高考物理三轮必做创新题-情景应用 专题 7磁场（有解析）

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7磁场
一、单选题
1．20世纪40年代，我国著名物理学家朱洪元先生提出，电子在匀强磁场中做匀速圆周运动时会发出“同步辐射光”，辐射光的频率是电子做匀速圆周运动每秒转数的k倍。大量实验不但证实了这个理论是正确的，而且准确测定了k值。近年来，同步辐射光已被应用在大规模集成电路的光刻工艺中。若电子在某匀强磁场中做匀速圆周运动时产生的同步辐射光的频率为，电子质量为m，电荷量为e，不计电子发出同步辐射光时所损失的能量以及对其运动速率和轨道的影响，则下列说法不正确的是（　　）
A．若测出电子做匀速圆周运动的轨道半径为R，可以求其运动的速率v
B．可以求匀强磁场磁感应强度B的大小
C．同步辐射光一个光子的能量为
D．电子比可见光的波动性强，衍射更为明显
2．利用霍尔元件可以进行微小位移的测量．如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系．保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压．当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，为0，将该点作为位移的零点．在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表．下列说法中正确的是（ ）
A．在小范围内，霍尔电压的大小和坐标z成反比
B．测量某一位移时，只减小霍尔元件在y轴方向的尺寸，测量结果将偏大
C．其他条件相同的情况下，霍尔元件沿z轴方向的长度越小，霍尔电压越小
D．若霍尔元件中导电的载流子为电子，若测出霍尔元件的下表面电势高，说明元件的位置坐标
3．下列说法正确的是（　　）
A．伽利略用“月-地检验”证实了万有引力定律的正确性
B．奥斯特第一个发现了电流的磁效应，并提出了分子电流假说
C．重心这一概念的建立思想与合力是不同的
D．东汉的王充在《论衡》中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具
4．笔记本电脑机身和显示屏分别装有霍尔元件和磁体，实现开屏变亮，合屏熄灭。图乙为一块利用自由电子导电，长、宽、高分别为a、b、c的霍尔元件，电流方向向右。当合上显示屏时，水平放置的元件处于竖直向下的匀强磁场中，元件前、后表面间产生电压，当电压达到某一临界值时，屏幕自动熄灭。则元件的（ ）
A．合屏过程中，前表面的电势比后表面的低 B．开屏过程中，元件前、后表面间的电压变大
C．若磁场变强，可能出现闭合屏幕时无法熄屏 D．开、合屏过程中，前、后表面间的电压U与b无关
5．用图1所示的洛伦兹力演示仪演示带电粒子在匀强磁场中的运动时发现，有时玻璃泡中的电子束在匀强磁场中的运动轨迹呈“螺旋”状。现将这一现象简化成如图2所示的情景来讨论：在空间存在平行于x轴的匀强磁场，由坐标原点在xOy平面内以初速度沿与x轴正方向成α角的方向，射入磁场的电子运动轨迹为螺旋线，其轴线平行于x轴，直径为D，螺距为△x，则下列说法中正确的是（　　）
A．匀强磁场的方向为沿x轴负方向
B．若仅增大匀强磁场的磁感应强度，则直径D减小，而螺距△x不变
C．若仅增大电子入射的初速度，则直径D增大，而螺距△x将减小
D．若仅增大α角（），则直径D增大，而螺距△x将减小，且当时“轨迹”为闭合的整圆
6．如图所示，把一根柔软的铜制弹簧悬挂起来，使它的下端刚好跟槽中的水银接触，用导线连接弹簧上端作为接线端a，另一根导线浸在水银槽中作为另一个接线端b，再将a、b端分别与一直流电源两极相连，发现弹簧开始竖直上下振动，电路交替通断。关于该实验。 下列说法正确的是（　　）
A．通入电流时，弹簧各相邻线圈之间相互排斥
B．将a、b端的极性对调，弹簧将不再上下振动
C．增大电流，弹簧下端离开水银液面的最大高度一定变小
D．用频率合适的交流电，也可使弹簧上下振动
7．工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势差U，就可计算出管中液体的流量。为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为20和10。当流经电磁流量计的液体速度为10时，其流量约为280，若某段时间内通过电磁流量计的流量为70，则在这段时间内（ ）
A．M点的电势一定低于N点的电势
B．通过排污管的污水流量约为140
C．排污管内污水的速度约为2.5
D．电势差U与磁感应强度B之比约为0.25
8．我国科研人员对“嫦娥五号”返回器携带的月壤样品进行研究，取得了重大科研成果，科研人员通过X射线衍射、聚焦离子束等一系列技术手段对样品进行分析研究，首次发现了一种新矿物并确定其晶体结构，被国际权威机构命名为“嫦娥石”。聚焦离子束技术是利用电场将离子束聚焦成极小尺寸的显微加工技术，经过聚焦的高能离子束轰击样品，与其表面原子的相互作用过程比较复杂，若表面原子受碰撞后运动方向是离开表面，而且能量超过一定数值时，会有粒子从表面射出，粒子可能是原子、分子，也可能是正负离子、电子、光子。除发现“嫦娥石”外，科研人员还首次准确测定了月壤样品中氦3（）的含量和提取温度，氦3被科学家视为未来核聚变反应的理想原料。若氦3参与核聚变反应，不会产生核辐射，且可以释放更多能量，氦3主要来自太阳风——太阳喷射出来的高能粒子流。月球没有磁场和大气的保护，太阳风可以直接降落在月球表面，使其携带的氦3得以保存，但氦3在地球上含量极少，根据以上信息及所学知识判断，下列说法错误的是（　　）
A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近
B．利用聚焦离子束技术可以将光束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应
C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损
D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面
二、多选题
9．据报道，我国空间站安装了现代最先进的霍尔推进器用以空间站的轨道维持。如图乙，在很窄的圆环空间内有沿半径向外的磁场1，其磁感强度大小可近似认为处处相等；垂直圆环平面同时加有匀强磁场2和匀强电场（图中没画出），磁场1与磁场2的磁感应强度大小相等。已知电子电量为e，质量为m，若电子恰好可以在圆环内沿顺时针方向做半径为R、速率为v的匀速圆周运动。则以下说法正确的是（　　）
A．电场方向垂直环平面向外
B．电子运动周期为
C．垂直环平面的磁感强度大小为
D．电场强度大小为
10．如图所示是地磁场磁感线分布模型，小明同学受安培分子电流假说的启发，对地磁场形成原因进行了尝试性阐释：小强同学指出飞机飞行时，机翼两端将产生电势差并做出了尝试性阐释。关于地磁场及机翼感应电动势有关阐释，下列说法正确的有（　　）
A．地球带正电和地球自转形成了地磁场
B．地球带负电和地球自转形成了地磁场
C．飞机在北半球向西飞行时相对飞行员的右侧机翼电势高
D．飞机在南半球向西飞行时相对飞行员的右侧机翼电势高
11．中美芯片之争是一场没有硝烟的战争。从中兴受罚华为被禁，再到美国商务部禁止外国半导体制造商在没有获得美国官员许可的情况下使用美国软件和技术向华为提供产品。中国芯片之路，必定是一条崎岖的坎坷路。在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入到处在水平面内的晶圆（硅片）速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为和的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，其底面与晶圆所在水平面平行，间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好由上表面中心竖直进入系统，并竖直注入到晶圆上的O点（即图中坐标原点，x轴垂直纸面向外）。整个系统置于真空中，不计离子重力，经过偏转系统直接打在晶圆上的离子偏转的角度都很小，离子能从底面穿出偏转系统。当很小时，有，下列说法正确的是（　　）
A．可以利用此系统给晶圆同时注入带正电离子和带负电的离子
B．从磁分析器下端孔N离开的离子，其比荷为
C．若偏转系统仅加电场，则离子注入晶圆的位置为
D．若偏转系统同时加上电场和磁场，离子注入晶圆的位置为
三、实验题
12．如图所示是“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”的实验装置。
（1）图中螺线管应接________（选填“低压直流电源”或“低压交流电源”），通电后螺线管产生的磁场可视作多个________的组合；
（2）已知当磁传感器的探管指向与磁感线方向相同时，测量值为正值。图中磁传感器测得的磁场值为负值，则通电螺线管的右端相当于磁铁的________极；
（3）我们也可以利用地磁场来估测磁极远端的磁感应强度。上海某中学实验室里，小明同学将罗盘放置在水平桌面上，待罗盘中的小磁针静止时，记录其N极的指向并绘制一条虚线a。再将条形磁铁放在同一水平桌面上，条形磁铁的轴线垂直于虚线a且通过小磁针的转轴，观测到小磁针的N极偏离原来的方位转过角，如图所示，已知上海地区地磁场的磁感应强度水平分量为，则条形磁铁的________极指向小磁针，其在小磁针处产生的磁感应强度大小约为________。
四、解答题
13．离子注入是芯片制造中一道重要工序，如图是其工作示意图，离子源发出质量为m的离子沿水平方向进入速度选择器，然后从M点进入磁分析器（截面为内外半径分别为和的四分之一圆环），从N点射出，M、N分别为磁分析器边界和边界的中点，接着从棱长为L的正方体偏转系统上表面中心沿竖直注入，偏转后落在与偏转系统底面平行的距离为的水平面晶圆上（O为坐标原点）。已知各器件的电场强度均为E，磁感应强度均为B，偏转系统中的电场、磁场方向与晶圆面x轴正方向同向。不计离子重力，打在晶圆上的离子，经过偏转系统的角度都很小。当很小时，有。求：
（1）离子通过速度选择器后的速度大小v及磁分析器选择出来离子的电荷量；
（2）偏转系统仅加电场时，离子在穿出偏转系统整个过程中电势能的变化量；
（3）偏转系统仅加磁场时，离子注入晶圆的位置坐标（用、及L表示）。
14．用射线轰击铝箔Al人工产生一定量的放射性同位素P和某种粒子A，放置一段时间后，部分P衰变产生Si和正电子。现用如图所示装置检测P在时间内的衰变率：将核反应产物（电离态的P、电离态的Si4+、粒子、粒子A、正电子等五种粒子）一起注入到加速电场的中心P，忽略各粒子的初速度，部分粒子经电场加速形成的粒子束1从正极板的小孔M射出，被探测板1收集；部分粒子经电场加速后形成粒子束2从负极板上的小孔N射出，沿半径为的圆弧轨迹通过静电分析器，经由速度选择器筛选后（速度选择器中不同粒子的运动轨迹如图中虚线所示），在磁分析器中沿半圆弧轨迹偏转，最后被磁场边界处的探测板2收集。其中加速电场的电压大小为，静电分析器中与圆心等距离的各点场强大小相等，方向指向圆心，磁分析器中以为圆心的足够大半圆形区域内，分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为。经检测，探测板1收集的电荷量为，探测板2收集电荷量为。设原子核中每个核子的质量均为，整个系统处于真空中，忽略检测过程中发生的衰变，不计重力、粒子间的相互作用力及相对论效应，且已知元电荷量为。
（1）写出粒子轰击铝箔的核反应方程：
（2）求静电分析器中粒子运动轨迹处电场强度的大小；
（3）求时间内发生衰变的P与人工产生的P的比值；
（4）若磁分析器中磁场有较小的波动，其变化范围为至，为将进入磁分析器的粒子全部收集，探测板2的最小长度是多少。
15．现有一对半圆柱体回旋加速器置于真空中，如图所示，其半径为R，高度为H，两金属盒半圆柱体间狭缝宽度为d，有垂直于盒面向下、磁感应强度大小为B的匀强磁场和垂直于盒面向下、电场强度大小为E的匀强电场，磁场仅存在于两盒内，而电场存在于整个装置，两盒间接有电压为U的交流电。加速器上表面圆心A处有一粒子发射器，现有一电荷量为、质量为m的粒子从A点飘入狭缝中，初速度可以视为零。不考虑相对论效应和重力作用，若粒子能从加速器下表面边缘离开，求：
（1）若U未知，粒子从A点到离开加速器下表面边缘所用时间t及动能；
（2）粒子在狹缝中被加速的次数n；
（3）若H未知，粒子在狭缝中被加速的时间与在磁场中运动的时间的比值。
16．如图所示是一种质谱仪的分析装置，此质谱仪由以下几部分构成：粒子源、环形加速器、磁分析器、收集板。环形加速器的圆心角为90°，沿半径为R的中心圆弧线有大小恒定、方向如图中箭头所示的电场，可对从入口S进入加速器的带电粒子进行加速，带电粒子进入加速器的初速度可忽略不计。在环形加速器内设计能使加速粒子沿中心弧线做圆周运动的垂直纸面向外的磁场。加速粒子从．P点垂直边界射出后从Q点垂直边界进入磁分析器，经磁分析器后垂直分析器的右侧边界射出，己知磁分析器中偏转磁场的圆心角为60°，磁感应强度为，方向垂直纸面向外，Q点到偏转磁场圆心的距离为L。已知粒子的带电量为，质量为，不考虑带电粒子间的相互作用及重力。
（1）求加速器的中心圆弧线上电场强度E的大小；
（2）设环形加速器中圆弧线上某点到圆心连线与的夹角为θ，求圆弧线上各点磁场磁感应强度B的大小与对应θ的关系；
（3）若粒子出P点时存在垂直加速电场且平行纸面的微小速度，且沿电场方向的速度分量保持不变，所有粒子可近似看成从出射口P点以小发散角出射，则要使所有粒子经过磁分析器后汇聚于同一点，求磁分析器左边界到粒子出口P点的距离；
（4）在第三问的汇聚点处平行于磁分析器右侧边界安放收集板，粒子打到收集板后被收集板吸收，若己知单位时间有n个带电粒子打到收集板上，求粒子在垂直板方向对收集板冲击力F的大小。
17．轨道炮是一种正在发展中的电磁投射装置，目前能将质量10 kg的弹丸加速到时速9000 km，射程可达200 km以上．除军事外，轨道炮在航天、可控核聚变等领域也有一定的应用前景．它的基本结构如图所示．两根长直金属导轨平行放置，投射物通常为金属弹丸，可视为一段导体，两端分别与两根导轨接触．现将开关K闭合，两根导轨与投射物组成闭合回路，回路中有很大的电流通过．
（1）指出投射物上某点P处的磁感应强度B的方向；
（2）简述轨道炮投射物体的物理原理；
（3）实际设计制造轨道炮装置时可能会遇到哪些技术问题？
18．等离子体是由部分电子被剥离后的原子及原子被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。当等离子柱中通以电流时（如图所示），它会受到自身电流的磁场作用而向轴心收缩，这个现象称为载流等离子体的箍缩效应。试用所学知识解释这个效应。
19．舰载机电磁弹射是现在航母最先进的弹射技术，我国在这一领域已达到世界先进水平。某同学自己设计了一个如图甲所示的电磁弹射系统模型。该弹射系统工作原理如图乙所示，用于推动模型飞机的动子（图中未画出）与线圈绝缘并固定，线圈带动动子，可以水平导轨上无摩擦滑动。线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为。开关与1接通，恒流源与线圈连接，动子从静止开始推动飞机加速，飞机达到起飞速度时与动子脱离；此时掷向2接通定值电阻，同时对动子施加一个回撤力，在时刻撤去力，最终动子恰好返回初始位置停下。若动子从静止开始至返回过程的图像如图丙所示。已知模型飞机起飞速度，，，线圈匝数匝，每匝周长，动子和线圈的总质量，线圈的电阻，，，不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响，求：
（1）回撤力与动子速度大小的关系式；
（2）图丙中的数值。（保留两位有效数字）
20．如图甲所示为离子推进器，由离子源、间距为d的平行栅电极C、D和边长为L的立方体空间构成，工作原理简化为如图乙所示。氙离子从离子源飘移过栅电极C（速度大小可忽略不计），在栅电极C、D之间施加垂直于电极、场强为E的匀强电场，氙离子在电场中加速并从栅电极D喷出，在加速氙离子的过程中飞船获得推力。离子推进器处于真空环境中，不计氙离子间的相互作用及重力影响，氙离子的质量为m、电荷量为q，推进器的总质量为M。若该离子推进器固定在地面上进行实验。
（1）求氙离子从栅电极D喷出时速度的大小；
（2）在栅电极D的右侧立方体空间加垂直向里的匀强磁场，从栅电极C中央射入的氙离子加速后经栅电板D的中央O点进入磁场，恰好打在立方体的棱EF的中点Q上。求所加磁场磁感应强度B的大小。
（3）若该离子推进器在静止悬浮状态下进行实验，撤去离子推进器中的磁场，调整栅电极间的电场，推进器在开始的一段极短时间内喷射出N个氙离子以水平速度v通过栅电极D，该过程中离子和推进器获得的总动能占推进器提供能量的倍，推进器的总质量可视为保持不变，推进器的总功率为P，求推进器获得的平均推力F的大小。
21．电磁流量计可以快速、方便地测量导电流体（如污水、自来水等）的流量，其简化示意图如图所示，它是一段横截面为长方形的管道，其中空部分的长、宽、高分别为a、b、c，流量计的左右两端与输送流体的管道相连接（如虚线所示），其上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．流量计处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于前后两面．流量计的上、下两表面分别与电压表的两端相连接（图中未画），当污水满管通过流量计时，电压表就会显示读数．
a．求电压表示数为U时管道中的污水流量Q．
b．某同学想利用电磁流量计设计一个便于调节的浇花装置．如图3所示，花坛中紧密摆放着相同的花盆，它们由内向外以O为圆心摆放在半径不同的圆周上．在圆心O处安装一个竖直的输水管，管的末端安装一个可以水平自动匀速旋转的喷水龙头，其旋转周期T可调．该同学把图2中的电磁流量计安装在龙头的末端，作为水平喷口，并且通过改进使电磁流量计的边长b大小可调（其他参数不变）．如果龙头喷出水的流量Q是恒定的，为了使龙头旋转每周每个花盆的浇水量相同，当浇灌半径由增大到时，需要调节b和T．不计水喷出时旋转方向的速度，求调节前后的电压表的示数之比及龙头旋转的周期之比．
参考答案：
1．D
【详解】AB．设电子在磁场中做匀速圆周运动的速率为v，则根据牛顿第二定律和洛伦兹力公式有
①
则电子的回旋周期为
②
由题意可知
③
联立②③解得
④
联立①④解得
⑤
AB正确；
C．同步辐射光一个光子的能量
C正确；
D．可见光的波动性比电子的波动性强，则可见光的衍射更为明显，D错误。
本题选不正确项，故选D。
2．D
【详解】ABC．设自由电荷的定向移动速度为，单位体积内自由电荷数为，自由电荷的电荷量为，霍尔元件沿轴方向的长度为，沿轴方向的长度为，当霍尔元件在轴方向的上、下表面间产生的霍尔电压达到稳定时，则有
根据电流微观表达式可得
联立可得
由题意可知在小范围内，磁感应强度的大小和坐标成正比，则霍尔电压的大小和坐标z成正比；测量某一位移时，只减小霍尔元件在y轴方向的尺寸，测量结果保持不变；其他条件相同的情况下，霍尔元件沿轴方向的长度越小，霍尔电压越大；故ABC错误；
D．若霍尔元件中导电的载流子为电子，若测出霍尔元件的下表面电势高，可知电子受到的洛伦兹力沿轴向上，根据左手定则可知，磁场方向沿轴负方向，故霍尔元件所处位置更靠近右侧极，说明元件的位置坐标，故D正确。
故选D。
3．D
【详解】A．牛顿用“月-地检验”证实了万有引力定律的正确性，A错误；
B．奥斯特第一个发现了电流的磁效应，安培提出了分子电流假说，B错误；
C．重心与合力的建立思想都是等效性，故这两个概念的建立思想是相同的，C错误；
D．指南针是我国古代四大发明之一，东汉的王充在《论衡》中描述的“司南”是人们公认的最早的磁性定向工具，D正确。
故选D。
4．D
【详解】A．电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则，自由电子向后表面偏转，后表面积累了电子，前表面的电势高于后表面的电势，故A错误；
BCD．稳定后根据平衡条件有
根据电流的微观表达式有
解得
所以开屏过程中，磁感应强度减小，元件前、后表面间的电压变小。若磁场变强，元件前、后表面间的电压变大，不可能出现闭合屏幕时无法熄屏。开、合屏过程中，前、后表面间的电压U与b无关，故D正确，BC错误；
故选D。
5．D
【详解】A．将电子的初速度沿x轴及y轴方向分解，沿x方向速度与磁场方向平行，做匀速直线运动且
x=v0cosα·t
沿y轴方向，速度与磁场方向垂直，洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动，由左手定则可知，磁场方向沿x轴正方向，故A错误；
B．根据
且
解得
所以
所以，若仅增大磁感应强度B，则D、△x均减小，故B错误；
C．若仅增大，则D、△x皆按比例增大，故C错误；
D．若仅增大α，则D增大而△x减小，且°时
故D正确。
故选D。
6．D
【详解】A．通入电流时，弹簧各相邻线圈中电流的方向相同，根据同向电流相互吸引可知，它们之间相互吸引，故A错误；
B．将a、b端的极性对调，弹簧各相邻线圈中电流的方向仍然相同，它们之间相互吸引，导致弹簧收缩，下端离开水银液面，电路断开，电流消失，弹簧伸长，电路导通，重复上述过程，水银弹簧仍然上下振动，故B错误；
C．增大电流，弹簧各相邻线圈之间相互吸引力增大，下端离开水银液面的最大高度一定变大，故C错误；
D．结合上面选项分析，弹簧的上下振动与电流的方向无关，用频率合适的交流电，也可使弹簧上下振动，故D正确。
故选D。
7．D
【详解】A．根据左手定则可知，正电荷进入磁场区域时会向上偏转，负电荷向下偏转，所以M点的电势一定高于N点的电势，故A错误；
BC．某段时间内通过电磁流量计的流量为70，通过排污管的污水流量也是70m3/h，由
知此段时间内流经电磁流量计的液体速度为2.5m/s，流量计半径为r=5cm=0.05m，排污管的半径R=10cm=0.1m，流经电磁流量计的液体速度为v1=2.5，则
可得排污管内污水的速度约为
故BC错误；
D．流量计内污水的速度约为v1=2.5m/s，当粒子在电磁流量计中受力平衡时，有
可知
故D正确。
故选D。
8．B
【详解】A．X射线照射在晶体上会发生明显的衍射现象，是由于其波长与原子间距相近，故A正确，不符合题意；
B．利用聚焦离子束技术可以将离子束聚焦后照射金属表面，使其发生光电效应，故B错误，符合题意；
C．氦3参与聚变反应，虽然不会产生核辐射，但反应过程中会存在质量亏损，释放能量，故C正确，不符合题意；
D．地磁场会使太阳风中的氦3发生偏转，影响其到达地面，故D正确，不符合题意；
故选B。
9．BCD
【详解】A．根据左手定则可知电子在圆环内受到沿半径向外的磁场1的洛伦兹力方向垂直环平面向里，电场力需要与该洛伦兹力平衡，电场力方向应垂直环平面向外，由于电子带负电，故电场方向垂直环平面向里，A错误；
B．电子在圆环内沿顺时针方向做半径为、速率为的匀速圆周运动，则电子运动周期为
B正确；
C．电子在圆环内受到磁场2的洛伦兹力提供电子做圆周运动的向心力，则有
解得
C正确；
D．电子在垂直环平面方向受力平衡，则有
解得
D正确；
故选BCD。
10．BD
【详解】AB．若地球带负电，由于地球自西向东自转，故而形成了自东向西的环形电流，根据安培定则对环形电流磁场分布特征类比，就相当于形成了地磁场模型，所以A错误，B正确；
CD．飞机在飞行时，机翼切割磁感线运动，磁场方向在南半球有向上的分量，在北半球有向下的分量。根据右手定可知，在北半球向西飞行时相对飞行员的左侧机翼电势高，在南半球向西飞行时相对飞行员的右侧机翼电势高。故C错误，D正确。
故选BD。
11．BC
【详解】A．根据左手定则可知，只有正离子才能通过磁分析器，负离子不能通过磁分析器，故A错误；
B．粒子通过速度选择器时，根据平衡条件，有
可得离子速度为
从磁分析器中心孔N射出离子的运动半径为
根据洛伦兹力提供向心力
可得
故B正确；
C．经过电场后，粒子在x方向偏转的距离为
加速度为
运动时间
速度偏转角为
离开电场后，粒子在x方向偏移的距离为
总距离为
位置坐标为（，0），故C正确；
D．电场引起的速度增量总是沿着x轴方向，对y方向的运动不产生影响。设没有电场只在磁场作用下偏转时，粒子进入磁场后做圆周运动半径为
运动轨迹如图所示
根据几何关系
经过磁场后，粒子在y方向偏转距离
离开磁场后，粒离子在y方向偏转位移距离为
则
由上可知，在电场和磁场共存时，注入晶圆的位置坐标为（，），故D错误。
故选BC。
12． 电压直流电源 环形电流产生的磁场 N S
【详解】（1）[1] 螺线管应接低压直流电源,产生的磁场是稳定的，若接低压交流电源，则产生的磁场是变化的；
[2]螺线管产生的磁场可视作多个环形电流产生的磁场的组合；
（2）[3]由题可知，当磁传感器的探管指向与磁感线方向相同时，测量值为正值，电螺线管的左端相当于磁铁的N极，当磁传感器测得的磁场值为负值，则通电螺线管的右端相当于磁铁的N极。
（3）[4][5]由题可知
条形磁铁在小磁针处的磁场方向如图所示，故条形磁铁的S极指向小磁针，其在小磁针处产生的磁感应强度大小约为
13．（1），；（2）；（3）
【详解】（1）粒子通过速度选择器时，根据平衡条件，有
可得离子速度为
从磁分析器中心孔N射出离子的运动半径为
根据洛伦兹力提供向心力
可得
（2）经过电场后，粒子在x方向偏转的距离为
加速度为
运动时间
解得
离子在穿出偏转系统整个过程中电势能的变化量为
（3）偏转系统仅加磁场时，离子沿y轴正方向偏转，则有
x=0
作出粒子在偏转系统中的轨迹如图所示
根据几何关系有
，
当很小时，有
，
解得
即离子注入晶圆的位置坐标为。
14．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）粒子轰击铝箔的核反应方程为
（2）由题可知
解得
（3）由题可知到达探测板1的是P，到达探测板2的是Si4+，故时间内发生衰变的P与人工产生的P的比值
（4）由题可知，每个核子的质量均为，则Si的质量为30m，电荷量为4e
解得
当B变化范围为至，则
探测板2的最小长度为
15．（1），；（2）；（3）
【详解】（1）粒子从A点到离开加速器下表面边缘的过程中，竖直方向在电场力作用下做匀加速直线运动，由牛顿第二定律有
，
解得
粒子从加速器下表面边缘出去时在水平方向上的速度取决于加速器金属盒的半径，由洛伦兹力提供向心力，有
竖直方向上的速度
则离开时的动能
（2）由（1）分析可知
解得
（3）设粒子在狭缝中被加速的时间为，在磁场运动的时间为，有
，
解得
粒子在磁场中运动的周期
已知粒子每经过一次狭缝，就会在磁场运动半个周期，则
则
16．（1）；（2）；（3）；（4）
【详解】（1）根据洛伦兹力提供向心力，则有
解得
根据动能定理有
解得
（2）根据洛伦兹力提供向心力，则有
解得
根据动能定理有
解得
联立解得
（3）如图所示，设某一粒子以小角度射出P点，根据几何关系有
，，
如图所示则在三角形中，由正玄定理可得
，
解得
（4）根据动量定理可得
解得
17．（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析
【详解】（1）由毕-萨定律可知，P点B的方向垂直于纸面向里；
（2）开关K闭合后，回路中电流沿顺时针方向，投射物中任一点处B的方向垂直于纸面向里，投射物所受安培力向右，将其抛出。
（3）开放问题，回答可不局限于此。
①为获得足够推力，电流必然很大，会带来发热问题，需要冷却装置，导轨及弹丸要用熔点高的材料制作；②如何制造能提供强大电流的电源；③两导轨所受安培力使其互相排斥，需要高强度的材料制作导轨。
18．见解析
【详解】当等离子柱通有电流时，会在柱体内外产生磁场，在柱体内的磁场是沿径向由内向外逐渐增强的，是一个不均匀磁场。在这个不均匀磁场中，由于洛伦兹力的作用，等离子体中运动的带电粒子被推向磁场较弱的轴心区域，即等离子圆柱在内部电流的磁场作用下向轴心收缩。
19．（1）；（2）
【详解】（1）动子和线圈在时间做匀减速直线运动，加速度大小为
根据牛顿第二定律有
其中
可得
解得
在时间反向做匀加速直线运动，加速度不变 根据牛顿第二定律有
联立相关式子，解得
（2）动子和线圈在在时间段内的位移
从时刻到返回初始位置时间内的位移
根据法拉第电磁感应定律有
据电荷量的定义式
据闭合电路欧姆定律
解得从时刻到返回初始位置时间内电荷量
其中
动子和线圈从时刻到返回时间内,只受磁场力作用，根据动量定理有
又因为安培力的冲量
由
联立可得
故图丙中的数值为
20．（1）；（2）；（3）
【详解】（1）氙离子从栅电极D喷出过程有
解得
（2）对经栅电板D的中央O点进入磁场，根据几何关系有
解得
在磁场中有
解得
（3）根据动量守恒定律有
根据能量守恒定律有
对喷射出N个氙离子，根据动量定理有
根据牛顿第三定律有
解得
21．a.；b.
【详解】a．流量计上下表面的电势差
流量
其中
得
b．要使浇灌半径由增大到，则水由龙头喷出的速度
又因为
所以
浇灌半径为和的两个圆周上花盆的数量
若要使每个花盆的浇水量相同，则
所以
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