知磁場方向垂直于軌跡所在平面(即紙面)，若云室內(nèi)空氣阻力大小不變，帶電粒子的質(zhì)量和電荷量不變，重力忽略不計(jì)，下列說法正確的是：A.粒子先經(jīng)過a點(diǎn)再經(jīng)過b點(diǎn)B.磁場方向垂直紙面向外C.粒子連續(xù)轉(zhuǎn)過2π角度的時(shí)間不變D.粒子連續(xù)轉(zhuǎn)過2π角度的動(dòng)能的減少量不變5.(多選)(2024·山東濟(jì)南市三模)地球的磁場是保護(hù)地球的一道天然屏障，它阻擋著能量很高的太陽風(fēng)粒子直接到達(dá)地球表面，從而保護(hù)了地球上的人類和動(dòng)植物。地球北極的磁場是沿豎直軸對稱的非均勻磁場，如圖所示為某帶電粒子在從弱磁場區(qū)向強(qiáng)磁場區(qū)前進(jìn)時(shí)做螺線運(yùn)動(dòng)的示意圖，不計(jì)帶電粒子的重力，下列說法正確的是：A.該帶電粒子帶正電B.該帶電粒子帶負(fù)電C.從弱磁場區(qū)到強(qiáng)磁場區(qū)的過程中帶電粒子的速率不變D.帶電粒子每旋轉(zhuǎn)一周沿軸線方向運(yùn)動(dòng)的距離不變考點(diǎn)三洛倫茲力與現(xiàn)代科技6.(多選)(2024·湖北卷·9)磁流體發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，MN和PQ是兩平行金屬極板，勻強(qiáng)磁場垂直于紙面向里。等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子)從左側(cè)以某一速度平行于極板噴入磁場，極板間便產(chǎn)生電壓。下列說法正確的是：A.極板MN是發(fā)電機(jī)的正極B.僅增大兩極板間的距離，極板間的電壓減小C.僅增大等離子體的噴入速率，極板間的電壓增大D.僅增大噴入等離子體的正、負(fù)帶電粒子數(shù)密度，極板間的電壓增大7.(2024·遼寧省名校聯(lián)盟一模)回旋加速器的示意圖如圖所示，兩個(gè)D形盒半徑均為R，兩D形盒之間的狹縫中存在周期性變化的加速電場，加速電壓大小為U，D形盒所在空間存在垂直于盒面向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，回旋加速器中心O處有一粒子源，可無初速度的釋放質(zhì)量為m，電荷量為q(q>0)的帶電粒子，經(jīng)過多次加速后在D形盒的邊緣被引出。不計(jì)粒子之間的相互作用和相對論效應(yīng)，忽略粒子經(jīng)過狹縫的時(shí)間，則粒子從無初速度釋放到離開加速器的過程中所需要的時(shí)間為：A.πBRU B.πBR2U 8.(2024·江西卷·7)石墨烯是一種由碳原子組成的單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)新材料，具有豐富的電學(xué)性能。現(xiàn)設(shè)計(jì)一電路測量某二維石墨烯樣品的載流子(電子)濃度。如圖(a)所示，在長為a，寬為b的石墨烯表面加一垂直向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電極1、3間通以恒定電流I，電極2、4間將產(chǎn)生電壓U。當(dāng)I=1.00×10-3A時(shí)，測得U-B關(guān)系圖線如圖(b)所示，元電荷e=1.60×10-19C，則此樣品每平方米載流子數(shù)最接近：A.1.7×1019B.1.7×1015C.2.3×1020D.2.3×10169.(2024·遼寧大連市二模)如圖所示為一質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，其中速度選擇器內(nèi)的磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1、方向垂直紙面向里，兩豎直放置極板之間存在一定的電勢差，板間距離為d。O處為一粒子源，發(fā)射一帶正電粒子以速度v恰能沿直線通過速度選擇器，并從A孔垂直于磁場方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場中，運(yùn)動(dòng)半周后打在照相底片上的C點(diǎn)，測得AC長度為L。不計(jì)粒子重力，求：(1)(2分)速度選擇器兩極板間的電勢差U；(2)(3分)粒子的比荷及其在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2的磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；(3)(5分)該粒子有一種同位素，質(zhì)量是該粒子的76倍，兩種粒子帶電荷量相同。從O處連續(xù)射出多個(gè)這兩種粒子，速度范圍均為0.9v~1.2v【點(diǎn)撥·提煉】裝置原理圖規(guī)律速度選擇器若qv0B=qE，即v0=EB磁流體發(fā)電機(jī)等離子體射入，受到洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使兩極板帶正、負(fù)電，兩極電壓為U時(shí)穩(wěn)定，qE=qv0B，U=Ed，U=Bdv0電磁流量計(jì)UDq=qvB，所以v=UBD，所以流量Q=vS霍爾元件當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差，U=kIBd(其中k=11.(2022·北京卷·7)正電子是電子的反粒子，與電子質(zhì)量相同、帶等量正電荷。在云室中有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，從P點(diǎn)發(fā)出兩個(gè)電子和一個(gè)正電子，三個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖中1、2、3所示。下列說法正確的是：A.磁場方向垂直于紙面向里B.軌跡1對應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)速度越來越大C.軌跡2對應(yīng)的粒子初速度比軌跡3的大D.軌跡3對應(yīng)的粒子是正電子2.(2024·河南省名校聯(lián)盟模擬)如圖所示，現(xiàn)有兩根通電長直導(dǎo)線分別固定在正方體ABCD-A'B'C'D'上的兩條邊BB'和BC上且彼此絕緣，電流方向分別由B流向B'、由B流向C，兩通電導(dǎo)線中的電流大小均為I0，正方體邊長為a，已知通電長直導(dǎo)線在周圍空間某位置產(chǎn)生磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=kIr，其中k為常數(shù)，I為電流大小，r為該位置到長直導(dǎo)線的距離，則DA.6kI02a B.2k3.(2024·廣東省一模)如圖所示為世界上第一臺回旋加速器，這臺加速器的最大回旋半徑只有5cm，加速電壓為2kV，可加速氘離子達(dá)到80keV的動(dòng)能。關(guān)于回旋加速器，下列說法正確的是：A.若僅加速電壓變?yōu)?kV，則可加速氘離子達(dá)到160keV的動(dòng)能B.若僅最大回旋半徑增大為10cm，則可加速氘離子達(dá)到320keV的動(dòng)能C.由于磁場對氘離子不做功，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不影響氘離子加速獲得的最大動(dòng)能D.加速電壓的高低不會對氘離子加速獲得的最大動(dòng)能和回旋時(shí)間造成影響4.(2024·山東臨沂市期末)電磁流量計(jì)是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的新型流量測量儀表。主要有直流式和感應(yīng)式兩種。如圖所示直流式電磁流量計(jì)，外加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場垂直于管軸，在豎直徑向a、b處裝有兩個(gè)電極，用來測量含有大量正、負(fù)離子的液體通過磁場時(shí)所產(chǎn)生的電勢差大小U。液體的流量Q可表示為Q=1k·UABd，其中d為管道直徑，k為修正系數(shù)，用來修正導(dǎo)出公式時(shí)未計(jì)及的因素(如流量計(jì)管道內(nèi)的流速并不均勻等)的影響。那么A.恒定常數(shù) B.管道的橫截面積C.液體的流速 D.液體中單位時(shí)間內(nèi)流過某一橫截面的電荷量5.(2024·重慶卷·13)小明設(shè)計(jì)了如圖所示的方案，探究金屬桿在磁場中的運(yùn)動(dòng)情況，質(zhì)量分別為2m、m的金屬桿P、Q用兩根不可伸長的導(dǎo)線相連，形成閉合回路，兩根導(dǎo)線的間距和P、Q的長度均為L，僅在Q的運(yùn)動(dòng)區(qū)域存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向水平向左的勻強(qiáng)磁場。Q在垂直于磁場方向的豎直面內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，P、Q始終保持水平，不計(jì)空氣阻力、摩擦和導(dǎo)線質(zhì)量，忽略回路電流產(chǎn)生的磁場。重力加速度為g，當(dāng)P勻速下降時(shí)，求：(1)(2分)P所受單根導(dǎo)線拉力的大小；(2)(4分)Q中電流的大小。

答案精析高頻考點(diǎn)練1.BD[根據(jù)左手定則可知，通電后半圓環(huán)AB受到的安培力豎直向下，根據(jù)受力分析可知，通電后兩繩拉力變大，故A錯(cuò)誤，B正確；通電半圓環(huán)AB在磁場中的等效長度為半圓環(huán)的直徑，則其所受安培力大小為F=BI·2r=2BIr，故C錯(cuò)誤，D正確。]2.A[根據(jù)幾何關(guān)系可知M、N、P、Q四點(diǎn)到兩導(dǎo)線的距離分別為12d、32d、12d、32d，根據(jù)磁場的矢量疊加可知M、P兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2×kI012d=4kI3.BD[若電路如題圖甲所示，則流過ABC支路和ADC支路的電流都為I2，有效長度相當(dāng)于AC的長度2a；根據(jù)左手定則可知，兩支路受到安培力都向上，則線框受到的安培力大小為F=2×BI2·2a=2BIa，故A錯(cuò)誤，B正確；若電路如題圖乙所示，則流過ABCD支路的電流I1=I4，流過AD支路電流I2=34I；根據(jù)左手定則知，AB邊和CD邊受到安培力大小相等、方向相反，合力為零；BC邊和AD邊受到安培力方向都向上，大小分別為FBC=BI4a，F(xiàn)AD=B3I4a，可知線框受到的安培力大小為F=FBC+FAD=4.C[由于空氣阻力作用，粒子速度減小，根據(jù)qvB=mv2r，r=mvqB，則半徑減小，由軌跡可知先經(jīng)過b點(diǎn)，受到洛倫茲力向左，粒子帶正電，則磁場方向垂直紙面向里，故A、B錯(cuò)誤；周期T=2πrv=2πmqB，粒子每轉(zhuǎn)過2π角度所花時(shí)間為一個(gè)周期，與速度大小無關(guān)，所以時(shí)間不變，故C正確；空氣阻力大小不變，但是轉(zhuǎn)過2π5.AC[由左手定則可知，該帶電粒子帶正電，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；因洛倫茲力對帶電粒子不做功，則從弱磁場區(qū)到強(qiáng)磁場區(qū)的過程中帶電粒子的速率不變，選項(xiàng)C正確；根據(jù)qv⊥B=mv⊥2r，T=2πrv⊥，r=mv⊥qB，T=2πmqB可知隨著磁場的增強(qiáng)，粒子運(yùn)動(dòng)半徑逐漸減小，6.AC[帶正電的粒子受到的洛倫茲力向上，帶負(fù)電的粒子受到的洛倫茲力向下，極板MN帶正電為發(fā)電機(jī)正極，A正確；粒子受到的洛倫茲力和靜電力相互平衡時(shí)，此時(shí)令極板間距為d，則qvB=qUd，可得U=Bdv，因此增大極板間距d，U變大，增大等離子體的噴入速率v，U變大，U大小和粒子數(shù)密度無關(guān)，B、D錯(cuò)誤，C7.D[粒子被引出時(shí)，根據(jù)洛倫茲力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力有qvB=mv2R，此時(shí)動(dòng)能達(dá)到最大值Ekmax=12mv2，設(shè)在電場中加速了n次，則有nqU=12mv2，粒子在磁場中圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2πRv=2πmqB，電場中加速一次，磁場中運(yùn)動(dòng)半周，則粒子從無初速度釋放到離開加速器的過程中所需要的時(shí)間t=8.D[設(shè)樣品每平方米載流子(電子)數(shù)為n，電子定向移動(dòng)的速率為v，則時(shí)間t內(nèi)通過樣品的電荷量q=nevtb，根據(jù)電流的定義式得I=qt=nevb，當(dāng)電子穩(wěn)定通過樣品時(shí)，其所受電場力與洛倫茲力平衡，則有evB=eUb，聯(lián)立解得U=IneB，結(jié)合圖像可得k=Ine=88×10-3320×10-3V/T=0.275V/T，解得9.(1)dvB1(2)2vB2LπL2v解析(1)根據(jù)平衡可知qvB1=qE且有E=U解得U=dvB1(2)由題圖可知L=2R根據(jù)洛倫茲力提供向心力qvB2=m解得qm=根據(jù)l=πR，t=l解得t=π(3)撤去速度選擇器，對該粒子qv1B2=mv12R1解得L1=2由v1的速度范圍為0.9v~1.2v解得L1范圍為0.9L~1.2L對同位素粒子qv2B2=m'v22R2，L2解得L2=7由v2的速度范圍也為0.9v~1.2v解得L2范圍為1.05L~1.4L所以ΔL=L1max-L2min可得ΔL=1.2L-1.05L=0.15L。補(bǔ)償強(qiáng)化練1.A[根據(jù)題圖可知，1和3粒子轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，則1和3粒子為電子，2為正電子，電子帶負(fù)電荷且順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)左手定則可知磁場方向垂直紙面向里，A正確，D錯(cuò)誤；粒子在云室中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力不做功，而粒子受到云室內(nèi)填充物質(zhì)的阻力作用，粒子速度越來越小，B錯(cuò)誤；帶電粒子若僅在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律可知qvB=mv2r，解得粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r=mvqB，根據(jù)題圖可知軌跡3對應(yīng)的粒子運(yùn)動(dòng)的半徑更大，速度更大，粒子運(yùn)動(dòng)過程中受到云室內(nèi)物質(zhì)的阻力的情況下，2.A[BC長直導(dǎo)線在D點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1=kI0a，方向沿D'D，BB'長直導(dǎo)線在D點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=kI02a=2kI02a，方向在ABCD平面內(nèi)平行于AC方向3.B[由洛倫茲力提供向心力qvmB=mvm2R可得，最大速度vm=kBR(其中k為比荷)，Ekm=12mvm2=q2B2R22m，可知最大動(dòng)能和加速電壓無關(guān)，和最大回旋半徑的平方、磁感應(yīng)強(qiáng)度