2016年高考物理试题分类汇编九、磁场

1、磁场磁场 一、选择题一、选择题1.（全国新课标 I 卷，15）现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，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（ ）A. 11B.12C. 121D.144 【答案】D【解析】设质子的质量数和电荷数分别为1m、1q，一价正离子的质量数和电荷数为2m、2q，对于任意粒子，在加速电场中，由动能定理得：2102qUmv得2qUvm 在磁场中应满足2vqvBmr 由题意， 由于两种粒子从同一入口垂直进入磁场，从同一出口垂直离开磁场，故在磁场中做 匀速圆周运动的半径应相同 由式联立求解得匀速圆周运动的半径12mUrBq ，由于加速电压不变，故121221211 1rBmq rBmq其中211212BBqq，可得121 144m m故一价正离子与质子的质量比约为 144 2.（全国新课标 II 卷，18）一圆筒处于磁感应强度大小为B的匀强磁场

2、中，磁场方向与筒 的轴平行，筒的横截面如图所示图中直径 MN 的两端分别开有小孔筒绕其中心轴以 角速度顺时针转动在该截面内，一带电粒子从小孔 M 射入筒内，射入时的运动方向 与 MN 成30角当筒转过90时，该粒子恰好从小孔 N 飞出圆筒不计重力若粒子在 筒内未与筒壁发生碰撞，则带电粒子的比荷为A3BB2BCBD2 B【答案】A【解析】如图所示，由几何关系可知粒子的运动轨迹圆心为O，30MO No由粒子在磁场中的运动规律可知22FmrT合 =FFqvB合合由得2 mTBq 即比荷2q mBT 由圆周运动与几何关系可知 tt合合合即3090 360360TT合合合则3TT合合合又有2T 合由得 3q mB3. （全国新课标 III 卷，18）平面OM和平面ON之间的夹角为 30，其横截面（纸面）如图所示，平面OM上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。一带电粒子的质量为m，电荷量为q（q0） 。粒子沿纸面以大小为v的速度从PM的某点向左上方射入磁场，速度与OM成 30角。已知粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场。不计重力。粒子离开磁场的射点

3、到两平面交线O的距离为A. B. C. D.【答案】D【解析】如图所示，粒子运动轨迹与 ON 只有一个交点，则轨迹与 ON 相切于 C,由几何关系可知：2 sin30.ABrr 则三角形 OAB 为等边三角形，COA 为一条直线，三角形 AOC 为直角三角形，所以4AOr，又mvrqB，故距离为4mv qB。4.（北京卷，16）如图所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直。磁感应强度B随时间均匀增大。两圆坏半径之比为 2:1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb，不考虑两圆环间的相互影响。下列说法正确的是A. Ea:Eb=4:1，感应电流均沿逆时针方向B. Ea:Eb=4:1，感应电流均沿顺时针方向C. Ea:Eb=2:1，感应电流均沿逆时针方向D. Ea:Eb=2:1，感应电流均沿顺时针方向【答案】B【解析】BEStt,根据题意可得4 1abS S，故4 1abE E,感应电流产生的磁场要阻碍原磁场的变大，即产生向里的感应磁场，根据楞次定律可知，感应电流均沿顺时针方向。5.（北京卷 17）中国宋代科学家沈括在梦溪笔谈中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能

4、指南，然常微偏东，不全南也。 ”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意如图。结合上述材料，下列说法不正确的是A.地理南、北极与地磁场的南、北极不重合B.地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近C.地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行D.地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用【答案】C【解析】试题分析：根据题意可得，地理南北极与地磁场存在一个夹角，为磁偏角，故两者不重合，A 正确；地磁南极在地理的北极附近，地磁北极在地理南极附近，B 正确；由于地磁场磁场方向沿磁感线切线方向，故只有赤道处才与地面平行，C 错误；在赤道处磁场方向水平，而射线是带电的粒子，运动方向垂直磁场方向，根据左手定则可得射向赤道的粒子受到的洛伦兹力作用，D 正确；6.（上海卷，5）磁铁在线圈中心上方开始运动时，线圈中产生如图方向的感应电流，则磁 铁（A）向上运动（B）向下运动（C）向左运动（D）向右运动 【答案】B 【解析】从图可知，穿过线圈的原磁通向下，由安培定则可知线圈中的电流激发磁场方向向 上，由楞次定律可知原磁场通过线圈的磁通量的大小在灯架，故选 B。 7.（上海卷，8）如图，一束电子沿

5、z轴正向流动，则在图中y轴上 A 点的磁场方向是（A）+x方向 （B）-x方向 （C）+y方向 （D）-y方向 【答案】A 【解析】据题意，电子流沿z轴正向流动，电流方向向z轴负向，由安培定则可以判断电流激发的磁场以z轴为中心沿顺时针方向（沿z轴负方向看） ，通过y轴 A 点时方向向外，即 沿x轴正向，则选项 A 正确。8.（四川卷，4）如图所示，正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场。一带正电的粒子从f点沿fd 方向射入磁场区域，当速度大小为bv时，从b点离开磁场，在磁场中运动的时间为bt，当速度大小为cv时，从c点离开磁场，在磁场中运动的时间为ct，不计粒子重力。则A:1:2bcvv ，:2:1bctt B:2:1bcvv ，:1:2bctt C:2:1bcvv ，:2:1bctt D:1:2bcvv ，:1:2bctt 【答案】A【解析】由题可得带正电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力做匀速圆周运动，且洛伦兹力提供作 圆周运动的向心力，由公式2224vqvBmmrrT ，2 rTv可以得出:1:2bcbcvvrr, 又由 2 mTqB且粒子运动一周为2，可以得出时间之比等于偏转

6、角之比。由下图看出偏转角之比为2：1。则:2:1bctt ，可得选项 A 正确，B，C，D 错误。9.9.（海南卷。8）如图（a）所示，扬声器中有一线圈处于磁场中，当音频电流信号通过线圈时，线圈带动纸盆振动，发出声音。俯视图（b）表示处于辐射状磁场中的线圈（线圈平面即纸面）磁场方向如图中箭头所示，在图（b）中A当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里B当电流沿顺时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外C当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向里D当电流沿逆时针方向时，线圈所受安培力的方向垂直于纸面向外【答案】BC【解析】将环形导线分割成无限个小段，每段成直线，依据左手定则，可知安培力垂直纸面向外，A 错，B 对；当电流逆时针时，安培力向里，C 对，D 错。二、填空题二、填空题 1.（上海卷，21）形象描述磁场分布的曲线叫做_,通常_的大小也叫 做磁通量密度。 【答案】磁感线；磁感应强度 【解析】为了形象的描述磁场而假想出来的曲线，曲线上任意一点的切线方向均表示该位置 的磁场方向，这样的曲线称为磁感线；磁场的强弱大小用磁感应强度表示，在磁通量中有：BS

7、，所以磁感应强度也称为刺痛密度。三、计算题三、计算题1.（北京卷，22）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。【答案】 （1）mvRBq、2 mTqB（2）EvB【解析】(1)由2vqvBmR.带电粒子做圆周运动半径mvRqB.匀速圆周运动的周期2 mTqB(2)粒子受电场力FqE,洛仑磁力fqvB，粒子做匀速直线运动，则qEqvB,场强EvB2.（上海卷，33） （14 分）如图，一关于 y 轴对称的导体轨道位于水平面内，磁感应强度为 B的匀强磁场与平面垂直。一足够长，质量为m的直导体棒沿x轴方向置于轨道上，在外力 F作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀速加速直线运动，运动时棒与x 轴始终平行。棒单位长度的电阻，与电阻不计的轨道接触良好，运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P=ky3/2（SI） 。求：（1）导体轨道的轨道方

8、程y=f（x） ； （2）棒在运动过程中受到的安培力Fm随y的变化关系； （3）棒从y=0 运动到y=L过程中外力F的功。【答案】 （1）2 224()aByxk （2）2kya（3）2=+2 2kWLmaLa【解析】 （1）设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为（, x y）,安培力的功率2 2B l vFR222 3/24B x vPkyR棒做匀加速运动22vay2Rx代入前式得2 224()aByxk轨道形式为抛物线。3 （天津卷，12）电磁缓冲器是应用于车辆上以提高运行安全性的辅助制动装置，其工作原理是利用电磁阻尼作用减缓车辆的速度。电磁阻尼作用可以借助如下模型讨论：如图所示，将形状相同的两根平行且足够长的铝条固定在光滑斜面上，斜面与水平方向夹角为。一质量为 m 的条形磁铁滑入两铝条间，恰好匀速穿过，穿过时磁铁两端面与两铝条的间距始终保持恒定，其引起电磁感应的效果与磁铁不动，铝条相对磁铁运动相同。磁铁端面是边长为 d的正方形，由于磁铁距离铝条很近，磁铁端面正对两铝条区域的磁场均可视为匀强磁场，磁感应强度为 B，铝条的高度大于 d，电阻率为 ，为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁

9、正对部分的电阻和磁场，其他部分电阻和磁场可忽略不计，假设磁铁进入铝条间以后，减少的机械能完全转化为铝条的内能，重力加速度为 g（1）求铝条中与磁铁正对部分的电流 I；（2）若两铝条的宽度均为 b，推导磁铁匀速穿过铝条间时速度 v 的表达式；（3）在其他条件不变的情况下，仅将两铝条更换为宽度 bb的铝条，磁铁仍以速度 v 进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化。【答案】 （1）sin 2mgIBd（2）22sin 2mgvB d b（3）见解析过程；【解析】(1)磁铁在铝条间运动时，两根铝条受到的安培力大小相等均为 F安，有 F安=BdI,磁铁受到的作用力 F=2F安磁铁匀速运动时：sin0Fmg，解得：sin 2mgIBd（2）磁铁穿过铝条时，在铝条中产生的感应电动势为E，有E=Bdv铝条与磁铁正对部分的电阻为R，由电阻定律有dRdb由欧姆定律有EIR联立可得 22sin 2mgvB d b（3）磁铁以速度 v 进入铝条间，恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力 F，可得222B d bvF当铝条的宽度 bb 时，磁铁以速度 v 进入铝条间时，磁铁受到的作用力变为 F ，有222B d b vF可见 FsinFmg，磁体所受到的合力也减小，由于磁铁加速度与所受到的合力成正比，磁铁的加速度逐渐减小。所以磁铁做加速度减小的减速运动。直到sinFmg时，磁铁达到平衡状态，将匀速下滑。4.(江苏卷，15)（16 分）回旋加速器的工作原理如题 15-1 图所示，置于真空中的 D 形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为+q，加在狭缝间的交变电压如题 15-2 图所示，电压值的大小为U0周期T=2m qB

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