2020高中物理 第5、6章 磁場 磁場對電流和運(yùn)動電荷的作用 4單元測試 魯科版選修3-1

第5、6章磁場磁場對電流和運(yùn)動電荷的作用單元測試 一、選擇題1關(guān)于磁場和磁感線的下列說法中，正確的是A磁極對磁極、電流對電流及磁極對電流的作用力都是通過磁場發(fā)生的B磁感線總是從磁北極出發(fā)，到磁南極終止C磁場中某點的磁場方向就是小磁針在該點時北極的指向D磁場中某點磁場方向就是小磁針北極在該點的受力方向圖11.5-92如圖11.5-9所示，垂直紙面放置的兩根直導(dǎo)線a和b，它們的位置固定并通有相等的電流I；在a、b沿紙面的連線的中垂線上放有另一直導(dǎo)線c，c可以自由運(yùn)動。當(dāng)c中通以電流I1時，c并未發(fā)生運(yùn)動，則可以判定a、b中的電流A方向相同都向里B方向相同都向外C方向相反D只要a、b中有電流，c就不可能靜止圖11.5-103如圖11.5-10所示，單擺的擺線是絕緣的，長L，擺球帶正電，擺懸掛于O點，當(dāng)它擺過豎直線OC時便進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于單擺的擺動平面，下列說法正確的是AA與B處于同一水平面B在A與B點，線上張力相等C單擺的振動周期T2D單擺連續(xù)兩次通過p點時，擺線的張力一樣大圖11.5-114如圖11.5-11所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則A磁鐵對桌面壓力減小，不受桌面的摩擦力作用B磁鐵對桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用C磁鐵對桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用D磁鐵對桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用圖11.5-125如圖11.5-12所示，有一三角形線圈ABC，通以逆時針方向的電流，現(xiàn)有一水平勻強(qiáng)磁場沿BC方向向右則線圈運(yùn)動情況是A以底邊BC為軸轉(zhuǎn)動，A向紙面外B以中心G為軸，在紙面逆時針轉(zhuǎn)動C以中線AM為軸，逆時針轉(zhuǎn)動(俯視)D受合力為零，故不轉(zhuǎn)動6質(zhì)子和粒子由靜止出發(fā)經(jīng)同一加速電場加速后，沿垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，則它們在磁場中的各個運(yùn)動參量間的關(guān)系為A動能之比為12 B速率之比為21C軌道半徑之比為2 D運(yùn)動周期之比為12圖11.5-137如圖11.5-13所示，半徑為R的絕緣筒中為勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁感線垂直紙面向里，一個質(zhì)量為m、電量為q的正離子，以速度v從圓筒上C孔處沿直徑方向射入筒內(nèi)，如果離子與圓筒碰撞二次（碰撞時不損失能量，且碰撞所用的時間不計），又從C孔飛出，則離子在磁場中運(yùn)動的時間為A2R/v BR/vCm/Bq D2m/Bq圖11.5-148如圖11.5-14所示，帶電平行板中勻強(qiáng)電場方向豎直向上，勻強(qiáng)磁場方向水平向里，某帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點自由滑下，經(jīng)過軌道端點p進(jìn)入板間后恰好沿水平方向做直線運(yùn)動。現(xiàn)使小球從軌道上的較低點b開始下滑，經(jīng)過p點進(jìn)入板間后，在板間運(yùn)動過程中A小球動能將會增大B小球電勢能將會增大C小球所受的洛倫茲力將會增大D因不知小球帶電性質(zhì)，無法判定小球的動能如何變化9如圖11.5-15所示，平行于紙面水平向右的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B11T。位于紙面內(nèi)的細(xì)直導(dǎo)線，長L1m，通有I1A的恒定電流。當(dāng)導(dǎo)線與B成600夾角時，發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零。則該區(qū)域同時存在的另一勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2大小可能值圖11.5-16圖11.5-15AT BTC1 T DT10如圖11.5-16所示，一帶正電小球穿在一根絕緣的粗糙直桿上，桿與水平方向成角，整個空間存在著豎直向上的勻強(qiáng)電場和垂直于桿方向斜向上的勻強(qiáng)磁場，小球沿桿向下運(yùn)動，在A點時的動能為100J，在C點時的動能減為零，B為AC的中點，在運(yùn)動過程中A小球在B點時的動能為50JB小球電勢能的增加量等于重力勢能的減少量C小球在AB段克服摩擦力做功與在BC段克服摩擦力做功相等D到達(dá)C點后小球可能沿桿向上運(yùn)動二、本題共2小題。答案填在題中的橫線上或按題目要求作圖。1120世紀(jì)40年代，我國物理學(xué)家朱洪元先生提出，電子在加速器中會發(fā)出“同步輻射光”，光的頻率是電子的回轉(zhuǎn)頻率的n倍，現(xiàn)在“同步輻射光”已被應(yīng)用于大規(guī)模集成電路的光刻工藝中。設(shè)同步輻射光的頻率為f，電子質(zhì)量為m、電荷量為e，則加速器磁場的磁感強(qiáng)度B的大小為_；若電子的回轉(zhuǎn)半徑為R，則它的速率為_。12物理實驗中,常用一種叫”沖擊電流計”的儀器測定通過電路的電量.如圖所示,探測線圈和沖擊電流計串聯(lián)后,可用來測定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度.已知線圈的匝數(shù)為n,面積為s,線圈與沖擊電流計組成的回路電阻為R,把線圈放在被測勻強(qiáng)磁場中,開始線圈平面與磁場垂直,現(xiàn)把探測線圈轉(zhuǎn)動180°,沖擊電流計測出通過線圈的電量為q,由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為 三、本題共6小題。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。圖11.5-171如圖11.5-17所示，用長為L的細(xì)線把小球懸掛起來做一單擺，球的質(zhì)量為M，帶電量為-q，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直紙面向里，大小為B。小球始終在垂直于磁場方向的豎直平面內(nèi)往復(fù)擺動，其懸線和豎直方向的最大夾角是600。試計算小球通過最低點時對細(xì)線拉力的大小。14帶電量為q的粒子（不計重力），勻速直線通過速度選擇器（電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1），又通過寬度為l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場，粒子離開磁場時速度的方向跟入射方向間的偏角為，如圖11.5-18所示.試證明：入射粒子的質(zhì)量m=.圖11.5-18圖11.5-1915如圖11.5-19所示，半徑為R=10cm的圓形勻強(qiáng)磁場，區(qū)域邊界跟y軸相切于坐標(biāo)原點O，磁感應(yīng)強(qiáng)度B = 0.332T，方向垂直紙面向里，在O處有一放射源S，可沿紙面向各個方向射出速率均為v=3.2×106m/s的粒子，已知粒子質(zhì)量為m=6.64×10-27kg，電荷量q=3.2×10-19C。(1)畫出粒子通過磁場空間做圓周運(yùn)動的圓心點的連線線形狀；(2)求出粒子通過磁場的最大偏向角；(3)再以過O并垂直紙面的直線為軸旋轉(zhuǎn)磁場區(qū)域，能使穿過磁場區(qū)域且偏轉(zhuǎn)角最大的粒子射出磁場后，沿y軸正方向運(yùn)動，則圓形磁場直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過多大角度？6如圖11.5-20所示，空間分布著有理想邊界的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場。左側(cè)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大小為E、方向水平向右，電場寬度為L；中間區(qū)域勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里。一個質(zhì)量為m、電量為q、不計重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的O點由靜止開始運(yùn)動，穿過中間磁場區(qū)域進(jìn)入右側(cè)磁場區(qū)域后，又回到O點，然后重復(fù)上述運(yùn)動過程。求：BBELdO圖11.5-20（1）中間磁場區(qū)域的寬度d；（2）帶電粒子從O點開始運(yùn)動到第一次回到O點所用時間t。17如圖11.5-21所示，坐標(biāo)系xoy在豎直平面內(nèi)，空間有沿水平方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，在x < 0的空間里有沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場，場強(qiáng)的大小為E，一個帶正電的小球經(jīng)過圖中x軸上的A點，沿著與水平方向成 = 30°角的斜向下直線做勻速運(yùn)動，經(jīng)過y軸上的B點進(jìn)入x < 0的區(qū)域，要使小球進(jìn)入x<0區(qū)域后能在豎直面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，需在x < 0區(qū)域內(nèi)另加一勻強(qiáng)電場。若帶電小球做圓周運(yùn)動通過xABxyO圖11.5-21軸上的C點且OA = OC，設(shè)重力加速度為g，求：（1）小球運(yùn)動速率的大小。（2）在x < 0的區(qū)域所加電場大小和方向。（3）小球從B點運(yùn)動C點所用時間及OA的長度。圖11.5-2218如圖11.5-22所示，在Oxyz坐標(biāo)系所在的空間中，可能存在勻強(qiáng)電場或磁場，也可能兩者都存在或都不存在。但如果兩者都存在，已知磁場平行于xOy平面?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m帶正電q的點電荷沿z軸正方向射入此空間中，發(fā)現(xiàn)它做速度為v0的勻速直線運(yùn)動。若不計重力，試寫出電場和磁場的分布有哪幾種可能性。要求對每一種可能性，都要說出其中能存在的關(guān)系。不要求推導(dǎo)或說明理由。參考答案1AD2C3AC4A5C6ACD7BC8ABC9BCD10D11 ，12qR/2ns13解：小球從靜止開始運(yùn)動到最低點的過程中，利用動能定理mgL（1cos600）=mv2/2 得v=當(dāng)小球從左向右通過最低點時 T1qvBmg=mv2/L得 T1=2mg+qB。當(dāng)小球從右向左通過電低點時，洛侖茲力反向，有T2+qvBmg=mv2/L 得T1=2mgqB。14解：小球在下滑過程中，從圖中AC電場力先做正功，后做負(fù)功，而重力一直做正功，在C點時重力與電場力合力為徑向，沒有切向分力，故此時動能最大，此后切向分力與線速度反向，動能將減小，故C點受磁場力最大，由受力分析知：mg=Eq mg=tanEq 由得 45°由圖知 90°135°故小球運(yùn)動的弧長與周長之比為： 所以運(yùn)動的弧長為周長的 .v，sin，所以 m=15解：(1)根據(jù)圓周運(yùn)動知識 qvBmv2r，得RmvBq代入數(shù)據(jù)后得粒子的軌道半徑R=0.2m，由此可知粒子通過磁場空間作勻速圓運(yùn)動的圓心軌跡應(yīng)是以原點為圓心，半徑r=0.2m的一個半圓.(2)欲使粒子通過磁場的偏向角最大，應(yīng)使粒子經(jīng)過磁場區(qū)域的圓弧線所夾的弦最長，顯然直徑OA就是最長的弦，此時sin(2)Rr 得60°(3)欲使穿過磁場且偏轉(zhuǎn)角最大的粒子能沿y軸正方向運(yùn)動，圓形磁場的直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過60°角.16解：（1）帶電粒子在電場中加速，由動能定理，可得：帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)，由牛頓第二定律，可得：由以上兩式，可得 ?？梢娫趦纱艌鰠^(qū)粒子運(yùn)動半徑相同，如圖所示，三段圓弧的圓心組成的三角形O1O2O3是等邊三角形，其邊長為2R。所以中間磁場區(qū)域的寬度為OO3O1O2600（2）在電場中，在中間磁場中運(yùn)動時間 在右側(cè)磁場中運(yùn)動時間 ，則粒子第一次回到O點的所用時間為17解：（1）油滴從A運(yùn)動到B的過程中，油滴受重力、電場力和洛侖茲力作用而處于平衡狀態(tài)，由題設(shè)條件知sin30° = 所以油滴的運(yùn)動速率為 = （2）油滴在x<0的區(qū)域作勻速圓周運(yùn)動，則油滴的重力與所受的電場力平衡，洛侖茲力提供油滴作圓周運(yùn)動的向心力。所以mg=qE 又tan30° = 所以E =E 方向豎直向上（3）如上圖所示，連接BC，過B作AB的垂線交x軸于O。因為=30°，所以在ABO中,AOB=60°, 又OA= OC故OCB=30°, 所以CBO=30°，OC=OB,則O為油滴作圓周運(yùn)動的圓心。設(shè)油滴作圓周運(yùn)動的半徑為R，周期為T，則ABCxyOOOC=OB=R且 qB= m R =T = = 由于COB=120° ，油滴從B運(yùn)動到C的時間為t1=T =又OBO = 30° 所以O(shè)O = OB = R所以O(shè)C = R + R =R 即OA =R =由知=，所以t1=OA=18解：以E和B分別表示電場強(qiáng)度和磁感強(qiáng)度，有以下幾種可能：（1）E0，B0（2）E0，B0。 B的方向與z軸的正方向平行或反平行。B的大小可任意。（3）E0，B0。磁場方向可在平行于xy平面的任何方向。電場E 方向平行于xy平面，并與B的方向垂直。當(dāng)迎著z軸正方向看時，由B的方向沿順時針轉(zhuǎn)90°后就是E的方向，E和B的大小可取滿足關(guān)系式的任何值。