2016年高考物理真题分类汇编九磁场解析

2016年高考物理试题分类汇编：九、磁场一、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①在磁场中应满足2vqvBmr②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①②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1212212111rBmqrBmq其中211212BBqq，，可得121144mm故一价正离子与质子的质量比约为1442.（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A．3BB．2BC．BD．2B【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，''30MON由粒子在磁场中的运动规律可知22πFmrT向①=FFqvB向合②由①②得2mTBq即比荷2qmBT③由圆周运动与几何关系可知tt粒子筒即3090360360TT粒子筒则3TT粒子筒④又有2T筒⑤由③④⑤得3qmB3.（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：2sin30.ABrr则三角形O’AB为等边三角形，CO’A为一条直线，三角形AOC为直角三角形，所以4AOr，又mvrqB，故距离为4mvqB。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41abSS，故41abEE,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，2rTv可以得出::1:2bcbcvvrr,又由2mTqB且粒子运动一周为2，可以得出时间之比等于偏转角之比。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.（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，所以磁感应强度也称为刺痛密度。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、2mTqB（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2mTqB(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EvB2.（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ρ，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）2224()aByxk（2）2kya（3）2=+22kWLmaLa【解析】（1）设棒运动到某一位置时与轨道接触点的坐标为（±,xy）,安培力的功率22BlvFR2223/24BxvPkyR棒做匀加速运动22vay2Rx代入前式得2224()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ρ，为研究问题方便，铝条中只考虑与磁铁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）sin2mgIBd（2）22sin2mgvBdb（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：sin2mgIBd（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22sin2mgvBdb（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222BdbvF当铝条的宽度b’b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222''BdbvF可见F’sinFmg，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=2πmqB．一束该种粒子在t=0~2T时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用．求：（1）出射粒子的动能mE；（2）粒子从飘入狭缝至动能达到mE所需的总时间0t；（3）要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件．【答案】(1)222m2qBREm（2）200π2π2BRBRdmtUqB（3）02π100mUdqBR[【解析】（1）由2vqvBmR，212mEmv解得