2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí)備考 第十一單元 磁場 磁場對電流和運(yùn)動電荷的作用 魯科版.doc

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2019-2020年高三物理一輪復(fù)習(xí)備考 第十一單元 磁場 磁場對電流和運(yùn)動電荷的作用 魯科版 選擇題部分共13小題。在每小題給出的四個選項(xiàng)中,1~8小題只有一個選項(xiàng)正確,9~13小題有多個選項(xiàng)正確;全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分。 1.關(guān)于安培力,下列說法正確的是 A.通電直導(dǎo)線在某處所受安培力的方向跟該處的磁場方向相同 B.通電直導(dǎo)線在某處不受安培力的作用,則該處沒有磁場 C.通電直導(dǎo)線所受安培力的方向可以跟導(dǎo)線垂直,也可以不垂直 D.通電直導(dǎo)線跟磁場垂直時(shí)受到的安培力一定最大 解析:安培力的方向一定與磁場垂直,也一定與導(dǎo)線垂直,選項(xiàng)A、C錯誤;當(dāng)通電直導(dǎo)線與磁場平行放置時(shí),不受安培力作用,選項(xiàng)B錯誤。 答案:D 2.在重復(fù)奧斯特電流磁效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),需要考慮減少地磁場對實(shí)驗(yàn)的影響,則以下關(guān)于奧斯特實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是 A.通電直導(dǎo)線豎直放置時(shí),實(shí)驗(yàn)效果最好 B.通電直導(dǎo)線沿東西方向水平放置時(shí),實(shí)驗(yàn)效果最好 C.通電直導(dǎo)線沿南北方向水平放置時(shí),實(shí)驗(yàn)效果最好 D.只要電流足夠大,不管通電直導(dǎo)線怎樣放置實(shí)驗(yàn)效果都很好 解析:由于在地球表面小磁針靜止時(shí)北極指北、南極指南,所以通電直導(dǎo)線沿南北方向水平放置時(shí),電流在小磁針?biāo)谖恢玫拇艌龇较驗(yàn)闁|西方向,此時(shí)的效果最好。 答案:C 3.科學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在地球的南極或北極所看到的美麗極光,是由來自太陽的高能帶電粒子受到地磁場的作用后,與大氣分子劇烈碰撞或摩擦所產(chǎn)生的結(jié)果,如圖所示。則下列關(guān)于地磁場的說法中,正確的是 A.若不考慮磁偏角的因素,則地理南極處的磁場方向豎直向下 B.若不考慮磁偏角的因素,則地理北極處的磁場方向豎直向上 C.在地球赤道表面,小磁針靜止時(shí)南極指向北的方向 D.在地球赤道表面,小磁針靜止時(shí)南極指向南的方向 解析:在不考慮磁偏角的情況下,地球的南極相當(dāng)于磁體的北極,故該處的磁場方向豎直向上,選項(xiàng)A、B錯誤;赤道處的地磁場方向向北,所以小磁針的南極指向南的方向,D正確。 答案:D 4.在某磁場區(qū)域中畫出了如圖所示的三條磁感線,則下列關(guān)于磁場中a、b兩點(diǎn)的說法中正確的是 A.a處沒有磁感線,所以a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Ba=0 B.a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度 C.同一通電導(dǎo)線放在a處所受到的安培力比放在b處所受到的安培力大 D.同一通電導(dǎo)線放在a處所受到的安培力比放在b處所受到的安培力小 解析:畫出的磁感線僅為示意圖,a處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零,選項(xiàng)A錯;磁感線的疏密程度表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,選項(xiàng)B正確;安培力的大小除跟該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小以及I、L有關(guān)外,還跟導(dǎo)線放置的方向與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向的夾角有關(guān),C、D錯誤。 答案:B 5.如圖甲所示為在科學(xué)研究中用來束縛某種粒子的磁場的磁感線分布情況,以圖中白點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),沿Z軸正方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的變化最有可能為圖乙中的 解析:磁感線的疏密表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,以圖中白點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn),沿Z軸正方向磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小的變化最有可能為C。 答案:C 6.關(guān)于帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中受到的洛倫茲力,下列說法正確的是 A.帶電粒子的速度越大,洛倫茲力一定越大 B.當(dāng)帶電粒子的速度與磁場方向平行時(shí),洛倫茲力最大 C.洛倫茲力的方向可以跟速度方向垂直,也可以不垂直 D.洛倫茲力不做功,所以洛倫茲力一定不會改變帶電粒子的速度大小 解析:當(dāng)帶電粒子的速度與磁場方向平行時(shí),不受洛倫茲力作用,選項(xiàng)A、B錯;洛倫茲力的方向既跟速度垂直,也跟磁場垂直,選項(xiàng)C錯。 答案:D 7.不計(jì)重力的帶電粒子穿過飽和蒸汽時(shí),在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴,從而顯示出粒子的徑跡,這是云室的原理,圖示是在云室中拍攝的正、負(fù)電子運(yùn)動徑跡的照片。若已知在云室處有方向垂直于照片向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場,圖中Oa、Ob、Oc、Od是從O點(diǎn)發(fā)出的四個粒子的徑跡,則下列說法中正確的是 A.打到a、b點(diǎn)的粒子是正電子 B.打到c、d點(diǎn)的粒子是正電子 C.打到c點(diǎn)的粒子受到的洛倫茲力最小 D.打到d點(diǎn)的粒子受到的洛倫茲力最大 解析:根據(jù)左手定則可知,打到a、b點(diǎn)的粒子是正電子,選項(xiàng)A正確;根據(jù)軌跡圖可知,打到c點(diǎn)的粒子的半徑最大,速度最大,所以其受到的洛倫茲力最大,選項(xiàng)C、D錯誤。 答案:A 8.如圖所示,a、b粒子所帶電荷量相同,且均以相等的動能從A點(diǎn)沿相同方向垂直射入磁場。已知它們在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動的半徑ra=2rb,重力不計(jì),則 A.兩粒子都帶正電,質(zhì)量比ma∶mb=4∶1 B.兩粒子都帶負(fù)電,質(zhì)量比ma∶mb=4∶1 C.兩粒子都帶正電,質(zhì)量比ma∶mb=1∶4 D.兩粒子都帶負(fù)電,質(zhì)量比ma∶mb=1∶4 解析:由于qa=qb、Eka=Ekb,由動能Ek=mv2和粒子旋轉(zhuǎn)半徑r=,可得m=,可見m與半徑r的平方成正比,故ma∶mb=4∶1,再根據(jù)左手定則可知粒子應(yīng)帶負(fù)電,選項(xiàng)B正確。 答案:B 9.物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明回旋加速器。如圖所示為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場的電場強(qiáng)度恒定,且被限制在A、C板間,帶電粒子從P0處由靜止釋放,并沿電場線方向射入加速電場,經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動,圖中P1、P2、P3分別為帶電粒子在磁場做圓周運(yùn)動三個相鄰軌跡的最右邊緣的點(diǎn),對于這種改進(jìn)后的回旋加速器,下列說法正確的是 A.帶電粒子每運(yùn)動一周就被加速一次 B.帶電粒子每運(yùn)動一周就被加速二次 C.P1P2=P2P3 D.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān) 解析:帶電粒子每運(yùn)動一周就被加速一次,加速電場方向不需要做周期性的變化,選項(xiàng)A正確、B錯誤;由nqU=m,rn=,解得rn=,由此可知,P1P2≠P2P3,選項(xiàng)C錯誤;當(dāng)加速粒子的速度最大時(shí),有=m,選項(xiàng)D正確。 答案:AD 10.如圖所示,在虛線所包圍的圓形區(qū)域內(nèi)有方向垂直于圓面向里的勻強(qiáng)磁場,從磁場邊緣的A點(diǎn)沿半徑方向射入一束速率不同的質(zhì)子,這些質(zhì)子在磁場里運(yùn)動的過程中,以下說法正確的是 A.周期相同,但運(yùn)動時(shí)間不同,速率大的運(yùn)動時(shí)間長 B.運(yùn)動半徑越大的質(zhì)子運(yùn)動時(shí)間越短,偏轉(zhuǎn)角越小 C.質(zhì)子在磁場中的運(yùn)動時(shí)間均相等 D.運(yùn)動半徑不同,運(yùn)動半徑越大的質(zhì)子向心加速度越大 解析:由Bqv=m,可得r=,v越大,則r越大。周期T==,則周期與運(yùn)動速度大小無關(guān),運(yùn)動時(shí)間t=T,其中tan=,所以v越大,則r越大、θ越小、t越小,選項(xiàng)A、C錯,B正確。向心加速度a=,r越大,則v越大,a也越大,選項(xiàng)D正確。 答案:BD 11.霍爾元件廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域,霍爾元件一般用半導(dǎo)體材料做成,有的半導(dǎo)體中的載流子(自由電荷)是自由電子,有的半導(dǎo)體中的載流子是空穴(相當(dāng)于正電荷)。如圖所示為用半導(dǎo)體材料做成的霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入電流I的方向如圖所示,C、D兩側(cè)面會形成電勢差。則下列說法中正確的是 A.若元件的載流子是自由電子,則D側(cè)面的電勢高于C側(cè)面的電勢 B.若元件的載流子是空穴,則D側(cè)面的電勢高于C側(cè)面的電勢 C.在測地球赤道上方的地磁場強(qiáng)弱時(shí),元件的工作面應(yīng)保持豎直 D.在測地球赤道上方的地磁場強(qiáng)弱時(shí),元件的工作面應(yīng)保持水平 解析:若載流子為自由電子,由左手定則可判斷電子受洛倫茲力作用使其偏向C側(cè)面,則C側(cè)面的電勢會低于D側(cè)面,選項(xiàng)A正確;若載流子為空穴,根據(jù)左手定則,空穴在洛倫茲力的作用下也是向C側(cè)面聚集,C側(cè)面的電勢會高于D側(cè)面,選項(xiàng)B錯誤;地球赤道上方的地磁場的方向水平向北,霍爾元件的工作面應(yīng)保持豎直才能讓地磁場垂直其工作面,選項(xiàng)C正確,D錯誤。 答案:AC 12.如圖所示,在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。在xOy平面內(nèi),從原點(diǎn)O處沿與x軸正方向成θ角(0<θ<π)以速率v發(fā)射一個帶正電的粒子(重力不計(jì))。則下列說法正確的是 A.若v一定,θ越大,則粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間越短 B.若v一定,θ越大,則粒子離開磁場的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn) C.若θ一定,v越大,則粒子在磁場中運(yùn)動的角速度越大 D.若θ一定,則粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間與v無關(guān) 解析:由左手定則可知,帶正電的粒子向左偏轉(zhuǎn),若v一定,θ越大,則粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間越短,選項(xiàng)A正確;若v一定,θ等于90時(shí),粒子離開磁場的位置距O點(diǎn)最遠(yuǎn),選項(xiàng)B錯誤;若θ一定,粒子在磁場中運(yùn)動的周期與v無關(guān),則粒子在磁場中運(yùn)動的角速度也與v無關(guān),粒子在磁場中運(yùn)動的時(shí)間與v無關(guān),選項(xiàng)C錯誤、D正確。 答案:AD 13.如圖所示,在直角三角形AOC的三條邊為邊界的區(qū)域內(nèi)存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,已知∠A=60,邊AO的長度為a?，F(xiàn)在O點(diǎn)放置一個可以向各個方向發(fā)射某種帶負(fù)電粒子的粒子源,已知粒子的比荷為,發(fā)射的速度大小都為v0,且滿足v0=。粒子發(fā)射的方向可由圖中速度與邊CO的夾角θ表示,不計(jì)重力作用,則粒子進(jìn)入磁場后 A.粒子有可能打到A點(diǎn) B.以θ=60飛入的粒子在磁場中的運(yùn)動時(shí)間最短 C.以θ<30飛入的粒子在磁場中的運(yùn)動的時(shí)間都相等 D.在AC邊界上只有一半?yún)^(qū)域有粒子射出 解析:粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌道半徑r==a,當(dāng)粒子以θ=0飛入磁場區(qū)域時(shí),最終將從AC邊的中點(diǎn)射出,隨著θ的增大,粒子在AC邊上的射出點(diǎn)將向A點(diǎn)靠攏,當(dāng)θ=60時(shí),粒子將從A點(diǎn)射出磁場區(qū)域,選項(xiàng)A、D正確;粒子的速度大小相等,在磁場中做圓周運(yùn)動的軌跡弧長越小,運(yùn)動時(shí)間越短,過O點(diǎn)做AC邊的垂線,找出垂足位置,當(dāng)粒子從該垂足位置射出時(shí)粒子在磁場中的運(yùn)動時(shí)間最短,選項(xiàng)B錯誤;以θ<30飛入的粒子在磁場中運(yùn)動軌跡圓弧的長度不同,運(yùn)動時(shí)間不相等,選項(xiàng)C錯誤。 答案:AD 第Ⅱ卷　(非選擇題　共48分) 非選擇題部分共4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,只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 14.(10分)海水中含有大量的正、負(fù)離子,這些離子隨海流做定向運(yùn)動,如果有磁場能使這些正、負(fù)離子向相反方向偏轉(zhuǎn),便有可能發(fā)出電來。如圖所示為一利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機(jī)原理的示意圖,上、下兩塊金屬板M、N水平正對放置,浸沒在海水里,金屬板面積均為S=1103 m2,板間相距d=100 m,海水的電阻率ρ=0.25 Ωm,在金屬板之間加一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.05 T,方向由南向北,海水從東向西以速度v=5 m/s流過兩金屬板之間,且將在兩板之間形成電勢差。 (1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),哪塊金屬板的電勢較高? (2)該磁流體發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢E為多大? (3)若用此發(fā)電機(jī)給一電阻為0.6 Ω的航標(biāo)燈供電,則流過航標(biāo)燈的電流大小為多少? 解:(1)由左手定則得,N板的電勢較高?！?(2分) (2)當(dāng)海水中流動的帶電離子進(jìn)入磁場后,將在兩板之間形成電勢差,當(dāng)帶電離子所受到的電場力F與洛倫茲力f相平衡時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),有: q=qvB　 (2分) 代入有關(guān)數(shù)據(jù)得電動勢 E=25 V。　(1分) (3)內(nèi)阻r=ρ 帶入數(shù)據(jù)得:r=0.025 Ω　(2分) 電路中的電流I== A=40 A?！?3分) 15.(10分)如圖所示,為某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)的一只電流表的原理圖如圖所示。在質(zhì)量為m、長度為L1的勻質(zhì)細(xì)金屬棒MN的中點(diǎn)處通過一絕緣掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連,彈簧的勁度系數(shù)為k。在矩形區(qū)域abcd內(nèi)有勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向外。與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標(biāo)尺上的示數(shù),MN的長度大于ab,ab=cd=L2。當(dāng)MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時(shí),MN與矩形區(qū)域的cd邊重合,且指針指到刻度尺的0刻度位置,重力加速度為g。 (1)若要使該電流表能正常工作,則待測電流必須從金屬棒的哪一端流入? (2)刻度尺上距0刻度為x處對應(yīng)的電流大小是多少? (3)若彈簧在彈性限度內(nèi)的最大伸長量為xm,則該電流表的最大量程為多少? 解:(1)由左手定則得,電流必須從金屬棒是M端流入?！?2分) (2)指針指在0刻度處時(shí),有mg=kx0　 (1分) 指針指在x處時(shí),有mg+BIL2=k(x0+x)　 (2分) 聯(lián)立解得:I=?！?(1分) (3)彈簧伸長量最大時(shí),有mg+BImL=kxm　 (2分) 得:Im=?！?(2分) 甲 16.(13分)如圖甲所示,在等腰三角形△ABC區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,三角形的底邊AB=2L, θ=45,O為底邊的中點(diǎn)。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子從靜止開始經(jīng)過電勢差為U的電場加速后,從O點(diǎn)垂直AB進(jìn)入磁場,不計(jì)粒子的重力與空氣阻力的影響。 (1)求粒子經(jīng)電場加速后射入磁場時(shí)的速度。 (2)若已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=,則粒子從何處射出磁場? (3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多少時(shí),粒子在磁場中能以最大的圓周半徑偏轉(zhuǎn)后打到OA板? 解:(1)由qU=mv2　(2分) 得v=?！?1分) (2)粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動,有: qvB=m　(2分) 得r==L　(2分) 故粒子從AC連線上距A點(diǎn)L處射出。 乙 (3)要使粒子能射到OA連線上且半徑最大,則粒子的軌跡應(yīng)與AC邊相切,如圖乙所示。設(shè)此時(shí)粒子軌跡的半徑為R,由幾何關(guān)系有: R+=L　(2分) 以及qvB=m　(2分) 得B=。　(2分) 甲 17.(15分)如圖甲所示,豎直放置的足夠長的絕緣板PQ右方的區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B=5.010-2 T,MN是與PQ平行的磁場的右邊界,d=0.2 m,在PQ上的小孔O處有一放射源,放射源沿紙面向磁場中各個方向均勻地射出速率v=2106 m/s的某種帶正電的粒子,粒子的質(zhì)量m=1.610-27 kg、所帶電荷量q=3.210-19C,不計(jì)粒子的重力及粒子間的相互作用。 乙 (1)求帶電粒子在磁場中運(yùn)動軌跡的半徑。 (2)求從邊界MN射出的粒子在磁場中運(yùn)動的最短時(shí)間為多少。 (3)若OQ= m,且QN是磁場的下邊界,則在某段時(shí)間內(nèi)從放射源共射出n個粒子中,有多少個粒子是從磁場的下邊界QN射出的? 解:(1)qvB=m　(2分) 得r==0.2 m?！?2分) (2)因?yàn)榱Ｗ舆\(yùn)動的軌道半徑均相同,故弦最短時(shí)對應(yīng)的圓心角最小,運(yùn)動時(shí)間最短,顯然最短的弦的大小為d,如圖乙所示。易得,此時(shí)的軌跡對應(yīng)的圓心角θ=　 (2分) 粒子做圓周運(yùn)動的周期T==　(2分) 最短時(shí)間t=T==10-7 s?！?1分) 丙 (3)如圖丙中曲線1所示,當(dāng)速度與OP的夾角θ=90時(shí),恰能從磁場下邊界射出　(1分) 當(dāng)粒子恰從Q點(diǎn)射出時(shí),如圖丙中曲線2所示,設(shè)此時(shí)的圓心角為α 則sin==　 (2分) 此時(shí)粒子從O點(diǎn)射出時(shí)的速度方向與OP的夾角為: α=120 ,故θ=120 　(1分) Δθ=120 -90 =30 　(1分) 故從磁場的下邊界QN射出的粒子數(shù)為n=?！?1分)