2021年各地高考物理真題分類匯編：-磁場

2021年高考物理真題專題磁場選擇題1.(2021·浙江卷)如圖所示，有兩根用超導材料制成的長直平行細導線a、b，分別通以和流向相同的電流，兩導線構成的平面內有一點p，到兩導線的距離相等。下列說法正確的是()A.兩導線受到的安培力B.導線所受安培力可以用計算C.移走導線b前后，p點的磁感應強度方向改變D.在離兩導線所在的平面有一定距離的有限空間內，不存在磁感應強度為零的位置答案BCD解析：導線所受的安培力可以用計算，因為磁場與導線垂直，故B正確；移走導線b前，b電流較大，則p點磁場方向與b產生磁場方向同向，向里，移走后，p點磁場方向與a產生磁場方向相同，向外，故C正確；在離兩導線所在的平面有一定距離的有限空間內，兩導線在任意點產生的磁場均不在同一條直線上，故不存在磁感應強度為零的位置。故D正確。故選BCD。2.(2021·全國乙卷)如圖，圓形區(qū)域內有垂直紙面向里的勻強磁場，質量為m、電荷量為的帶電粒子從圓周上的M點沿直徑方向射入磁場。若粒子射入磁場時的速度大小為，離開磁場時速度方向偏轉；若射入磁場時的速度大小為，離開磁場時速度方向偏轉，不計重力，則為()A.B.C.D.答案B解析：根據(jù)題意做出粒子的圓心如圖所示設圓形磁場區(qū)域的半徑為R，根據(jù)幾何關系有第一次的半徑第二次的半徑根據(jù)洛倫茲力提供向心力有可得所以故選B。3.(2021·全國甲卷)兩足夠長直導線均折成直角，按圖示方式放置在同一平面內，EO與在一條直線上，與OF在一條直線上，兩導線相互絕緣，通有相等的電流I，電流方向如圖所示。若一根無限長直導線通過電流I時，所產生的磁場在距離導線d處的磁感應強度大小為B，則圖中與導線距離均為d的M、N兩點處的磁感應強度大小分別為()A.B、0B.0、2BC.2B、2BD.B、B答案B解析：兩直角導線可以等效為如圖所示兩直導線，由安培定則可知，兩直導線分別在M處的磁感應強度方向為垂直紙面向里、垂直紙面向外，故M處的磁感應強度為零；兩直導線在N處的磁感應強度方向均垂直紙面向里，故M處的磁感應強度為2B；綜上分析B正確。故選B。4.(2021·湖南卷)兩個完全相同的正方形勻質金屬框，邊長為，通過長為的絕緣輕質桿相連，構成如圖所示的組合體。距離組合體下底邊處有一方向水平、垂直紙面向里的勻強磁場。磁場區(qū)域上下邊界水平，高度為，左右寬度足夠大。把該組合體在垂直磁場的平面內以初速度水平無旋轉拋出，設置合適的磁感應強度大小使其勻速通過磁場，不計空氣阻力。下列說法正確的是()

A.與無關，與成反比B.通過磁場的過程中，金屬框中電流的大小和方向保持不變C.通過磁場的過程中，組合體克服安培力做功的功率與重力做功的功率相等D.調節(jié)、和，只要組合體仍能勻速通過磁場，則其通過磁場的過程中產生的熱量不變答案CD解析：由于組合體進入磁場后做勻速運動，由于水平方向的感應電動勢相互低消，有mg=F安=則組合體克服安培力做功的功率等于重力做功的功率，C正確；無論調節(jié)哪個物理量，只要組合體仍能勻速通過磁場，都有mg=F安則安培力做的功都為W=F安3則組合體通過磁場過程中產生的焦耳熱不變，D正確。故選CD。5.(2021·河北卷)如圖，距離為d的兩平行金屬板P、Q之間有一勻強磁場，磁感應強度大小為，一束速度大小為v的等離子體垂直于磁場噴入板間，相距為L的兩光滑平行金屬導軌固定在與導軌平面垂直的勻強磁場中，磁感應強度大小為，導軌平面與水平面夾角為，兩導軌分別與P、Q相連，質量為m、電阻為R的金屬棒垂直導軌放置，恰好靜止，重力加速度為g，不計導軌電阻、板間電阻和等離子體中的粒子重力，下列說法正確的是()A.導軌處磁場的方向垂直導軌平面向上，B.導軌處磁場的方向垂直導軌平面向下，C.導軌處磁場方向垂直導軌平面向上，D.導軌處磁場的方向垂直導軌平面向下，答案B解析：等離子體垂直于磁場噴入板間時，根據(jù)左手定則可得金屬板Q帶正電荷，金屬板P帶負電荷，則電流方向由金屬棒a端流向b端。等離子體穿過金屬板P、Q時產生的電動勢滿足由歐姆定律和安培力公式可得：再根據(jù)金屬棒ab垂直導軌放置，恰好靜止，可得則金屬棒ab受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定則可判定導軌處磁場的方向垂直導軌平面向下。故選B。6.(2021春·浙江卷)如圖所示是通有恒定電流的環(huán)形線圈和螺線管的磁感線分布圖。若通電螺線管是密繞的，下列說法正確的是()A.電流越大，內部的磁場越接近勻強磁場B.螺線管越長，內部磁場越接近勻強磁場C.螺線管直徑越大，內部的磁場越接近勻強磁場D.磁感線畫得越密，內部的磁場越接近勻強磁場【答案】B【解析】根據(jù)螺線管內部的磁感線分布可知，在螺線管的內部，越接近于中心位置，磁感線分布越均勻，越接近兩端，磁感線越不均勻，可知螺線管越長，內部的磁場越接近勻強磁場。故選B。7.(2021·廣東卷)截面為正方形的絕緣彈性長管中心有一固定長直導線，長管外表面固定著對稱分布的四根平行長直導線，若中心直導線通入電流，四根平行直導線均通入電流，，電流方向如圖所示，下列截面圖中可能正確表示通電后長管發(fā)生形變的是()

AB.C.D.答案C解析：因，則可不考慮四個邊上的直導線之間的相互作用；根據(jù)兩通電直導線間的安培力作用滿足“同向電流相互吸引，異向電流相互排斥”，則正方形左右兩側的直導線要受到吸引的安培力，形成凹形，正方形上下兩邊的直導線要受到排斥的安培力，形成凸形，故變形后的形狀如圖C。故選C。計算題8.(2021·廣東卷)圖是一種花瓣形電子加速器簡化示意圖，空間有三個同心圓a、b、c圍成的區(qū)域，圓a內為無場區(qū)，圓a與圓b之間存在輻射狀電場，圓b與圓c之間有三個圓心角均略小于90°的扇環(huán)形勻強磁場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各區(qū)感應強度恒定，大小不同，方向均垂直紙面向外。電子以初動能從圓b上P點沿徑向進入電場，電場可以反向，保證電子每次進入電場即被全程加速，已知圓a與圓b之間電勢差為U，圓b半徑為R，圓c半徑為，電子質量為m，電荷量為e，忽略相對論效應，取。(1)當時，電子加速后均沿各磁場區(qū)邊緣進入磁場，且在電場內相鄰運動軌跡的夾角均為45°，最終從Q點出射，運動軌跡如圖中帶箭頭實線所示，求Ⅰ區(qū)的磁感應強度大小、電子在Ⅰ區(qū)磁場中的運動時間及在Q點出射時的動能；(2)已知電子只要不與Ⅰ區(qū)磁場外邊界相碰，就能從出射區(qū)域出射。當時，要保證電子從出射區(qū)域出射，求k的最大值。答案：(1)，，；(2)解析：(1)電子在電場中加速有在磁場Ⅰ中，由幾何關系可得聯(lián)立解得在磁場Ⅰ中的運動周期為由幾何關系可得，電子在磁場Ⅰ中運動的圓心角為在磁場Ⅰ中的運動時間為聯(lián)立解得從Q點出來的動能為(2)在磁場Ⅰ中的做勻速圓周運動的最大半徑為，此時圓周的軌跡與Ⅰ邊界相切，由幾何關系可得解得由于聯(lián)立解得9.(2021·河北卷)如圖，一對長平行柵極板水平放置，極板外存在方向垂直紙面向外、磁感應強度大小為B的勻強磁場，極板與可調電源相連，正極板上O點處的粒子源垂直極板向上發(fā)射速度為、帶正電的粒子束，單個粒子的質量為m、電荷量為q，一足夠長的擋板與正極板成傾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是負極板上的兩點，C點位于O點的正上方，P點處放置一粒子靶(忽略靶的大小)，用于接收從上方打入的粒子，長度為，忽略柵極的電場邊緣效應、粒子間的相互作用及粒子所受重力。。(1)若粒子經電場一次加速后正好打在P點處的粒子靶上，求可調電源電壓的大?。?2)調整電壓的大小，使粒子不能打在擋板上，求電壓的最小值；(3)若粒子靶在負極板上的位置P點左右可調，則負極板上存在H、S兩點(，H、S兩點末在圖中標出)、對于粒子靶在區(qū)域內的每一點，當電壓從零開始連續(xù)緩慢增加時，粒子靶均只能接收到n()種能量的粒子，求和的長度(假定在每個粒子的整個運動過程中電壓恒定)。答案：(1)；(2)；(3)；解析：(1)從O點射出的粒子在板間被加速，則粒子在磁場中做圓周運動，則半徑由解得(2)當電壓有最小值時，當粒子穿過下面的正極板后，圓軌道與擋板OM相切，此時粒子恰好不能打到擋板上，則從O點射出的粒子在板間被加速，則粒子在負極板上方的磁場中做圓周運動粒子從負極板傳到正極板時速度仍減小到v0，則由幾何關系可知聯(lián)立解得(3)設粒子第一次經過電場加速，在負極板上方磁場區(qū)域偏轉的軌跡半徑為r0，若粒子在電場加速電壓小于Umin，粒子穿過磁場在正極板下方磁場運動時，會被OM板吸收。則第一次出現(xiàn)能吸收到n()種能量的位置(即H點)，為粒子通過極板電壓時，粒子第二次從上方打到負極板的位置(軌跡如圖中藍色線條所示)。由(2)的計算可知則極板電壓大于時，粒子均不會被OM吸收，可以經過正極板下方磁場偏轉，回到負極板上方磁場中，偏轉后打在負極板上。則H點右方的點的粒子靶都可以接受到n()種能量的粒子。即。10.(2021·湖南卷)帶電粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制備的關鍵技術之一、帶電粒子流(每個粒子的質量為、電荷量為)以初速度垂直進入磁場，不計重力及帶電粒子之間的相互作用。對處在平面內的粒子，求解以下問題。(1)如圖(a)，寬度為的帶電粒子流沿軸正方向射入圓心為、半徑為的圓形勻強磁場中，若帶電粒子流經過磁場后都匯聚到坐標原點，求該磁場磁感應強度的大??；(2)如圖(a)，虛線框為邊長等于的正方形，其幾何中心位于。在虛線框內設計一個區(qū)域面積最小的勻強磁場，使匯聚到點的帶電粒子流經過該區(qū)域后寬度變?yōu)椋⒀剌S正方向射出。求該磁場磁感應強度的大小和方向，以及該磁場區(qū)域的面積(無需寫出面積最小的證明過程)；(3)如圖(b)，虛線框Ⅰ和Ⅱ均為邊長等于的正方形，虛線框Ⅲ和Ⅳ均為邊長等于的正方形。在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ中分別設計一個區(qū)域面積最小的勻強磁場，使寬度為的帶電粒子流沿軸正方向射入Ⅰ和Ⅱ后匯聚到坐標原點，再經過Ⅲ和Ⅳ后寬度變?yōu)?，并沿軸正方向射出，從而實現(xiàn)帶電粒子流的同軸控束。求Ⅰ和Ⅲ中磁場磁感應強度的大小，以及Ⅱ和Ⅳ中勻強磁場區(qū)域的面積(無需寫出面積最小的證明過程)。答案：(1)；(2)，垂直與紙面向里，；(3)，，，解析：(1)粒子垂直進入圓形磁場，在坐標原點匯聚，滿足磁聚焦的條件，即粒子在磁場中運動的半徑等于圓形磁場的半徑，粒子在磁場中運動，洛倫茲力提供向心力解得(2)粒子從點進入下方虛線區(qū)域，若要從聚焦的點飛入然后平行軸飛出，為磁發(fā)散的過程，即粒子在下方圓形磁場運動的軌跡半徑等于磁場半徑，粒子軌跡最大的邊界如圖所