三年高考(2017-2019)高考物理真題分項匯編 專題11 磁場(含解析)

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1、專題11 磁場 1.(2019·新課標全國Ⅰ卷)如圖,等邊三角形線框LMN由三根相同的導體棒連接而成,固定于勻強磁場中,線框平面與磁感應強度方向垂直,線框頂點M、N與直流電源兩端相接,已如導體棒MN受到的安培力大小為F,則線框LMN受到的安培力的大小為 A.2F B.1.5F C.0.5F D.0 【答案】B 【解析】設每一根導體棒的電阻為R,長度為L,則電路中,上下兩路電阻之比為,根據并聯電路兩端各電壓相等的特點可知,上下兩路電流之比。如下圖所示,由于上路通電的導體受安培力的有效長度為L,根據安培力計算公式,可知,得,根據左手定則可知,兩力方向相同,故線框LMN所受的合力大小為

2、,故本題選B。 2.(2019·新課標全國Ⅱ卷)如圖,邊長為l的正方形abcd內存在勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面(abcd所在平面)向外。ab邊中點有一電子發(fā)射源O,可向磁場內沿垂直于ab邊的方向發(fā)射電子。已知電子的比荷為k。則從a、d兩點射出的電子的速度大小分別為 A., B., C., D., 【答案】B 【解析】a點射出粒子半徑Ra= =,得:va= =,d點射出粒子半徑為,R=,故vd= =,故B選項符合題意 3.(2019·新課標全國Ⅲ卷)如圖,在坐標系的第一和第二象限內存在磁感應強度大小分別為和B、方向均垂直于紙面向外的勻強磁場。一質量為

3、m、電荷量為q(q>0)的粒子垂直于x軸射入第二象限,隨后垂直于y軸進入第一象限,最后經過x軸離開第一象限。粒子在磁場中運動的時間為 A. B. C. D. 【答案】B 【解析】運動軌跡如圖。 即運動由兩部分組成,第一部分是個周期,第二部分是個周期, 粒子在第二象限運動轉過的角度為90°,則運動的時間為;粒子在第一象限轉過的角度為60°,則運動的時間為;則粒子在磁場中運動的時間為:,故B正確,ACD錯誤。. 4.(2019·北京卷)如圖所示,正方形區(qū)域內存在垂直紙面的勻強磁場。一帶電粒子垂直磁場邊界從a點射入,從b點射出。下列說法正確的是 A.粒子帶正電 B.粒子在

4、b點速率大于在a點速率 C.若僅減小磁感應強度,則粒子可能從b點右側射出 D.若僅減小入射速率,則粒子在磁場中運動時間變短 【答案】C 【解析】由左手定則確粒子的電性,由洛倫茲力的特點確定粒子在b、a兩點的速率,根據確定粒子運動半徑和運動時間。由題可知,粒子向下偏轉,根據左手定則,所以粒子應帶負電,故A錯誤;由于洛倫茲力不做功,所以粒子動能不變,即粒子在b點速率與a點速率相等,故B錯誤;若僅減小磁感應強度,由公式得:,所以磁感應強度減小,半徑增大,所以粒子有可能從b點右側射出,故C正確,若僅減小入射速率,粒子運動半徑減小,在磁場中運動的偏轉角增大,則粒子在磁場中運動時間一定變長,故D錯

5、誤。 5.(2019·天津卷)筆記本電腦機身和顯示屏對應部位分別有磁體和霍爾元件。當顯示屏開啟時磁體遠離霍爾元件,電腦正常工作;當顯示屏閉合時磁體靠近霍爾元件,屏幕熄滅,電腦進入休眠狀態(tài)。如圖所示,一塊寬為、長為的矩形半導體霍爾元件,元件內的導電粒子是電荷量為的自由電子,通入方向向右的電流時,電子的定向移動速度為v。當顯示屏閉合時元件處于垂直于上表面、方向向下的勻強磁場中,于是元件的前、后表面間出現電壓,以此控制屏幕的熄滅。則元件的( ) A.前表面的電勢比后表面的低 B.前、后表面間的電壓與v無關 C.前、后表面間的電壓與成正比 D.自由電子受到的洛倫茲力大小為 【答案

6、】D 【解析】由圖知電流從左向右流動,因此電子的運動方向為從右向左,根據左手定則可知電子偏轉到后面表,因此前表面的電勢比后表面的高,故A錯誤,電子在運動過程中洛倫茲力和電場力平衡,有,故,故D正確,由則電壓,故前后表面的電壓與速度有關,與a成正比,故BC錯誤。 6.(2019·江蘇卷)如圖所示,在光滑的水平桌面上,a和b是兩條固定的平行長直導線,通過的電流強度相等. 矩形線框位于兩條導線的正中間,通有順時針方向的電流,在a、b產生的磁場作用下靜止.則a、b的電流方向可能是 A.均向左 B.均向右 C.a的向左,b的向右 D.a的向右,b的向左 【答案】CD 【解析】由右手螺

7、旋定則可知,若a、b兩導線的電流方向相同,在矩形線框上、下邊處產生的磁場方向相反,由于矩形線框上、下邊的電流方向也相反,則矩形線框上、下邊所受的安培力相反,所以不可以平衡,則要使矩形線框靜止,a、b兩導線的電流方向相反,故CD正確。 7.(2019·浙江選考)電流天平是一種測量磁場力的裝置,如圖所示。兩相距很近的通電平行線圈Ⅰ和Ⅱ,線圈Ⅰ固定,線圈Ⅱ置于天平托盤上。當兩線圈均無電流通過時,天平示數恰好為零。下列說法正確的是 A.當天平示數為負時,兩線圈電流方向相同 B.當天平示數為正時,兩線圈電流方向相同 C.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力大于線圈Ⅱ對線圈Ⅰ的作用力 D.線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的

8、作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對相互作用力 【答案】A 【解析】當兩線圈電流相同時,表現為相互吸引,電流方向相反時,表現為相互排斥,故當天平示數為正時,兩者相互排斥,電流方向相反,當天平示數為負時,兩者相互吸引,電流方向相同,A正確B錯誤;線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與線圈Ⅱ對線圈Ⅰ的作用力是一對相互作用力,等大反向,C錯誤;靜止時,線圈II平衡,線圈Ⅰ對線圈Ⅱ的作用力與托盤對線圈Ⅱ的作用力是一對平衡力,D錯誤. 【點睛】本題的原理是兩通電直導線間的相互作用規(guī)律:兩條平行的通電直導線之間會通過磁場發(fā)生相互作用. ①電流方向相同時,將會吸引; ②電流方向相反時,將會排斥. 8.(20

9、19·浙江選考)磁流體發(fā)電的原理如圖所示。將一束速度為v的等離子體垂直于磁場方向噴入磁感應強度為B的勻強磁場中,在相距為d、寬為a、長為b的兩平行金屬板間便產生電壓。如果把上、下板和電阻R連接,上、下板就是一個直流電源的兩極。若穩(wěn)定時等離子體在兩板間均勻分布,電阻率為ρ。忽略邊緣效應,下列判斷正確的是 A.上板為正極,電流 B.上板為負極,電流 C.下板為正極,電流 D.下板為負極,電流 【答案】C 【解析】根據左手定則,正電荷受到的洛倫茲力方向向下,負電荷受到的洛倫茲力向上,因此下極板為電源的正極,根據平衡有,解得穩(wěn)定時電源的電動勢,則流過R的電流為,而,,則得電流大小為,C

10、正確. 【點睛】本題的關鍵是理解磁流體發(fā)電機的工作原理,知道穩(wěn)定時,離子所受的電場力和洛倫茲力平衡,結合閉合電路歐姆定律進行分析. 9.(2018·北京卷)某空間存在勻強磁場和勻強電場。一個帶電粒子(不計重力)以一定初速度射入該空間后,做勻速直線運動;若僅撤除電場,則該粒子做勻速圓周運動,下列因素與完成上述兩類運動無關的是 A.磁場和電場的方向 B.磁場和電場的強弱 C.粒子的電性和電量 D.粒子入射時的速度 【答案】C 【解析】由題可知,當帶電粒子在復合場內做勻速直線運動,即,則,若僅撤除電場,粒子僅在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,說明要滿足題意需要對磁場與電場的方向以及強弱

11、程度都要有要求,例如:電場方向向下,磁場方向垂直紙面向里等,但是對電性和電量無要求,故選項C正確,ABD錯誤。 10.(2018·全國II卷)如圖,紙面內有兩條互相垂直的長直絕緣導線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點,它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中,外磁場的磁感應強度大小為B0,方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應強度大小分別為和,方向也垂直于紙面向外。則 A.流經L1的電流在b點產生的磁感應強度大小為 B.流經L1的電流在a點產生的磁感應強度大小為 C.流經L2的電流在b點產生的磁感應強度大小為 D.流經L2的電

12、流在a點產生的磁感應強度大小為 【答案】AC 【解析】先利用右手定則判斷通電導線各自產生的磁場強度,然后在利用矢量疊加的方式求解各個導體棒產生的磁場強度。L1在ab兩點產生的磁場強度大小相等設為B1,方向都垂直于紙面向里,而L2在a點產生的磁場強度設為B2,方向向里,在b點產生的磁場強度也為B2,方向向外,規(guī)定向外為正,根據矢量疊加原理可知,,可解得:;,故AC正確。 11.(2018·新課標I卷)如圖,兩個線圈繞在同一根鐵芯上,其中一線圈通過開關與電源連接,另一線圈與遠處沿南北方向水平放置在紙面內的直導線連接成回路。將一小磁針懸掛在直導線正上方,開關未閉合時小磁針處于靜止狀態(tài)。下列說法

13、正確的是 A.開關閉合后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉動 B.開關閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向 C.開關閉合并保持一段時間后,小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向 D.開關閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間,小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉動 【答案】AD 【解析】開關閉合的瞬間,左側的線圈中磁通量變化,產生感應電動勢和感應電流,由楞次定律可判斷出直導線中電流方向為由南向北,由安培定則可判斷出小磁針處的磁場方向垂直紙面向里,小磁針的N極朝垂直紙面向里的方向轉動,選項A正確;開關閉合并保持一段時間后,左側線圈中磁通量不變,線圈中感應電動勢和感

14、應電流為零,直導線中電流為零,小磁針恢復到原來狀態(tài),選項BC錯誤;開關閉合并保持一段時間后再斷開后的瞬間,左側的線圈中磁通量變化,產生感應電動勢和感應電流,由楞次定律可判斷出直導線中電流方向為由北向南,由安培定則可判斷出小磁針處的磁場方向垂直紙面向外,小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉動,選項D正確。 12.(2017·江蘇卷)如圖所示,兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r.圓形勻強磁場B的邊緣恰好與a線圈重合,則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為 (A)1:1 (B)1:2 (C)1:4 (D)4:1 【答案】A 【解析】根據磁通量的定義,當B垂直于S時,穿過線圈的磁通

15、量為Ф=BS,其中S為有磁感線穿過區(qū)域的面積,所以圖中a、b兩線圈的磁通量相等,所以A正確;BCD錯誤. 【 考點定位】帶電粒子在復合場中的運動 【名師點睛】三種場力同時存在,做勻速圓周運動的條件是mag=qE,兩個勻速直線運動,合外力為零,重點是洛倫茲力的方向判斷。 14.(2017·新課標Ⅲ卷)如圖,在磁感應強度大小為B0的勻強磁場中,兩長直導線P和Q垂直于紙面固定放置,兩者之間的距離為l。在兩導線中均通有方向垂直于紙面向里的電流I時,紙面內與兩導線距離均為l的a點處的磁感應強度為零。如果讓P中的電流反向、其他條件不變,則a點處磁感應強度的大小為 A.0 B. C. D.2B0

16、 【答案】C 【解析】如圖1所示,P、Q中電流在a點產生的磁感應強度大小相等,設為B1,由幾何關系有,如果讓P中的電流反向、其他條件不變,如圖2所示,由幾何關系可知,a點處磁感應強度的大小為,故選C。 【 考點定位】電動機原理;安培力 【名師點睛】此題是電動機原理,主要考查學生對物理規(guī)律在實際生活中的運用能力;關鍵是通過分析電流方向的變化分析安培力的方向變化情況。 17.(2017·新課標Ⅱ卷)如圖,虛線所示的圓形區(qū)域內存在一垂直于紙面的勻強磁場,P為磁場邊界上的一點。大量相同的帶電粒子以相同的速率經過P點,在紙面內沿不同的方向射入磁場。若粒子射入速率為,這些粒子在磁場邊界的出射點分布在六分之一圓周上;若粒子射入速率為,相應的出射點分布在三分之一圓周上。不計重力及帶電粒子之間的相互作用。則為 A. B. C. D. 【答案】C 【解析】當粒子在磁場中運動半個圓周時,打到圓形磁場的位置最遠。則當粒子射入的速度為, 如圖,由幾何知識可知,粒子運動的軌道半徑為;同理,若粒子射入的速度為,由幾何知識可知,粒子運動的軌道半徑為;根據,則,故選C。 【名師點睛】此題是帶電粒子在有界磁場中的運動問題;解題時關鍵是要畫出粒子運動的軌跡草圖,知道能打到最遠處的粒子運動的弧長是半圓周,結合幾何關系即可求解。 10

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