高考物理一轮复习考点通关检测考点巩固卷14 磁场中基本概念和规律的理解和应用（2份，原卷版+解析版）

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磁场中基本概念和规律的理解和应用（12单选+5多选）
1．（2024·江苏·模拟预测）如图所示，用长度相等的均匀硬质导线弯折成不同形状的刚性闭合线框，若正方形线框与正六边形线框中均通有沿顺时针方向、大小相等的电流，已知通电直导线在周围某点产生的磁感应强度大小与导线中电流大小成正比，与该点到导线的距离成反比，则正方形线框中心a点、正六边形线框中心b点的磁感应强度大小之比为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】根据题意，通电直导线在周围某点产生的磁感应强度大小
设均匀硬质导线长度12L，正方形线框中心a点到任一边的距离为，磁感应强度大小
正六边形线框中心b点到任一边的距离为，磁感应强度大小
所以
故选D。
2．（2024·北京海淀·模拟预测）安培对物质具有磁性的解释可以用如图所示的情景来表示，那么（ ）
A．甲图代表了被磁化的铁棒的内部情况
B．乙图代表了被磁化的铁棒的内部情况
C．磁体在常温环境与高温环境下磁性强弱相同
D．磁体在高温环境下磁性会加强
【答案】B
【详解】A．根据“分子电流”的假说，未被磁化的物体，分子电流的方向非常紊乱，对外不显磁性，故A错误；
B．根据“分子电流”的假说，被磁化的物体，分子电流的方向大致相同，于是对外界显示出磁性，故B正确；
CD．根据磁化与退磁的特性可知，磁体在高温环境下磁性会减弱，故CD错误。
故选B。
3．（2024·辽宁·三模）如图所示，ACD为一等边三角形，两根通过电流相等的长直导线分别垂直纸面置于A、D两个顶点，A处导线中的电流方向垂直纸面向里，D处导线中的电流方向垂直纸面向外。已知通电长直导线在其周围某点处产生的磁感应强度大小为，k为常量，为该点到通电直导线的距离。已知C处磁感应强度大小为，则CD边中点E的磁感应强度大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】设三角形ACD的边长为L，则A处导线在C点产生的磁感应强度大小为
D处导线在C点产生的磁感应强度大小为
如图所示
C处合磁感应强度为
结合上述分析知，A处导线在E点产生的磁感应强度大小为
D处导线在E点产生的磁感应强度大小为
E点的合磁感应强度为
故选C。
4．（2024·陕西·模拟预测）如图所示，等边三角形线框由三根相同的导体棒连接而成，O为线框的几何中心。线框顶点M、N与直流电源两端相接，已知电流为I的直导线产生的磁场的磁感应强度计算公式为（k为常数，r为某点到直导线的距离），若MN边在O点产生的磁场的磁感应强度大小为，则ML、LN两边在O点产生的合磁场磁感应强度大小及方向为（ ）
A．0B．，垂直纸面向里
C．，垂直纸面向外D．2，垂直纸面向里
【答案】B
【详解】设每一根导体棒的电阻为R，长度为L，则电路中，上下两路电阻之比为
根据并联电路两端各电压相等的特点可知，上下两路电流之比
又因为通电直导线在O点产生磁场的磁感应强度与导线中的电流强度成正比，根据右手螺旋定则和矢量的叠加原理可知，MLN支路电流在O点产生的磁场垂直纸面向里，磁感应强度与MN边在O点产生的磁感应强度相等，为。
故选B。
5．（2024·江西上饶·模拟预测）如图所示，边长为L的正方形金属线框abed放置在绝缘水平面上，空间存在竖直向下的匀强磁场，将大小为I的恒定电流从线框a端流入、b端流出，此时线框整体受安培力大小为，将线框绕ab边转过60°静止不动，此时线框整体受安培力大小为，则（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】线框转过时，线框在磁场中的有效长度不变，仍为，因此有
故选A。
6．（2024·浙江金华·三模）如图甲所示，a、b是两个等量同种正电荷的连线上关于O点对称的两点，与此类似，两根相互平行的长直导线垂直纸面通过M、N两点，两导线中通有等大反向的恒定电流，c、d同样关于中心点对称，忽略其他作用力作用，下列说法正确的是（ ）
A．a与b两点的电场强度相同
B．O点电场强度为零，点磁感应强度也为零
C．M导线与N导线有相互靠近的趋势
D．在O点给质子一个向上的初速度，质子会向上做直线运动且速度在增加，加速度先增加后减少
【答案】D
【详解】A．a与b两点的电场强度等大反向，故A错误；
B．O点电场强度为零，根据安培定则，点磁感应强度方向向下，不为零，故B错误；
C．两导线中电流方向相反，有相互远离的趋势，故C错误；
D．根据矢量叠加原理，沿O点垂直于两电荷连线向上方向电场强度先增大后减小，所以在O点给质子一个向上的初速度，质子会向上做直线运动且速度在增加，加速度先增加后减少，故D正确。
故选D。
7．（2024·黑龙江·模拟预测）如图所示，三角形闭合线框ABC由弹性较好的导线制成；线框中通有沿逆时针方向的恒定电流，三角形的三个顶点A、B、C固定在绝缘水平面上，带有绝缘层的长直导线MN紧贴线框固定在线框上方。给直导线通入从M到N的恒定电流，不考虑闭合线框各边之间的作用力，此后该线框的形状可能是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【详解】由题知，直导线通入从M到N的恒定电流，则根据右手定则可知M、N左侧的磁场垂直纸面向里、右侧的磁场垂直纸面向外，再由于线框中通有沿逆时针方向的恒定电流，根据左手定则可知：
AB导线受到的安培力向右，则导线AB向右弯曲；AC在MN左侧的导线受到的安培力斜向左下，则这部分导线向左下弯曲、在MN右侧的导线受到的安培力斜向右上，则这部分导线向右上弯曲；BC在MN左侧的导线受到的安培力斜向左上，则这部分导线向左上弯曲、在MN右侧的导线受到的安培力斜向右下，则这部分导线向右下弯曲。
故选B。
8．（2024·广西桂林·模拟预测）如图所示为电磁轨道炮的工作原理图，质量为m的待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在宽为d、长为L的两平行水平轨道之间无摩擦滑动，轨道间加有磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场，恒定电流I从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道。不计空气阻力，则弹体通过这一装置可以获得的最大速度为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】通电弹体在匀强磁场中受安培力的作用而加速，由动能定理有
解得
故选A。
9．（2024·江苏南通·三模）如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B。导线通以恒定电流I，放置在磁场中。已知ab、bc边长均为l，ab与磁场方向夹角为60°，bc与磁场方向平行。该导线受到的安培力为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】A
【详解】该导线受到的安培力为
故选A。
10．（2024·河北·二模）如图所示，空间内有一垂直纸面方向的匀强磁场（方向未知），一带正电的粒子在空气中运动的轨迹如图所示，由于空气阻力的作用，使得粒子的轨迹不是圆周，假设粒子运动过程中的电荷量不变。下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动方向为
B．粒子所受的洛伦兹力大小不变
C．粒子在b点的洛伦兹力方向沿轨迹切线方向
D．磁场的方向垂直纸面向里
【答案】D
【详解】A．由于空气阻力做负功，粒子运动过程中速率逐渐减小，由
得
所以粒子运动的轨道半径逐渐减小，粒子的运动方向为，A错误；
B．由公式可知粒子所受的洛伦兹力逐渐减小，B错误；
C．粒子所受的洛伦兹力与速度方向垂直，方向指向弯曲轨迹的内侧，所以粒子在b点的洛伦兹力并不沿切线方向，C错误；
D．由左手定则可知匀强磁场的方向垂直纸面向里，D正确。
故选D。
11．（23-24高三下·山东·开学考试）一长度为L的绝缘空心管MN水平放置在光滑水平桌面上，空心管内壁光滑，M端有一个质量为m、电荷量为+q的带电小球。空心管右侧某一区域内分布着垂直于桌面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场，其边界与空心管平行。空心管和小球以垂直于空心管的速度v水平向右匀速运动，进入磁场后空心管在外力作用下仍保持速度v不变，下列说法正确的是（ ）
A．洛伦兹力对小球做正功B．空心管对小球不做功
C．在离开空心管前，小球做匀加速直线运动D．在离开空心管瞬间，小球的速度为
【答案】D
【详解】A．洛伦兹力始终与速度垂直不做功，故A错误；
B．带电小球在磁场中运动时，有水平向右的速度分量和竖直向上的速度分量，由左手定则知洛伦兹力斜向左上方，因此玻璃管对带电小球有向右的弹力，该弹力对小球做正功，故B错误；
C．玻璃管在外力作用下始终保持不变的速度，则小球向右的速度分量保持不变，竖直向上的洛伦兹力分量保持不变，因此在竖直方向小球做匀加速直线运动，而在水平方向做匀速运动，所以小球做类平抛运动，故C错误；
D．小球做类平抛运动，则有
所以
故D正确。
故选D。
12．（23-24高三上·河北·期末）如图所示，足够长的两个平行纸面带绝缘凹槽的光滑倾斜滑道，与水平面的夹角分别为和（），加垂直于纸面向里的磁场，分别将质量相等且带等量正、负电荷的小球a、b依次从两滑道的顶端由静止释放，关于两球在槽上运动的说法正确的是（ ）
A．a、b两球沿槽运动的最大速度分别为和，则
B．在槽上，a、b两球都做匀加速直线运动，且
C．a、b两球沿槽运动的时间分别为和，则
D．a、b两球沿直槽运动的最大位移分别为和，则
【答案】C
【详解】B．两小球受到的洛伦兹力都与斜面垂直向上，沿斜面方向的合力为重力的分力，故两球都做匀加速直线运动，加速度为
aa=gsinβ，ab=gsinα
可见aa＞ab，故B错误；
A．当加速到洛伦兹力与重力沿垂直斜面向下分力相等时，小球脱离斜面则
mgcsθ=Bqv
所以
，
由于，所以va＜vb，故A错误；
C．由
v=at
得
，
则ta＜tb，故C正确；
D．由
v2=2ax 求得
，
因，则 sa＜sb ，故D错误。
故选C。
13．（2024·福建福州·模拟预测）如图所示，两平行光滑金属导轨CD、EF间距为L，与电动势为的电源相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直于导轨放置，构成闭合回路，回路平面与水平面成角，回路其余部分电阻不计。整个回路处于匀强磁场中，为使ab棒保持静止，磁场的磁感应强度大小和方向可能为（ ）
A．，沿导轨向上
B．，水平向右
C．，水平向右
D．，垂直于回路平面向下
【答案】BD
【详解】A．当磁场方向沿导轨向上时，ab棒所受安培力方向垂直于导轨向上，此时ab棒不可能保持静止，A错误；
B．当磁场方向水平向右时，ab棒所受安培力方向竖直向上，要使ab棒保持静止，应有安培力
又
解得
B正确；
C．当磁场方向竖直向下时，ab棒所受安培力方向水平向右。此时ab棒的受力情况如图甲所示，根据平衡条件有安培力
可得
C错误；
D．当磁场方向垂直于四路平面向下时；ab棒所受安培力方向沿导轨向上，此时ab棒的受力情况如图乙所示。根据平衡条件有安培力，可得
D正确。
故选BD。
14．（2024·天津滨海新·三模）某种以自由电子作为载流子的霍尔元件，可以应用于检测电流的装置中，基本结构如图所示。通有待测电流的螺线管在其正上方的霍尔元件处产生的磁场，通有电流的直导体棒在其左侧的霍尔元件处产生的磁场。给霍尔元件通以由前表面到后表面的电流I，则下列说法正确的是（ ）
A．只有导体棒通电时，霍尔元件左侧面a端电势高于右侧面b端
B．当a、b两端电势差为零时，螺线管所在回路的电源正极方向向下
C．霍尔元件处的磁感应强度恒定不变时，I增大，a、b两端电势差变大
D．当电流表读数为时，发现a、b两端电势差为零，则螺线管中电流
【答案】AC
【详解】A．只有导体棒通电时，根据安培定则可判断在霍尔元件处产生向上的磁场，根据左手定则可判断电流对应的电子受到洛伦兹力向b端聚集，所以左侧面a端电势高于右侧面b端，故A正确；
B．当ab两端电势差为零时，说明螺线管和导体棒在霍尔元件处形成的磁场大小相等，方向相反，即螺线管在霍尔元件处形成的磁场方向向下，则螺线管所在回路的电源正极方向向上，故B错误；
C．霍尔元件处的磁感应强度恒定不变时，I增大，根据电流的微观表达式
I=nqvS
可知电荷运动速度增大，再根据
可得
U=vBd
则a、b两端电势差变大，故C正确；
D．当ab两端电势差为零时，说明螺线管和导体棒在霍尔元件处形成的磁场大小相等，方向相反，可得
k1I1=k2I2
可得
故D错误。
故选AC。
15．（2024·吉林长春·模拟预测）地球的磁场是保护地球的一道天然屏障，它阻挡着能量很高的太阳风粒子直接到达地球表面，从而保护了地球上的人类和动植物。地球北极的磁场是沿竖直轴对称的非均匀磁场，如图所示为某带电粒子在从弱磁场区向强磁场区前进时做螺线运动的示意图，不计带电粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．该带电粒子带正电
B．从弱磁场区到强磁场区的过程中带电粒子的速率不变
C．带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离一直保持不变
D．带电粒子每旋转一周的时间变小
【答案】ABD
【详解】A．由左手定则可知，该带电粒子带正电，故A正确；
B．因洛伦兹力对带电粒子不做功，则从弱磁场区到强磁场区的过程中带电粒子的速率不变，故B正确；
CD．根据洛伦兹力提供向心力
带电粒子每旋转一周的时间为
可知随着磁场的增强，粒子运动半径逐渐减小，带电粒子每旋转一周的时间变小，带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离为
故带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离减小，故C错误，D正确。
故选ABD。
16．（2024·四川德阳·模拟预测）如图所示，两相同半径、彼此绝缘的金属圆环相切于A、C两点，AC连线水平，其中一圆环固定在竖直平面，另一圆环位于水平面，两圆环圆心重合于O点，水平圆环可绕AC连线自由转动，现在两环中通以大小相同、方向为图中所示的电流，测得通电瞬间O点处的磁感应强度大小为B，则下列说法正确的是（ ）
A．水平圆环转动前，任一圆环中电流在圆心处产生磁感应强度大小为
B．从左向右看，水平圆环将顺时针转动
C．两圆环平面重合时立即锁定两环，则在圆心O点处的磁感应强度大小为
D．两圆环平面重合时立即锁定两环，一带负电的小球从环内O点正上方的某点处由静止释放后，小球下落过程将向右偏
【答案】BC
【详解】A．由题知，测得通电瞬间O点处的磁感应强度大小为B，则在水平圆环转动前，设任一圆环中电流在圆心处产生磁感应强度为，则由几何关系知
解得
A错误；
B．根据同向电流互相吸引可知，当两环平衡时，两环在同一平面内平行且电流方向相同，故从左向右看，水平圆环将顺时针转动，B正确；
C．任一圆环中电流在圆心处产生磁感应强度为，则两圆环平面重合时立即锁定两环，则在圆心O点处的磁感应强度大小为，C正确；
D．两圆环平面重合时立即锁定两环，产生的磁场垂直于纸面向里，由左手定则知，带负电的小球从环内O点正上方的某点处由静止释放后，小球下落过程将向左偏，D错误；
故选BC。
17．（2024·黑龙江大庆·模拟预测）如图所示，在平面的第一、二象限内有垂直坐标平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在第三、四象限范围内有沿x轴正方向的匀强电场，在坐标原点O有一个粒子源可以向x轴上方以不同速率向各个方向发射质量为m、电荷量为q的带正电粒子，x轴上的P点坐标为，y轴上的Q点坐标为。不计粒子的重力及粒子之间的相互作用。下列说法中正确的是（ ）
A．所有经过P点的粒子最小速度为
B．若以最小速率经过P点的粒子又恰好能过Q点，则电场强度大小为
C．沿不同方向进入匀强磁场的粒子要经过P点，速度大小一定不同
D．所有经过P点的粒子在匀强电场中运动的时间均相同
【答案】AD
【详解】A．粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得
解得
当OP为粒子运动轨迹的直径时
圆周运动半径最小，粒子经过P点时速度最小，可得
故A正确；
B．粒子以最小速率经过P点时，在磁场中的轨迹恰好为半个圆周，到达P点时速度方向垂直于x轴，由P点到Q点做类平抛运动。沿y轴负方向做匀速直线运动，则有
沿x轴正方向做匀加速直线运动，则有
由牛顿第二定律得
解得电场强度
故B错误；
C．经过P点圆弧轨迹均以PO为弦，如图1所示
经过O、P两点的半径相等的圆O1与圆O2，粒子可以分别沿这两个等大的圆在磁场中的圆弧部分做圆周运动经过P点，由于运动半径相等，故粒子速度大小相同，故C错误；
D．设沿不同方向进入磁场的粒子，经过P点的速度方向与x轴夹角为，如图2所示
由几何关系得
同理由，可得
在P点垂直电场方向的分速度为
可见为定值。
粒子穿过电场过程沿y轴负方向做匀速直线运动，则有
因vy为定值，故所有经过P点的粒子在匀强电场中运动的时间均相同，故D正确。
故选AD。考点
考向
题型分布
磁场中基本概念和规律的理解和应用
考向1：磁感应强度、磁感线、安培定则等相关概念和规律的理解应用
考向2：安培力的方向判断和大小计算
考向3：安培力作用下导体的平衡问题
考向4：洛伦兹力的特点、分析、计算和应用
考向5：带电粒子在磁场中运动的基本规律
12单选+5多选