2020高考物理 章末質(zhì)量檢測(cè)（九）第九章 磁場(chǎng)（含解析）魯科版

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1、第九章 磁場(chǎng) （時(shí)間：50分鐘） 一、選擇題（本題共8小題。1～5題為單項(xiàng)選擇題，6～8題為多項(xiàng)選擇題） 1.如圖1所示，長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)ab附近有一帶正電荷的小球用絕緣絲線(xiàn)懸掛在M點(diǎn)。當(dāng)ab中通以由b→a的恒定電流時(shí)，下列說(shuō)法正確的是 （　?。? 圖1 A.小球受磁場(chǎng)力作用，方向與導(dǎo)線(xiàn)垂直且垂直紙面向里 B.小球受磁場(chǎng)力作用，方向與導(dǎo)線(xiàn)垂直且垂直紙面向外 C.小球受磁場(chǎng)力作用，方向與導(dǎo)線(xiàn)垂直并指向左方 D.小球不受磁場(chǎng)力作用 答案　D 2.如圖2所示，兩平行直導(dǎo)線(xiàn)cd和ef豎直放置，通以方向相反、大小相等的電流，a、b兩點(diǎn)位于兩導(dǎo)線(xiàn)所在的平面內(nèi)，則 （　?。? 圖

2、2 A.b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零 B.ef導(dǎo)線(xiàn)在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里 C.cd導(dǎo)線(xiàn)受到的安培力方向向右 D.同時(shí)改變兩導(dǎo)線(xiàn)中的電流方向，cd導(dǎo)線(xiàn)受到的安培力方向不變 解析　根據(jù)右手螺旋定則可知兩導(dǎo)線(xiàn)在b處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向均為垂直紙面向外，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；ef在a處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則可判斷，電流方向相反的兩平行直導(dǎo)線(xiàn)互相排斥，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；只要兩直導(dǎo)線(xiàn)中的電流方向相反，就互相排斥，選項(xiàng)D正確。 答案　D 3.1931年英國(guó)物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言：存在只有一個(gè)磁極的粒子，即“磁單極子”。假設(shè)一個(gè)“N磁單極子”形成的磁場(chǎng)如圖3所示，將一個(gè)半徑為r、質(zhì)

3、量為m的超導(dǎo)體圓環(huán)水平放置在該磁單極子的正上方，圓環(huán)所在位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，與圓環(huán)相切的磁感線(xiàn)與豎直方向的夾角為30°，重力加速度大小為g，若圓環(huán)恰好在該位置懸浮，則圓環(huán)中電流的大小為（　?。? 圖3 A. B. C. D. 解析　當(dāng)圓環(huán)所受的重力與安培力在豎直方向上的分力大小相等時(shí)，圓環(huán)恰好在該位置懸浮，以圓環(huán)為研究對(duì)象可知mg＝BI·2πr·sin 30°，解得圓環(huán)中電流的大小I＝，選項(xiàng)B正確。 答案　B 4.如圖4所示，從S處發(fā)出的熱電子經(jīng)加速電壓U加速后垂直進(jìn)入相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)電子流向上極板偏轉(zhuǎn)。設(shè)兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。

4、欲使電子沿直線(xiàn)從電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域通過(guò)，只采取下列措施，其中可行的是（　?。? 圖4 A.適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度E B.適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B C.適當(dāng)增大加速電場(chǎng)極板之間的距離 D.適當(dāng)減小加速電壓U 解析　要使電子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，有Eq＝qvB。根據(jù)左手定則可知電子所受的洛倫茲力的方向豎直向下，故電子向上極板偏轉(zhuǎn)的原因是電場(chǎng)力大于洛倫茲力，所以要么增大洛倫茲力，要么減小電場(chǎng)力。適當(dāng)減小電場(chǎng)強(qiáng)度E，即可以減小電場(chǎng)力，選項(xiàng)A正確；適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B，可以減小洛倫茲力，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；適當(dāng)增大加速電場(chǎng)極板之間的距離，根據(jù)eU＝mv2可得v＝，由于兩極板間的電壓沒(méi)有變化，所以電子進(jìn)入磁場(chǎng)

5、的速率沒(méi)有變化，因此沒(méi)有改變電場(chǎng)力和洛倫茲力的大小，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；同理，適當(dāng)減小加速電壓U，可以減小電子進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)中的速度v，從而減小洛倫茲力，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　A 5.質(zhì)譜儀可以測(cè)定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為如圖5所示，有機(jī)物的氣體分子從樣品室注入離子化室，在高能電子作用下，樣品氣體分子離子化或碎裂成離子。若離子化后的離子帶正電，初速度為零，此后經(jīng)過(guò)高壓電源區(qū)、圓形磁場(chǎng)室（內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)）、真空管，最后打在記錄儀上，通過(guò)處理就可以得到離子比荷（），進(jìn)而推測(cè)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)。已知高壓電源的電壓為U，圓形磁場(chǎng)區(qū)的半徑為R，真空管與水平面夾角為θ，離子進(jìn)入磁場(chǎng)室時(shí)速度方向指

6、向圓心。則下列說(shuō)法正確的是（　?。? 圖5 A.高壓電源A端應(yīng)接電源的正極 B.磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向必須垂直紙面向里 C.若離子化后的兩同位素X1、X2（X1質(zhì)量大于X2質(zhì)量）同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)室后，出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ，則軌跡Ⅰ一定對(duì)應(yīng)X1 D.若磁場(chǎng)室內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，當(dāng)記錄儀接收到一個(gè)明顯的信號(hào)時(shí)，與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子比荷＝ 解析　正離子在電場(chǎng)中加速，可以判斷高壓電源A端應(yīng)接負(fù)極，同時(shí)根據(jù)左手定則知，磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向應(yīng)垂直紙面向外，A、B均錯(cuò)誤；設(shè)離子通過(guò)高壓電源后的速度為v，由動(dòng)能定理可得qU＝mv2，離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，則qvB＝m，聯(lián)立計(jì)算得出r＝，由此可見(jiàn)，質(zhì)量大的離子的運(yùn)

7、動(dòng)軌跡半徑大，即軌跡Ⅱ一定對(duì)應(yīng)X1，C錯(cuò)誤；離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)軌跡如圖所示，由幾何關(guān)系可知r＝，可解得＝，D正確。 答案　D 6.（2019·莆田模擬）如圖6甲所示，空間同時(shí)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)在將磁場(chǎng)方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，同時(shí)給小球一個(gè)垂直磁場(chǎng)方向斜向下的速度v，如圖乙所示。則關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是（　?。? 圖6 A.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B.小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒 C.小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能增加了 D.小球第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)歷時(shí) 解析　小球在復(fù)合場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài)，

8、只受兩個(gè)力作用，即重力和電場(chǎng)力且兩者平衡。當(dāng)把磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较騼A斜30°，且給小球一個(gè)垂直磁場(chǎng)方向的速度v，則小球受到的合力就是洛倫茲力，且與速度方向垂直，所以帶電粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；由于帶電粒子在垂直于紙面的傾斜平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到電場(chǎng)力要做功，所以機(jī)械能不守恒，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；小球從開(kāi)始到最低點(diǎn)克服電場(chǎng)力做功為W＝qERsin 30°＝，所以電勢(shì)能的增加量為，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；小球從第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的時(shí)間為T(mén)＝，選項(xiàng)D正確。 答案　AD 7.如圖7所示，半徑為R的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)有比荷大小相等的甲、乙兩粒子，甲以速度v1從A點(diǎn)沿直徑AOB方向射入

9、磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)t1時(shí)間射出磁場(chǎng)，射出磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與初速度方向間的夾角為60°；乙以速度v2從距離直徑AOB為的C點(diǎn)平行于直徑AOB方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)t2時(shí)間射出磁場(chǎng)，其軌跡恰好通過(guò)磁場(chǎng)的圓心。不計(jì)粒子受到的重力，則（　　） 圖7 A.兩個(gè)粒子帶異種電荷 B.t1＝t2 C.v1∶v2＝∶1 D.兩粒子在磁場(chǎng)中軌跡長(zhǎng)度之比l1∶l2＝∶1 解析　根據(jù)左手定則判斷可得，甲粒子帶正電，乙粒子帶負(fù)電，選項(xiàng)A正確；分別對(duì)甲、乙粒子作圖，找出其做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓心和半徑以及圓心角，則有r甲＝R，r乙＝R，θ甲＝，θ乙＝，根據(jù)qvB＝m可得v＝，所以＝＝，選項(xiàng)C正確；根據(jù)t＝T可得＝＝，選項(xiàng)

10、B錯(cuò)誤；粒子在磁場(chǎng)中的軌跡長(zhǎng)度為l＝vt，所以＝＝，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　AC 8.磁流體發(fā)電機(jī)可簡(jiǎn)化為如下模型：兩塊長(zhǎng)、寬分別為a、b的平行板相距為L(zhǎng)，板間通入已電離的速度為v的氣流，兩板間存在一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向與兩板平行，并與氣流速度方向垂直，如圖8所示?，F(xiàn)把兩板與外電阻R連接起來(lái)，在磁場(chǎng)力作用下，氣流中的正、負(fù)離子分別向兩板移動(dòng)形成電流。設(shè)該氣流的電導(dǎo)率（電阻率的倒數(shù)）為σ，則（　?。? 圖8 A.該磁流體發(fā)電機(jī)模型的內(nèi)阻為r＝ B.產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)為E＝Bav C.流過(guò)外電阻R的電流I＝ D.該磁流體發(fā)電機(jī)模型的路端電壓為 解析　根據(jù)左手定則知正離子向上偏

11、，負(fù)離子向下偏，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電，最終離子處于平衡狀態(tài)，有qvB＝q，解得電動(dòng)勢(shì)E＝BLv，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；內(nèi)電阻r＝ρ＝，故選項(xiàng)A正確；根據(jù)閉合電路歐姆定律，流過(guò)外電阻R的電流I＝，故選項(xiàng)C正確；R兩端電壓為R，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案　AC 二、非選擇題 9.（2019·合肥一檢）如圖9所示，在平面直角坐標(biāo)系xOy的第四象限內(nèi)有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，其場(chǎng)強(qiáng)大小為E，方向與x軸成30°角斜向上。一比荷為的帶正電粒子從P點(diǎn)由靜止出發(fā)，接著在x軸上Q點(diǎn)進(jìn)入第一象限，通過(guò)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域（圖中未畫(huà)出）后，從坐標(biāo)原點(diǎn)O沿y軸負(fù)方向離開(kāi)磁場(chǎng)區(qū)域。若P、Q間距為L(zhǎng)，粒子重力不計(jì)，試求

12、： 圖9 （1）粒子到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)的速度大??； （2）Q點(diǎn)的坐標(biāo)； （3）矩形磁場(chǎng)區(qū)域的最小面積。 解析?。?）作出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示 qEL＝mv2 解得粒子到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)的速度v＝ （2）設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為R，由幾何關(guān)系可知Q點(diǎn)的坐標(biāo)為（3R，0） 又qvB＝m，可得R＝ 則Q點(diǎn)的坐標(biāo)為（，0） （3）由圖可得，最小的矩形磁場(chǎng)面積 Smin＝2Rcos 30°（R－Rsin 30°）＝R2＝ 答案　（1）?。?）（，0）?。?） 10.（2019·貴州銅仁模擬）如圖10所示，在xOy平面內(nèi)0＜x＜L的區(qū)域內(nèi)有一方向豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)，x＞L的區(qū)域內(nèi)

13、有一方向垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。某時(shí)刻，一帶正電的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)以沿x軸正方向的初速度v0進(jìn)入電場(chǎng)；之后的另一時(shí)刻，一帶負(fù)電粒子以同樣的初速度從坐標(biāo)原點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)。正、負(fù)粒子從電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與電場(chǎng)和磁場(chǎng)邊界的夾角分別為60°和30°，兩粒子在磁場(chǎng)中分別運(yùn)動(dòng)半周后恰好在某點(diǎn)相遇。已知兩粒子的重力以及兩粒子之間的相互作用都可忽略不計(jì)。求： 圖10 （1）正、負(fù)粒子的比荷之比∶； （2）正、負(fù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑大??； （3）兩粒子先后進(jìn)入電場(chǎng)的時(shí)間差。 解析?。?）設(shè)粒子進(jìn)磁場(chǎng)方向與邊界夾角為θ， vy＝ vy＝t t＝ ∶＝∶＝1∶3 （2）設(shè)粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的速度分別為v1、v2 由v＝，得v1＝v0，v2＝2v0 qvB＝m，R＝ ＝ y＝·t 兩粒子離開(kāi)電場(chǎng)時(shí)位置間的距離 d＝y(tǒng)1＋y2＝L 根據(jù)題意作出運(yùn)動(dòng)軌跡，兩粒子相遇在P點(diǎn)， 由幾何關(guān)系可得2R1＝dsin 60° 2R2＝dsin 30° R1＝＝L R2＝d＝L （3）兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均為半個(gè)周期 t1＝＝ t2＝＝ 由于兩粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同，所以進(jìn)電場(chǎng)時(shí)間差即為磁場(chǎng)中相遇前的時(shí)間差 Δt＝t1－t2＝ 答案　（1）1∶3?。?）L　L?。?） - 9 -