2019高中物理 第五章 磁場與回旋加速器測評A（含解析）滬科選修3-1.docx

磁場與回旋加速器測評A(基礎(chǔ)過關(guān)卷)一、選擇題(本題包含8小題,每小題6分,共48分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第15題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,第68題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有錯(cuò)選的得0分)1.下列四個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中,不能表明電流能產(chǎn)生磁場的是()解析:A、C、D中小磁針或?qū)Ь€所受磁場力都是導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁場施加的,但選項(xiàng)B中的磁場是磁鐵產(chǎn)生的。答案:B2.關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念,下列說法中正確的是()A.由磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式B=FIL可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場力成正比,與電流和導(dǎo)線長度的乘積成反比B.一小段通電導(dǎo)線在空間某處不受磁場力的作用,那么該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零C.一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的位置上,它受到的磁場力一定等于零D.磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,跟電流在該處所受磁場力的方向相同答案:C3.(2014山東東營檢測)為了測量某化肥廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì),該裝置由絕緣材料制成,長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口,在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極,污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí),電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積),下列說法正確的是()A.若污水中正離子較多,則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢高B.前內(nèi)側(cè)面的電勢一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢,與哪種離子多無關(guān)C.污水中離子濃度越高,電壓表的示數(shù)將越大D.污水流量Q與電壓U成正比,與a、b有關(guān)解析:由左手定則可判斷:若流動的是正離子,則正離子向里偏,前內(nèi)側(cè)面電勢低于后內(nèi)側(cè)面電勢;若流動的是負(fù)離子,則負(fù)離子向外偏,仍然是前內(nèi)側(cè)面電勢低于后內(nèi)側(cè)面的電勢,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確。污水穩(wěn)定流動時(shí),對任一離子有qvB=qE=qUb,所以U=Bbv,電勢差與濃度無關(guān),故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。流量Q=Sv=bcUBb=cUB,可以看出流量與a、b均無關(guān),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。正確選項(xiàng)為B。答案:B4.如圖所示,一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L,且abc=bcd=135。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力()A.方向沿紙面向上,大小為(2+1)ILBB.方向沿紙面向上,大小為(2-1)ILBC.方向沿紙面向下,大小為(2+1)ILBD.方向沿紙面向下,大小為(2-1)ILB解析:本題考查磁場對通電直導(dǎo)線的作用、安培力、左手定則和力的合成與分解等知識點(diǎn),意在考查通過力的合成運(yùn)動將通電彎曲導(dǎo)線受力問題轉(zhuǎn)化為直導(dǎo)線受力問題的能力。將導(dǎo)線分為三段直導(dǎo)線,根據(jù)左手定則分別判斷出安培力的大小,根據(jù)F=BIL計(jì)算出安培力的大小,再求合力。導(dǎo)線所受合力F=BIL+2BILsin45=(2+1)ILB。答案:A5.如圖所示,有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場,一束電子流以初速度v從水平方向射入,為了使電子流經(jīng)過磁場時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力),則磁場區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場,這個(gè)電場的電場強(qiáng)度大小和方向是()A.Bv,豎直向上B.Bv,水平向左C.Bv,垂直紙面向里D.Bv,垂直紙面向外解析:由左手定則可知,電子流所受洛倫茲力的方向垂直紙面向里,因此,要求電場力的方向垂直紙面向外,因電子帶負(fù)電,所以,勻強(qiáng)電場的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?。由qvB=qE得E=vB。答案:C6.電磁軌道炮工作原理如圖所示,待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動,并與軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入,通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強(qiáng)磁場),磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍,理論上可采用的辦法是()A.只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B.只將電流I增加至原來的2倍C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半,軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍,其他量不變解析:由題意可知,B=kI,設(shè)軌道寬為d,則F安=BId=kI2d,由動能定理得,F安L=12mv2,聯(lián)立以上式子解得,v=2kI2dLm,選項(xiàng)B、D正確。答案:BD7.如圖,質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O,并處于勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I,且導(dǎo)線保持靜止時(shí),懸線與豎直方向夾角為。則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為()A.沿z正向,mgILtan B.沿y正向,mgILC.沿z負(fù)向,mgILtan D.沿懸線向上,mgILsin 解析:如圖為沿x軸負(fù)方向觀察時(shí)的側(cè)面圖,由平衡條件可知,導(dǎo)線靜止時(shí),導(dǎo)線所受安培力F在重力和絕緣細(xì)線的拉力T的反向延長線之間,如圖所示。由左手定則可知,磁感應(yīng)強(qiáng)度不可能沿z軸正向和沿懸線向上,即選項(xiàng)A、D錯(cuò)誤;當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿y軸正方向時(shí),有F=BIL=mg,則B=mgIL,選項(xiàng)B正確;當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿z軸負(fù)方向時(shí),F=BIL=mgtan,則B=mgtanIL,選項(xiàng)C正確。答案:BC8.利用如圖所示裝置可以選擇一定速度范圍內(nèi)的帶電粒子。圖中板MN上方是磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,板上有兩條寬度分別為2d和d的縫隙,兩縫近端相距為L。一群質(zhì)量為m、電荷量為q,具有不同速度的粒子從寬度為2d的縫隙垂直于板MN進(jìn)入磁場,對于能夠從寬度為d的縫隙射出的粒子,下列說法中正確的是()A.粒子帶正電B.射出粒子的最大速度為qB(3d+L)2mC.保持d和L不變,增大B,射出粒子的最大速度與最小速度之差增大D.保持d和B不變,增大L,射出粒子的最大速度與最小速度之差增大解析:帶電粒子能夠從右縫中射出,進(jìn)入磁場時(shí)所受洛倫茲力方向應(yīng)向右,由左手定則可判定粒子帶負(fù)電,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由qvB=mv2r得,v=qBrm,射出粒子運(yùn)動的最大半徑為rmax=3d+L2,射出粒子運(yùn)動的最小半徑為rmin=L2,故射出粒子的最大速度為vmax=qB(3d+L)2m,選項(xiàng)B正確;射出粒子的最小速度為vmin=qBL2m,v=vmax-vmin=3qBd2m,若保持d和L不變,增大B時(shí),v增大,選項(xiàng)C正確;若保持d和B不變,增大L時(shí),v不變,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案:BC二、填空題(本題包含2小題,共16分)9.(8分)實(shí)驗(yàn)室里可以用圖甲所示的小羅盤估測條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度。方法如圖乙所示,調(diào)整羅盤,使小磁針靜止時(shí)N極指向羅盤上的零刻度(即正北方向),將條形磁鐵放在羅盤附近,使羅盤所在處條形磁鐵的方向處于東西方向上,此時(shí)羅盤上的小磁針將轉(zhuǎn)過一定角度。若已知地磁場的水平分量Bx,為計(jì)算羅盤所在處條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,則只需知道,磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式為B=。解析:根據(jù)題意,指針指向條形磁鐵磁場與地磁場水平分量磁場的合磁場方向。條形磁鐵磁場在小磁針處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎龞|方向,設(shè)小磁針靜止時(shí)N極與正北方向的夾角為,則B=Bxtan。答案:羅盤上指針的偏轉(zhuǎn)角Bxtan 10. (8分)一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,下端掛有一匝數(shù)為n的矩形線框abcd,bc邊長為L,線框的下半部處在勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與線框平面垂直,在圖中垂直于紙面向里。線框中通以電流I,方向如圖所示。開始時(shí)線框處于平衡狀態(tài)。令磁場反向,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B,線框達(dá)到新的平衡。在此過程中線框位移的大小x=,方向。解析:設(shè)線框的質(zhì)量為m,bc邊受到的安培力為F=nBIL。當(dāng)電流如圖所示時(shí),設(shè)彈簧伸長量為x1,平衡時(shí)mg-F=kx1,當(dāng)電流反向后,設(shè)彈簧伸長量為x2,平衡時(shí)mg+F=kx2,所以線圈中電流反向后線框的位移大小為x=x2-x1=2Fk=2nIBLk,方向向下。答案:2nIBLk向下三、計(jì)算題(本題包含3小題,共36分。解題時(shí)要有必要的步驟和文字說明)11.(10分)電磁炮是一種理想的兵器,它的主要原理如圖所示。1982年澳大利亞制成了能把2.2 kg的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到10 km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2 km/s)。若軌道寬為2 m,長100 m,通過的電流為10 A,則軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大?磁場力的最大功率為多大?(軌道摩擦不計(jì),不考慮導(dǎo)體棒切割磁感線)解析:根據(jù)動能定理有BILs=12mv2解得B=5.5104T速度最大時(shí)磁場力的功率最大,則P=BILv=5.5104102000W=1.11010W。答案:5.5104 T1.11010 W12.(12分)從粒子源射出的帶電粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q,它以速度v0經(jīng)過電勢差為U的帶窄縫的平行板電極S1和S2間的電場,并從O點(diǎn)沿Ox方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場,Ox垂直平行板電極S2,當(dāng)粒子從P點(diǎn)離開磁場時(shí),其速度方向與Ox方向的夾角=60,如圖所示,整個(gè)裝置處于真空中。求:(1)粒子在磁場中沿圓弧運(yùn)動的軌道半徑R。(2)粒子在磁場中運(yùn)動所用的時(shí)間t。解析:(1)設(shè)粒子離開電場時(shí)的速度為v,由動能定理得,qU=12mv2-12mv02粒子在磁場中有qvB=mv2R由得R=mqB2qUm+v02(2)粒子做圓周運(yùn)動的周期T=2Rv=2mqB粒子在磁場中運(yùn)動時(shí)間t=16T由得t=m3qB。答案:(1)mqB2qUm+v02(2)m3qB13.(14分)如圖所示,直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi),在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直xOy平面向里,電場線平行于y軸。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球,從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出,經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場和磁場,恰能做勻速圓周運(yùn)動,從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場和磁場,MN之間的距離為L,小球過M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為。不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,求:(1)電場強(qiáng)度E的大小和方向。(2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大小。(3)A點(diǎn)到x軸的高度h。解析:本題考查平拋運(yùn)動和帶電小球在復(fù)合場中的運(yùn)動。(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運(yùn)動,說明電場力和重力平衡(恒力不能充當(dāng)圓周運(yùn)動的向心力),有qE=mgE=mgq重力的方向豎直向下,電場力方向只能向上,由于小球帶正電,所以電場強(qiáng)度方向豎直向上。(2)小球做勻速圓周運(yùn)動,O為圓心,MN為弦長,MOP=,如圖所示。設(shè)半徑為r,由幾何關(guān)系知L2r=sin小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供,設(shè)小球做圓周運(yùn)動的速率為v,有qvB=mv2r由速度的合成與分解知v0v=cos由式得v0=qBL2mcot。(3)設(shè)小球到M點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為vy,它與水平分速度的關(guān)系為vy=v0tan由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律v2=2gh由式得h=q2B2L28m2g。答案:(1)mgq,方向豎直向上(2)qBL2mcot (3)q2B2L28m2g