1、2021年高考物理真题专题 磁场选择题1. (2021浙江卷)如图所示，有两根用超导材料制成的长直平行细导线a、b，分别通以和流向相同的电流，两导线构成的平面内有一点p，到两导线的距离相等。下列说法正确的是()A. 两导线受到的安培力B. 导线所受安培力可以用计算C. 移走导线b前后，p点的磁感应强度方向改变D. 在离两导线所在的平面有一定距离的有限空间内，不存在磁感应强度为零的位置答案BCD解析：导线所受的安培力可以用计算，因为磁场与导线垂直，故B正确；移走导线b前，b电流较大，则p点磁场方向与b产生磁场方向同向，向里，移走后，p点磁场方向与a产生磁场方向相同，向外，故C正确；在离两导线所在
2、的平面有一定距离的有限空间内，两导线在任意点产生的磁场均不在同一条直线上，故不存在磁感应强度为零的位置。故D正确。故选BCD。2. (2021全国乙卷)如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为的带电粒子从圆周上的M点沿直径方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转；若射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转，不计重力，则为()A. B. C. D. 答案B解析：根据题意做出粒子的圆心如图所示设圆形磁场区域的半径为R，根据几何关系有第一次的半径第二次的半径根据洛伦兹力提供向心力有可得所以故选B。3. (2021全国甲卷)两足够长直导线均折成直角，
3、按图示方式放置在同一平面内，EO与在一条直线上，与OF在一条直线上，两导线相互绝缘，通有相等的电流I，电流方向如图所示。若一根无限长直导线通过电流I时，所产生的磁场在距离导线d处的磁感应强度大小为B，则图中与导线距离均为d的M、N两点处的磁感应强度大小分别为()A. B、0 B. 0、2B C. 2B、2B D. B、B答案B解析：两直角导线可以等效为如图所示两直导线，由安培定则可知，两直导线分别在M处的磁感应强度方向为垂直纸面向里、垂直纸面向外，故M处的磁感应强度为零；两直导线在N处的磁感应强度方向均垂直纸面向里，故M处的磁感应强度为2B；综上分析B正确。故选B。4. (2021湖南卷)两个
4、完全相同的正方形匀质金属框，边长为，通过长为的绝缘轻质杆相连，构成如图所示的组合体。距离组合体下底边处有一方向水平、垂直纸面向里的匀强磁场。磁场区域上下边界水平，高度为，左右宽度足够大。把该组合体在垂直磁场的平面内以初速度水平无旋转抛出，设置合适的磁感应强度大小使其匀速通过磁场，不计空气阻力。下列说法正确的是()A. 与无关，与成反比B. 通过磁场的过程中，金属框中电流的大小和方向保持不变C. 通过磁场的过程中，组合体克服安培力做功的功率与重力做功的功率相等D. 调节、和，只要组合体仍能匀速通过磁场，则其通过磁场的过程中产生的热量不变答案CD解析：由于组合体进入磁场后做匀速运动，由于水平方向的
5、感应电动势相互低消，有mg = F安 = 则组合体克服安培力做功的功率等于重力做功的功率，C正确；无论调节哪个物理量，只要组合体仍能匀速通过磁场，都有mg = F安则安培力做的功都为W = F安3L则组合体通过磁场过程中产生的焦耳热不变，D正确。故选CD。5. (2021河北卷)如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g，不计导轨电
6、阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是()A. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，B. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，C. 导轨处磁场方向垂直导轨平面向上，D. 导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，答案B解析：等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可得金属板Q带正电荷，金属板P带负电荷，则电流方向由金属棒a端流向b端。等离子体穿过金属板P、Q时产生的电动势满足由欧姆定律和安培力公式可得：再根据金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止，可得则金属棒ab受到的安培力方向沿斜面向上，由左手定则可判定导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。故选B。6. (2021春浙江卷)如图所示是通有恒定电流
7、的环形线圈和螺线管的磁感线分布图。若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是()A. 电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场B. 螺线管越长，内部磁场越接近匀强磁场C. 螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场D. 磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场【答案】B【解析】根据螺线管内部的磁感线分布可知，在螺线管的内部，越接近于中心位置，磁感线分布越均匀，越接近两端，磁感线越不均匀，可知螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场。故选B。7. (2021广东卷)截面为正方形的绝缘弹性长管中心有一固定长直导线，长管外表面固定着对称分布的四根平行长直导线，若中心直导线通入电流，四根平行直导线均通入电流，电流方向
8、如图所示，下列截面图中可能正确表示通电后长管发生形变的是()A B. C. D. 答案C解析：因，则可不考虑四个边上的直导线之间的相互作用；根据两通电直导线间的安培力作用满足“同向电流相互吸引，异向电流相互排斥”，则正方形左右两侧的直导线要受到吸引的安培力，形成凹形，正方形上下两边的直导线要受到排斥的安培力，形成凸形，故变形后的形状如图C。故选C。计算题8. (2021广东卷)图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90的扇环形匀强磁场区、和。各区感应强度恒定，大小不同，方向均垂直
9、纸面向外。电子以初动能从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取。(1)当时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角均为45，最终从Q点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求区的磁感应强度大小、电子在区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能；(2)已知电子只要不与区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。答案：(1)，；(2)解析：(1)电子在电场中加速有在磁场中，由几何关系可得联立解得在磁场中的
10、运动周期为由几何关系可得，电子在磁场中运动的圆心角为在磁场中的运动时间为联立解得从Q点出来的动能为(2)在磁场中的做匀速圆周运动的最大半径为，此时圆周的轨迹与边界相切，由几何关系可得解得由于联立解得9. (2021河北卷)如图，一对长平行栅极板水平放置，极板外存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，极板与可调电源相连，正极板上O点处的粒子源垂直极板向上发射速度为、带正电的粒子束，单个粒子的质量为m、电荷量为q，一足够长的挡板与正极板成倾斜放置，用于吸收打在其上的粒子，C、P是负极板上的两点，C点位于O点的正上方，P点处放置一粒子靶(忽略靶的大小)，用于接收从上方打入的粒子，长度为，
11、忽略栅极的电场边缘效应、粒子间的相互作用及粒子所受重力。(1)若粒子经电场一次加速后正好打在P点处的粒子靶上，求可调电源电压的大小；(2)调整电压的大小，使粒子不能打在挡板上，求电压的最小值；(3)若粒子靶在负极板上的位置P点左右可调，则负极板上存在H、S两点(，H、S两点末在图中标出)、对于粒子靶在区域内的每一点，当电压从零开始连续缓慢增加时，粒子靶均只能接收到n()种能量的粒子，求和的长度(假定在每个粒子的整个运动过程中电压恒定)。答案：(1)；(2)；(3)；解析：(1)从O点射出的粒子在板间被加速，则粒子在磁场中做圆周运动，则半径由解得(2)当电压有最小值时，当粒子穿过下面的正极板后，
12、圆轨道与挡板OM相切，此时粒子恰好不能打到挡板上，则从O点射出的粒子在板间被加速，则粒子在负极板上方的磁场中做圆周运动粒子从负极板传到正极板时速度仍减小到v0，则由几何关系可知联立解得(3)设粒子第一次经过电场加速，在负极板上方磁场区域偏转的轨迹半径为r0，若粒子在电场加速电压小于Umin，粒子穿过磁场在正极板下方磁场运动时，会被OM板吸收。则第一次出现能吸收到n()种能量的位置(即H点)，为粒子通过极板电压时，粒子第二次从上方打到负极板的位置(轨迹如图中蓝色线条所示)。由(2)的计算可知则极板电压大于时，粒子均不会被OM吸收，可以经过正极板下方磁场偏转，回到负极板上方磁场中，偏转后打在负极板
13、上。则H点右方的点的粒子靶都可以接受到n()种能量的粒子。即。10. (2021湖南卷)带电粒子流的磁聚焦和磁控束是薄膜材料制备的关键技术之一、带电粒子流(每个粒子的质量为、电荷量为)以初速度垂直进入磁场，不计重力及带电粒子之间的相互作用。对处在平面内的粒子，求解以下问题。(1)如图(a)，宽度为的带电粒子流沿轴正方向射入圆心为、半径为的圆形匀强磁场中，若带电粒子流经过磁场后都汇聚到坐标原点，求该磁场磁感应强度的大小；(2)如图(a)，虚线框为边长等于的正方形，其几何中心位于。在虚线框内设计一个区域面积最小的匀强磁场，使汇聚到点的带电粒子流经过该区域后宽度变为，并沿轴正方向射出。求该磁场磁感应
14、强度的大小和方向，以及该磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)；(3)如图(b)，虛线框和均为边长等于的正方形，虚线框和均为边长等于的正方形。在、和中分别设计一个区域面积最小的匀强磁场，使宽度为的带电粒子流沿轴正方向射入和后汇聚到坐标原点，再经过和后宽度变为，并沿轴正方向射出，从而实现带电粒子流的同轴控束。求和中磁场磁感应强度的大小，以及和中匀强磁场区域的面积(无需写出面积最小的证明过程)。答案：(1)；(2)，垂直与纸面向里，；(3)，解析：(1)粒子垂直进入圆形磁场，在坐标原点汇聚，满足磁聚焦的条件，即粒子在磁场中运动的半径等于圆形磁场的半径，粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力解得
15、(2)粒子从点进入下方虚线区域，若要从聚焦的点飞入然后平行轴飞出，为磁发散的过程，即粒子在下方圆形磁场运动的轨迹半径等于磁场半径，粒子轨迹最大的边界如图所示，图中圆形磁场即为最小的匀强磁场区域磁场半径为，根据可知磁感应强度为根据左手定则可知磁场的方向为垂直纸面向里，圆形磁场的面积为(3)粒子在磁场中运动，3和4为粒子运动的轨迹圆，1和2为粒子运动的磁场的圆周根据可知I和III中的磁感应强度为，图中箭头部分的实线为粒子运动的轨迹，可知磁场的最小面积为叶子形状，取I区域如图图中阴影部分面积的一半为四分之一圆周与三角形之差，所以阴影部分的面积为类似地可知IV区域的阴影部分面积为根据对称性可知II中的匀强磁场面积为
