2015年高考物理试题分类解析（09）磁场（Word版）.doc

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1、20152015 年高考物理真题分类汇编：磁场年高考物理真题分类汇编：磁场(2015(2015 新课标新课标 I-I-14) ). 两相邻的匀强磁场区域的磁感应强度大小不同，方向平行。一速度方 向与磁感应强度方向垂直的带电粒子（不计重力） ，从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后， 粒子的 A. 轨道半径减小，角速度增大 B. 轨道半径减小，角速度减小 C. 轨道半径增大，角速度增大 D. 轨道半径增大，角速度减小 【答案答案】D 【考点考点】洛伦兹力的公式；带电粒子在匀强磁场中的运动 【解析解析】由于磁场方向与速度方向垂直，粒子只受洛伦兹力作用，带电粒子在磁场中所受的洛伦兹力提供所需的向心力：q

2、vB=m ,得到轨道半径 r= ，由于洛伦兹力不做功，故2 带电粒子的线速度 v 不变，当粒子从较强到较弱磁场区域后，B 减少时，r 增大；由角速度= 可判断角速度减小，故选项 D 正确。 【2015 新课标 II-18】18. 指南针是我国古代四大发明之一。关于指南针，下列说明正确的是A. 指南针可以仅具有一个磁极B. 指南针能够指向南北，说明地球具有磁场C.指南针的指向会受到附近铁块的干扰D.在指南针正上方附近沿指针方向放置一直导线，导线通电时指南针不偏转【答案】BC考点：安培定则【2015 新课标 II-19】19. 有两个匀强磁场区域 I 和 II，I 中的磁感应强度是 II 中的 k

3、 倍，两个速率相同的电子分别在两磁场区域做圆周运动。与 I 中运动的电子相比，II 中的电子A. 运动轨迹的半径是 I 中的 k 倍来源:学科网B. 加速度的大小是 I 中的 k 倍C. 做圆周运动的周期是 I 中的 k 倍D. 做圆周运动的角速度是 I 中的 k 倍【答案】AC来源:学_科_网【解析】考点：带电粒子在磁场中的运动；圆周运动【2015 重庆重庆-1】. 题 1 图中曲线 a、b、c、d 为气泡室中某放射物质发生衰变放出的部分粒子的经迹，气泡室中磁感应强度方向垂直纸面向里。以下判断可能正确的是A.a、b 为粒子的经迹 B. a、b 为粒子的经迹 C. c、d 为粒子的经迹 D.

4、c、d 为粒子的经迹 【答案】D考点：本题考查放射线的性质、带电粒子在磁场中的运动。【2015 重庆重庆-7】.（15 分）音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机.题 7 图是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计.线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等.某时刻线圈中电流从 P 流向，大小为I（）求此时线圈所受安培力的大小和方向。（）若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求安培力的功率【答案】 （1）FnBIL，方向

5、水平向右 ；（2）PnBILv考点：本题考查安培力、功率。【2015 重庆重庆-9】.（18 分）题 9 图为某种离子加速器的设计方案.两个半圆形金属盒内存在相同的垂直于纸面向外的匀强磁场.其中MN和M N 是 间距为h的两平行极板，其上分别有正对的两个小孔O和O，O N =ON=d ，P 为靶点，O P=kd（k为大于 1 的整数）.极板间存在方向向上的匀强电场，两极板间电压为U.质量为m、带电量为q的正离子从O点由静止开始加速，经O进入磁场区域.当离子打到极板上O N 区域（含N点）或外壳上时将会被吸收.两虚线之间的区域无电场和磁场存在，离子可匀速穿过.忽略相对论效应和离子所受的重力.求：

6、（1）离子经过电场仅加速一次后能打到 P 点所需的磁感应强度大小；来源:Zxxk.Com（2）能使离子打到 P 点的磁感应强度的所有可能值；（3）打到 P 点的能量最大的离子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间。【答案】 （1）2 2qUmBqkd （2）2 2nqUmBqkd，2(1,2,3,1)nk（3）22(23)= 2 2(1)kmkdt qum k磁，22(1)=kmthqU电来源:学科网 【解析】试题分析：（1）离子经电场加速，由动能定理：21 2qUmv，可得2qUvm磁场中做匀速圆周运动，2vqvBmr刚好打在 P 点，轨迹为半圆，由几何关系可知2kdr 联立解得2 2qUm

7、Bqkd（2）若磁感应强度较大，设离子经过一次加速后若速度较小，圆周运动半径较小，不能直接打在 P 点，而做圆周运动到达N右端，再匀速直线到下端磁场，将重新回到 O 点重新加速，直到打在 P 点。设共加速了 n 次，有：21 2nnqUmv2 n n nvqv Bmr且2nkdr 解得：2 2nqUmBqkd，要求离子第一次加速后不能打在板上，有12dr ，且2 11 2qUmv，2 1 1 1vqv Bmr解得：2nk故加速次数 n 为正整数最大取21nk即2 2nqUmBqkd2(1,2,3,1)nk（3）加速次数最多的离子速度最大，取21nk，离子在磁场中做 n-1 个完整的匀速圆周运动

8、和半个圆周打到 P 点。由匀速圆周运动22rmTvqB22(23)=(1)22 2(1)TkmkdtnT qum k 磁电场中一共加速 n 次，可等效成连续的匀加速直线运动.由运动学公式221(1)2khat电qUamh可得：22(1)=kmthqU电考点：本题考查带电粒子在电场和磁场中的运动、牛顿第二定律、运动学公式。（2015 浙江浙江-25）使用回旋加速器的实验需要把离子束从加速器中引出，离子束引出的方法有磁屏蔽通道法和静电偏转法等。质量为 m，速度为 v 的离子在回旋加速器内旋转，旋转轨道时半径为 r 的圆，圆心在 O 点，轨道在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B。为引出离子束，

9、使用磁屏蔽通道法设计引出器。引出器原理如图所示，一堆圆弧形金属板组成弧形引出通道，通道的圆心位于O点（O点图中未画出） 。引出离子时，令引出通道内磁场的磁感应强度降低，从而使离子从 P 点进入通道，沿通道中心线从 Q 点射出。已知 OQ 长度为 L。OQ 与 OP 的夹角为，（1）求离子的电荷量 q 并判断其正负（2）离子从 P 点进入，Q 点射出，通道内匀强磁场的磁感应强度应降为B，求B（3）换用静电偏转法引出离子束，维持通道内的原有磁感应强度 B 不变，在内外金属板间加直流电压，两板间产生径向电场，忽略边缘效应。为使离子仍从 P 点进入，Q 点射出，求通道内引出轨迹处电场强度 E 的方向和

10、大小【答案】 （1）mvqBr，正电荷（2）22(22 cos ) (2cos )mvrL q rLrR （3）222(22 cos ) (2cos )mvrLEBvq rLrR 【解析】试题分析：（1）离子做圆周运动2vBqvmr 解得mvqBr，正电荷 （2）如图所示O QR，OQL，O ORr引出轨迹为圆弧 2 vB qvmR 考点：回旋加速器，带电粒子在电磁场中的运动（2015 四川四川-7） 如图所示，S 处有一电子源，可向纸面内任意方向发射电子，平板 MN 垂直于纸面，在纸面内的长度 L9.1cm，中点 O 与 S 间的距离 d4.55cm，MN 与 SO 直线的夹角为 ，板所在平

11、面有电子源的一侧区域有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度 B2.0104T，电子质量 m9.11031kg，电量 e1.61019C，不计电子重力。电子源发射速度 v1.6106m/s 的一个电子，该电子打在板上可能位置的区域的长度为 l，则A90时，l9.1cm B60时，l9.1cmC45时，l4.55cm D30时，l4.55cm【答案】AD【解析】试题分析：电子在磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，根据洛伦兹力大小计算公式和向心力公式有：evBrvm2 ，解得电子圆周运动的轨道半径为：reBmv419631100 . 2106 . 1106 . 1101 . 9m4.55102m

12、4.55cm，恰好有：rdL/2，由于电子源 S，可向纸面内任意方向发射电子，因此电子的运动轨迹将是过 S 点的一系列半径为 r 的等大圆，能够打到板 MN 上的区域范围如下图所示，实线 SN 表示电子刚好经过板 N 端时的轨迹，实线 SA 表示电子轨迹刚好与板相切于 A 点时的轨迹，因此电子打在板上可能位置的区域的长度为：lNA，（考点：带电粒子在有界磁场中的运动。【2015 山东山东-24】. 如图所示，直径分别为 D 和 2D 的同心圆处于同一竖直面内，O 为圆心，GH 为大圆的水平直径。两圆之间的环形区域（区）和小圆内部（区）均存在垂直圆面向里的匀强磁场。间距为 d 的两平行金属极板间

13、有一匀强电场，上极板开有一小孔。一质量为 m，电量为+q 的粒子由小孔下方 d/2 处静止释放，加速后粒子以竖直向上的速度 v 射出电场，由点紧靠大圆内侧射入磁场。不计粒子的重力。（1）求极板间电场强度的大小；（2）若粒子运动轨迹与小圆相切，求区磁感应强度的大小；（3）若区，区磁感应强度的大小分别为2mv/qD，4mv/qD，粒子运动一段时间后再次经过 H 点，求这段时间粒子运动的路程。【答案】 （1）2mv qd（2）4mv qD或4 3mv qD（3）5.5D（3）若区域的磁感应强度为12mvBqD，则粒子运动的半径为1 12mvDRqB；区域的磁感应强度为24mvBqD，则粒子运动的半径

14、为2 24mvDRqB；来源:学_科_网设粒子在区和区做圆周运动的周期分别为 T1、T2，由运动公式可得：1 1 12 RTv；2 2 22 RTv据题意分析，粒子两次与大圆相切的时间间隔内，运动轨迹如图所示，根据对称性可知，区两段圆弧所对的圆心角相同，设为1，区内圆弧所对圆心角为2，圆弧和大圆的两个切点与圆心 O 连线间的夹角设为，由几何关系可得：1120o； 2180o；60o粒子重复上述交替运动回到H 点，轨迹如图所示，设粒子在区和区做圆周运动的时间分别为 t1、t2，可得：1 112360 360tT oo；2 22360 360tT oo设粒子运动的路程为 s，由运动公式可知：s=v

15、(t1+t2)联立上述各式可得：s=5.5D考点：带电粒子在匀强磁场中的运动；动能定理。【2015 广东广东-16】16、在同一匀强磁场中，a 粒子（）和质子（）做匀速圆周运动，4 2He1 1H若它们的动量大小相等，则 a 粒子和质子A、运动半径之比是 2:1B、运动周期之比是 2:1C、运动速度大小之比是 4:1D. 受到的洛伦兹力之比是 2:1【答案】B【考点】动量；洛伦兹力的公式；带电粒子在匀强磁场中的运动【解析】a 粒子和质子质量之比为 4 ：1，电荷量之比为 2 ：1 ，由于动量相同，故速度之比为 1 ：4，选项 C 错误；在同一匀强磁场 B 中，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动

16、的半径 r = ，得两者的运动半径之比为 1 ：2，选项 A 错误；带电粒子在匀强磁场中 做匀速圆周运动的周期 T = ，得周期之比为 2 ：1，选项 B 正确；由带电粒子在匀强磁2 场中受到的洛伦兹力 f = qvB，得受到的洛伦兹力之比为 1 ：2，选项 D 错误。【2015 福建福建-18】18如图，由某种粗细均匀的总电阻为 3R 的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场 B 中。一接入电路电阻为 R 的导体棒 PQ，在水平拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 匀速滑动，滑动过程 PQ 始终与 ab 垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在 PQ 从靠近 a

17、d 处向 bc 滑动的过程中（ ）APQ 中电流先增大后减小BPQ 两端电压先减小后增大CPQ 上拉力的功率先减小后增大D线框消耗的电功率先减小后增大【答案】：C来源:学+科+网 Z+X+X+K【2015 福建福建-22】22. 如图，绝缘粗糙的竖直平面 MN 左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为 E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为 B。一质量为 m、电荷量为 q 的带正电的小滑块从 A 点由静止开始沿 MN 下滑，到达 C 点时离开 MN 做曲线运动。A、C 两点间距离为 h，重力加速度为 g。（1）求小滑块运动到 C 点时的速度大小 vc；（2

18、）求小滑块从 A 点运动到 C 点过程中克服摩擦力做的功 Wf；（3）若 D 点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到 D 点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的 P 点。已知小滑块在 D 点时的速度大小为 vD，从 D 点运动到 P 点的时间为 t，求小滑块运动到 P 点时速度的大小 vp.【答案】：（1）E/B （2）2221 BEmmghWf（3）22 222DpvtmqEmgv【解析】试题分析：（1）由题意知，根据左手定则可判断，滑块在下滑的过程中受水平向左的洛伦兹力，当洛伦兹力等于电场力 qE 时滑块离开 MN 开始做曲线运动，即 Bq

19、v=qE解得：v=E/B（2）从 A 到 C 根据动能定理：0212mvWmghf解得：2221 BEmmghWf（3）设重力与电场力的合力为 F，由图意知，在 D 点速度 vD的方向与 F 地方向垂直，从D 到 P 做类平抛运动，在 F 方向做匀加速运动 a=F/m，t 时间内在 F 方向的位移为2 21atx 从 D 到 P，根据动能定理：22 21 21DpmvmvFx，其中22qEmgF联立解得：22 222DpvtmqEmgv【2015 江苏江苏-4】4如图所示，用天平测量匀强磁场的磁感应强度，下列各选项所示的载流线圈匝数相同，边长 NM 相等，将它们分别挂在天平的右臂下方，线圈中通

20、有大小相同的电流，天平处于平衡状态，若磁场发生微小变化，天平最容易失去平衡的是【答案】A【2015 江苏江苏-15】15 （16 分）一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为+q、质量不同的离子飘入电压为的加速电场，其初速度几乎为零，这些离子经过加速后通过狭缝 O0U沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场，最后打在底片上，已知放置底片区域已知放置底片的区域 MN =L，且 OM =L。某次测量发现 MN 中左侧区域 MQ 损坏，2 3检测不到离子，但右侧区域 QN 仍能正常检测到离子. 在适当调节加速电压后，原本打1 3在 MQ 的离子即可在 QN 检测到。（1）求原本打在 MN

21、 中点 P 的离子质量 m；（2）为使原本打在 P 的离子能打在 QN 区域，求加速电压 U 的调节范围；（3）为了在 QN 区域将原本打在 MQ 区域的所有离子检测完整，求需要调节 U 的最少次数。（取；）20. 301lglg30. 477,lg50. 699【答案】 （1）022329 ULqBm （2）916 8110000UUU （3）3 次【解析】 （1）离子在电场中加速：2 021mvqU 在磁场中做匀速圆周运动：rvmqvB2 解得：qmU Br021代入Lr430，解得022329 ULqBm 【2015 海南海南-1】如图，a 是竖直平面 P 上的一点，P 前有一条形磁铁垂

22、直于 P，且 S 极朝向 a 点，P 后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下，在水平面内向右弯曲经过 a 点。在电子经过 a 点的瞬间。条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向（）A向上 B.向下 C.向左 D.向右 【答案】A【2015 天津-12】12(20 分)现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动。真空中 存在着如图所 示的多层紧密相邻的匀强电场和匀强磁场，电场与磁场的宽度均为 d。电场强度为 E 方向水平向右；磁感应强度为 B方向垂直纸面向里。电场、磁场的边界互相平行且与电 场方向垂直。一个质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子在第 1 层电场左侧边界某处由静止 释放粒子始终在电场、磁场中运动，不计粒子重力及运动时的电磁辐射。 (1)求粒子在第 2 层磁场中运动时速度 v2的大小与轨迹半径 r2 (2)粒子从第 n 层磁场右侧边界穿出时，速度的方向与水 平方向的夹角为 n 试求 sin ； (3)若粒子恰好不能从第 n 层磁场右侧边界穿出试问在 其他条件不变的情况下，也进入第 n 层磁场但比荷较 该粒子大的粒子能否穿出该层磁场右侧边界，请简要推 理说明之。【答案】