2021 年全国各省高考物理试题分类汇编——磁场 一、单选题（本大题共 9 小题） 1．（2021·天津·高考真题）如图所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻 R。金属棒 ab 与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感 应强度随时间均匀减小，ab 始终保持静止，下列说法正确的是（　　） A．ab 中的感应电流方向由 b 到 a B．ab 中的感应电流逐渐减小 C．ab 所受的安培力保持不变 D．ab 所受的静摩擦力逐渐减小 2．（2021·全国·高考真题）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 ω 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． 2 B 3．（2021·福建·高考真题）一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直， 磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。一质子（ 1 1 H ）以速度 v0 自 O 点沿中轴线射入，恰 沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自 O 点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是（　　）（所 有粒子均不考虑重力的影响） A．以速度 B．以速度 C．以速度 D．以速度 v0 的射入的正电子 ( 10 e) 2 v0 射入的电子 2v0 4v0 射入的核 ( 10 e) ( 21 H) 射入的 a 粒子 ( 41 He) 4．（2021·全国·高考真题）真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为 a 和 3a 的同轴圆柱面，磁 场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图所示。一速率为 v 的电子从圆心沿半径方向进入磁场。已知电子 质量为 m，电荷量为 e，忽略重力。为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应 强度最小为（　　） 3mv A． 2ae mv B． ae 3mv C． 4ae 3mv D． 5ae 5．（2021·全国·高考真题）一匀强磁场的磁感应强度大小为 B，方向垂直于纸面向外，其边界如图中虚线 � 为半圆，ac、bd 与直径 ab 共线，ac 间的距离等于半圆的半径。一束质量为 m、电荷量为 所示， ab q（q>0）的粒子，在纸面内从 c 点垂直于 ac 射入磁场，这些粒子具有各种速率。不计粒子之间的相互作 用。在磁场中运动时间最长的粒子，其运动时间为（　　） 7 m A． 6qB 5 m B． 4qB 4 m C． 3qB 3 m D． 2qB 6．（2021·重庆·高考真题）如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为 a 和 b，内有带电 量为 q 的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度大 小为 B。当通以从左到右的稳恒电流 I 时，测得导电材料上、下表面之间的电压为 U，且上表面的电势比 下表面的高。由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为（　　） IB A． q aU ，负 IB B． q aU ，正 IB C． q bU ，负 IB D． q bU ，正 7．（2021·广东·高考真题）质量和电量都相等的带电粒子 M 和 N，以不同的速率经小孔 S 垂直进入匀强 磁场，运行的半圆轨迹如图两种虚线所示，下列表述正确的是 A．M 带负电，N 带正电 B．M 的速度率小于 N 的速率 C．洛伦兹力对 M、N 做正功 D．M 的运行时间大于 N 的运行时间 8．（2021·海南·高考真题）如图所示,长方形 abcd 长 ad=0.6 m,宽 ab=0.3 m,O、e 分别是 ad、bc 的中点,以 ad 为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场(边界上无磁场),磁感应强度 B=0.25T.一群不计重力、质量 m=3×10－7kg、电荷量 q=+2×10－3C 的带电粒子以速度 v=5×102 m/s 沿垂直 ad 方向且垂直于磁场射入磁场区 域(　　) A．从 Od 边射入的粒子,出射点全部分布在 Oa 边 B．从 aO 边射入的粒子,出射点全部分布在 ab 边 C．从 Od 边射入的粒子,出射点分布在 Oa 边和 ab 边 D．从 aO 边射入的粒子,出射点分布在 ab 边和 be 边 9．（2021·重庆·高考真题）如图所式，矩形 MNPQ 区域内有方向垂直于纸面的匀强磁场，有 5 个带电粒 子从图中箭头所示位置垂直于磁场边界进入磁场，在纸面内做匀速圆周运动，运动轨迹为相应的圆弧，， 这些粒子的质量，电荷量以及速度大小如下表所示． 粒子编 号 1 质量 电荷量（q>0） 速度大小 m 2q v 2 2m -2q 2v 3 3m -3q 3v 4 2m 2q 3v 5 2m -q v 由以上信息可知，从图中 abc 处进入的粒子对应表中的编号分别为（ A．3，5，4 B．4，2，5 C．5，3，2 ） D．2，4，5 二、多选题（本大题共 3 小题） 10．（2021·重庆·高考真题）某同学设计了一种天平，其装置如图所示。两相同的同轴圆线圈 M 、N 水平 固定，圆线圈 P 与 M 、N 共轴且平行等距。初始时，线圈 M 、N 通以等大反向的电流后，在线圈 P 处产 生沿半径方向的磁场，线圈 P 内无电流且天平平衡。设从上往下看顺时针方向为正向。当左托盘放入重 物后，要使线圈 P 仍在原位置且天平平衡，可能的办法是（　　） A．若 P 处磁场方向沿半径向外，则在 P 中通入正向电流 B．若 P 处磁场方向沿半径向外，则在 P 中通入负向电流 C．若 P 处磁场方向沿半径向内，则在 P 中通入正向电流 D．若 P 处磁场方向沿半径向内，则在 P 中通入负向电流 11．（2021·天津·高考真题）如图所示，在 Oxy 平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大 小为 B 的匀强磁场。一带电粒子从 y 轴上的 M 点射入磁场，速度方向与 y 轴正方向的夹角   45�。粒子 经过磁场偏转后在 N 点（图中未画出）垂直穿过 x 轴。已知 OM  a ，粒子电荷量为 q，质量为 m，重力 不计。则（　　） A．粒子带负电荷 B．粒子速度大小为 C．粒子在磁场中运动的轨道半径为 a D．N 与 O 点相距 qBa m ( 2  1)a 12．（2021·江苏·高考真题）如图所示，MN 是磁感应强度为 B 的匀强磁场的边界。 一质量为 m、电荷量 为 q 的粒子在纸面内从 O 点射入磁场。若粒子速度为 v0，最远能落在边界上的 A 点。下列说法正确的有 A．若粒子落在 A 点的左侧，其速度一定小于 v0 B．若粒子落在 A 点的右侧，其速度一定大于 v0 qBd C．若粒子落在 A 点左右两侧 d 的范围内，其速度不可能小于 v0  2m qBd D．若粒子落在 A 点左右两侧 d 的范围内，其速度不可能大于 v0  2m 三、解答题（本大题共 7 小题） 13．（2021·重庆·高考真题）如图 1 所示的 Oxy 竖直平面内，在原点 O 有一粒子源，可沿 x 轴正方向发射 q 速度不同、比荷均为 m 的带正电的粒子。在 x �L 的区域仅有垂直于平面向内的匀强磁场； x  L 的区域 仅有如图 2 所示的电场， 向竖直向下）， t0 ~ 2t0 0 ~ t0 时间内和 2t0 时刻后的匀强电场大小相等，方向相反（ 时间内电场强度为零。在磁场左边界 xL 0 ~ t0 时间内电场方 直线上的某点，固定一粒子收集器（图 中未画出）。0 时刻发射的 A 粒子在 t0 时刻经过左边界进入磁场，最终被收集器收集；B 粒子在 t0 时刻以 3 4L 与 A 粒子相同的发射速度发射，第一次经过磁场左边界的位置坐标为 ( L,  9 ) ；C 粒子在 t0 时刻发射，其 发射速度是 A 粒子发射速度的 1 ，不经过磁场能被收集器收集。忽略粒子间相互作用力和粒子重力，不 4 考虑边界效应。 (1)求电场强度 E 的大小； (2)求磁感应强度 B 的大小； (3)设 2t0 时刻发射的粒子能被收集器收集，求其有可能的发射速度大小。 14．（2021·江苏·高考真题）如图 1 所示，回旋加速器的圆形匀强磁场区域以 O 点为圆心，磁感应强度大 小为 B，加速电压的大小为 U、质量为 m、电荷量为 q 的粒子从 O 附近飘入加速电场，多次加速后粒子经 过 P 点绕 O 做圆周运动，半径为 R，粒子在电场中的加速时间可以忽略。为将粒子引出磁场，在 P 位置 安装一个“静电偏转器”，如图 2 所示，偏转器的两极板 M 和 N 厚度均匀，构成的圆弧形狭缝圆心为 Q、圆 心角为  ，当 M、N 间加有电压时，狭缝中产生电场强度大小为 E 的电场，使粒子恰能通过狭缝，粒子 在再次被加速前射出磁场，不计 M、N 间的距离。求： （1）粒子加速到 P 点所需要的时间 t；（2）极板 N 的最大厚度 dm ；（3）磁场区域的最大半径 Rm 。 15．（2021·天津·高考真题）霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导 体材料厚为 a、宽为 b、长为 c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系 xyz ，如图所示。半导体中有电荷量均 为 e 的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的 数目分别为 n 和 p。当半导体材料通有沿  x 方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一匀强磁场， 磁感应强度的大小为 B，沿  y 方向，于是在 z 方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强 度大小为 E，沿  z 方向。 （1）判断刚加磁场瞬间自由电子受到的洛伦兹力方向； （2）若自由电子定向移动在沿 x 方向上形成的电流为 到洛伦兹力和霍尔电场力的合力大小 Fnz In ，求单个自由电子由于定向移动在 z 方向上受 ； （3）霍尔电场建立后，自由电子与空穴在 z 方向定向移动的速率分别为 vnz 、 v pz ，求 t 时间内运动到半 导体 z 方向的上表面的自由电子数与空穴数，并说明两种载流子在 z