2019高考物理 第三章 磁場專題訓(xùn)練.docx

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《第三章 磁場》 一、單選題（1-8題是只有一個答案正確；9-12題有多個答案正確） 1．一個不計重力的帶正電荷的粒子，沿圖中箭頭所示方向進(jìn)入磁場，磁場方向垂直于紙面向里，則粒子的運(yùn)動軌跡為( ) A．圓弧a B．直線b C．圓弧c D．a(chǎn)、b、c都有可能 【答案】 A 【解析】 帶正電的電荷在向里的磁場中向上運(yùn)動，根據(jù)左手定則可知，粒子的受到的洛倫茲力的方向向左，所以粒子的可能的運(yùn)動的軌跡為a，所以A正確，BCD錯誤。故選A。 2．關(guān)于電場線和磁感線，下列說法正確的是 A．電場線和磁感線都是在空間實(shí)際存在的線 B．電場線和磁感線都是閉合的曲線 C．磁感線從磁體的N極發(fā)出，終止于S極 D．電場線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷 【答案】 D 【解析】 電場線與磁感線是人為假想的曲線，實(shí)際不存在，A錯誤；電場線是不閉合的，磁感線是閉合曲線，B錯誤；磁感線在磁體的外部從N極出發(fā)，終止于S極，在磁體的內(nèi)部從S極出發(fā)，終止于N極，C錯誤；電場線從正電荷或無限遠(yuǎn)出發(fā)，終止于無限遠(yuǎn)或負(fù)電荷，D正確。 3．磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場的重要概念，磁場的基本性質(zhì)是對電流有磁場力的作用，則關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，下列說法中正確的是（ ） A．一小段通電直導(dǎo)線，在磁場某處受的力越大，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度越大 B．一小段通電直導(dǎo)線在磁場某處受的力等于零，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定等于零 C．勻強(qiáng)磁場中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于該處某一面積穿過的磁通量 D．磁感線密處，磁感應(yīng)強(qiáng)度大；磁感線疏的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定小 【答案】 D 【解析】A、磁場的強(qiáng)弱由磁場本身的性質(zhì)決定，與放入磁場中的電流元無關(guān)．電流元在磁場中所受的力越大，該點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，所受力等于零，磁感應(yīng)強(qiáng)度仍然未變．故A、B錯誤． C、根據(jù)Φ=BS，（B與S垂直），知勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與某一面積穿過的磁通量不等．故C錯誤． D、磁感線越密的地方磁場越強(qiáng)，越疏的地方，磁場越弱．故D正確． 故選D． 4．如圖所示，金屬棒 AC 用絕緣輕繩懸掛在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，P 為金屬棒上方某點(diǎn)，下列判斷正確的是 A．通入 A→C 方向的電流時，并改變磁場的大小，可使細(xì)繩上張力為零 B．通入 C→A 方向的電流時，磁場方向不變，可使細(xì)繩上張力為零 C．通入 A→C 方向的電流時，使 P 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大 D．通入 C→A 方向的電流時，使 P 點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 【答案】 A 【解析】 棒處于方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，棒中通有電流，從A→C方向的電流時，根據(jù)左手定則可得，安培力的方向豎直向上，改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，使安培力大小等于重力大小時，懸線上的拉力可以為零，故A正確；通入C→A方向的電流時，磁場方向不變，根據(jù)左手定則可得，安培力的方向豎直向下，細(xì)繩上張力不可能為零，故B錯誤；通入A→C 方向的電流時，根據(jù)安培右手定則可知，導(dǎo)線在P處產(chǎn)生的磁場垂直紙面向外，所以使P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變小，故C錯誤；通入 C→A方向的電流時，根據(jù)安培右手定則可知，導(dǎo)線在P處產(chǎn)生的磁場垂直紙面向里，所以使P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，故D錯誤。所以A正確，BCD錯誤。 5．如圖，直角坐標(biāo)xOy平面內(nèi)，有一半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向垂直于紙面向里，邊界與x、y軸分別相切于a、b兩點(diǎn)。一質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子從b點(diǎn)沿平行于x軸正方向進(jìn)入磁場區(qū)域，離開磁場后做直線運(yùn)動，經(jīng)過x軸時速度方向與x軸正方向的夾角為60。下列判斷正確的是 A．粒子帶正電 B．粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑為R C．粒子運(yùn)動的速率為3qBRm D．粒子在磁場中運(yùn)動的時間為πm6qB 【答案】 C 【解析】 粒子的軌跡如圖所示，向上或向下偏轉(zhuǎn)，都有速度方向與x正方向夾角為60的情況，所以粒子可以帶正電，也可以帶負(fù)電，根據(jù)幾何知識可得tan30=Rr，解得r=3R，故根據(jù)r=mvBq可得粒子運(yùn)動的速率為v=3qBRm，從圖中可知粒子軌跡所對圓心角為60，故粒子在磁場中運(yùn)動的時間為t=603602πmBq=πm3Bq，C正確． 6．如圖所示為某電子元器件的工作原理示意圖，在外界磁場的作用下，當(dāng)存在AB方向流動的電流時，電子元器件C．D兩側(cè)面會形成電勢差UCD，下列說法中正確的是（） A．若在AB方向上通以由A向B運(yùn)動的粒子流，帶正電粒子會在C板聚集 B．當(dāng)增大AB方向的電流I時， C、D兩面的電勢差會減小 C．電子元器件C端電勢低于D端電勢 D．電勢差UCD的大小僅與電子元器件的制造材料有關(guān) 【答案】 C 【解析】 若在AB方向上通以由A向B運(yùn)動的粒子流，根據(jù)左手定則可知，帶正電粒子會在D板聚集，電子元器件D端電勢高于C端電勢，選項(xiàng)A錯誤，C正確；隨著粒子的不斷積聚，當(dāng)平衡時滿足：UCDdq=Bqv，則UCD=Bvd，則當(dāng)增大AB方向的電流I時，粒子運(yùn)動的速率v增加，則 C、D兩面的電勢差會增加，選項(xiàng)B錯誤；由UCD=Bvd可知，電勢差UCD的大小不只與電子元器件的制造材料有關(guān)，選項(xiàng)D錯誤；故選C. 7．如圖，初速度不計的電子束經(jīng)電壓為U的電場加速后，進(jìn)入一半徑為r圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域（區(qū)域中心為O，磁場方向垂直于圓面），最后射到了與OM連線垂直的屏幕上的P處。已知不加磁場時，電子束將通過O點(diǎn)打到屏幕的中心M點(diǎn)，電子的電荷量為e，電子所受重力不計。則下列判斷正確的是 A．圓形區(qū)域中磁場的方向可能垂直于紙面向里 B．電子在磁場中運(yùn)動時受到的磁場力大小一定是2eUr C．若僅增加加速電壓U，電子束打到屏幕上的位置在P點(diǎn)上方 D．若僅改變圓形區(qū)域的磁感強(qiáng)度大小，電子束可能打不到屏幕上 【答案】 D 【解析】由左手定則可知，圓形區(qū)域中磁場的方向可能垂直于紙面向外，選項(xiàng)A錯誤；電子在電場中被加速，則Ue=12mv2；若在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑為r，則F磁=evB=mv2r=2eUr，因電子在磁場中運(yùn)動的半徑不一定是r，則電子在磁場中運(yùn)動時受到的磁場力大小不一定是2eU/r，選項(xiàng)B錯誤；若僅增加加速電壓U，則電子進(jìn)入磁場的速度v變大，則電子的軌道半徑變大，則電子束打到屏幕上的位置在P點(diǎn)下方，選項(xiàng)C錯誤；若僅使圓形區(qū)域的磁感強(qiáng)度變大，則電子在磁場中運(yùn)動的半徑減小，電子束經(jīng)過磁場時的偏折角變大，則電子束可能打不到屏幕上，選項(xiàng)D正確；故選D. 8．回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示。設(shè)D形盒半徑為R。若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，高頻交流電頻率為f。則下列說法正確的是 A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過πfR B．質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān) C．只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值 D．不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速比荷不同的粒子 【答案】 B 【解析】 A、有T=2πRv解得：v=2πRT=2πRf，故A錯； B、由Bqv=mv2R由此可以知道質(zhì)子的最大速度只與粒子本身的荷質(zhì)比,加速器半徑,和磁場大小有關(guān),與加速電壓無關(guān)，故B對； C、考慮到狹義相對論,任何物體速度不可能超過光速,故C錯誤; D、有T=2πmBq可知比荷不同的粒子運(yùn)動周期不相同，則所加加速電壓與回旋周期不匹配達(dá)不到每次都加速的目的，故D錯； 故選B 9．如圖甲所示為一陰極射線管，接通電源后，電子射線由陰極沿x軸方向射出，在熒光屏上會看到一條亮線，圖乙是其示意圖，要使熒光屏上的亮線向上（z軸正方向）偏轉(zhuǎn)如圖丙所示，在下列措施中可采用的是（） A．加一磁場，磁場方向沿z軸負(fù)方向 B．加一磁場，磁場方向沿y軸負(fù)方向 C．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向 D．加一電場，電場方向沿y軸正方向 【答案】 BC 【解析】 若加一沿z軸負(fù)方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿y軸負(fù)方向，故A錯誤．若加一沿y軸負(fù)方向的磁場，根據(jù)左手定則，洛倫茲力方向沿z軸正方向，亮線向上偏轉(zhuǎn)，故B正確．加一電場，電場方向沿z軸負(fù)方向，電子受到的電場力的方向向上，亮線向上偏轉(zhuǎn)，符合題意。故C正確。加一電場，電場方向沿y軸正方向，電子受到的電場力的方向沿y軸負(fù)方向，不符合題意。故D錯誤。故選BC。 10．如圖所示，在x軸的上方有沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，電場強(qiáng)度為E，在x軸的下方等腰三角形CDy區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面由內(nèi)向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，其中C，D在x軸上，它們到原點(diǎn)O的距離均為a，θ=45°?，F(xiàn)將一質(zhì)量為m，帶電量為q的帶正電粒子，從y軸上的P點(diǎn)由靜止釋放，設(shè)P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為h，不計重力作用與空氣阻力的影響。，下列說法正確的是（） A．若h=B2a2q2mE，則粒子垂直Cy射出磁場 B．若h=B2a2q2mE，則粒子平行于x軸射出磁場 C．若h=B2a2q8mE，則粒子垂直Cy射出磁場 D．若h=B2a2q8mE，則粒子平行于x軸射出磁場 【答案】 AD 【解析】AB．若h=B2a2q2mE，則在電場中，由動能定理得： qEh=12mv2；在磁場中，有qvB=mv2r聯(lián)立解得：r=a，如圖，根據(jù)幾何知識可知粒子垂直Cy射出磁場，故A正確，B錯誤． CD．若h=B2a2q8mE，與上題同理可得：r=12a，則根據(jù)幾何知識可知粒子平行于x軸射出磁場，故C錯誤，D正確． 故選：AD 11．如圖是傾角θ＝30的光滑絕緣斜面在紙面內(nèi)的截面圖．一長為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直紙面放在斜面上，現(xiàn)給導(dǎo)體棒通入電流強(qiáng)度為I，并在垂直于導(dǎo)體棒的平面內(nèi)加勻強(qiáng)磁場，要使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，則下列說法正確的是(　　) A．所加磁場方向與x軸正方向的夾角α的范圍應(yīng)為90≤α＜240 B．所加磁場方向與x軸正方向的夾角α的范圍應(yīng)為0≤α＜150 C．所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為3mg2IL D．所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值為mg2IL 【答案】 BD 【解析】 A、B項(xiàng)：根據(jù)共點(diǎn)力平衡知，安培力的方向在垂直斜面向下與豎直向上這兩個方向之間，根據(jù)左手定則知，所加磁場方向與x軸正方向的夾角θ的范圍應(yīng)為0≤θ＜150．故A錯誤，B正確； C、D當(dāng)安培力的方向與支持力方向垂直時，安培力最小，根據(jù)平行四邊形定則有：FA=mgsin30=BIL，則磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值B=mg2IL，故C錯誤，D正確。 故應(yīng)選：BD。 12．在豎直放置固定的光滑絕緣圓環(huán)中，套有一個帶電-q、質(zhì)量m的小環(huán)，整個裝置放在如圖所示的正交勻強(qiáng)電磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，電場E=3mg4q，重力加速度為g．當(dāng)小環(huán)從大環(huán)頂端無初速度下滑時，則小環(huán) A．運(yùn)動到最低點(diǎn)的速度最大 B．不能做完整的圓周運(yùn)動 C．對軌道最大壓力為N=234mg D．受到的最大洛侖茲力f=32qB2gR 【答案】 BD 【解析】 A.將重力場和電場等效為一個等效場，只有運(yùn)動到等效最低點(diǎn)速度才最大，故A錯誤。B、由能量守恒定律可知無法到達(dá)等效最高點(diǎn)，不能做完整的圓周運(yùn)動，故B正確。C、由動能定理可得mgR+(Eq)2+(mg)2?R=12mvmax2，解得vmax=322gR，受到的最大洛侖茲力f=32qB2gR，故D正確；C、在等效最低點(diǎn)由牛頓第二定律有N-Eq2+mg2-f=mvmax2R，可知N=234mg+f，故C錯誤。故選BD。 二、非選擇題 13．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有一個與水平面成θ＝37角的導(dǎo)電滑軌，滑軌上放一個可以自由滑動的金屬桿ab，已知接在滑軌中的電源電動勢E＝12V，內(nèi)阻不計，ab桿長L＝0.5m，質(zhì)量m＝0.2kg，桿與平行滑軌間的動摩擦因數(shù)μ＝0.1；不計滑軌與ab桿的電阻，取g＝10m/s2，sin37＝0.6，求接在滑軌上的變阻器R的阻值在什么范圍內(nèi)變化時，可以使ab桿在滑軌上保持靜止? 【答案】 3.3Ω≤R≤5Ω 【解析】 對導(dǎo)體棒受力分析，回路中的電流為：I=ER 導(dǎo)體棒受到的安培力為：F=BIL 討論： 1、當(dāng)摩擦力沿斜面向上，電流強(qiáng)度最小，電阻最大，由共點(diǎn)力平衡得： mgsin37-f-Fcos37=0 mgcos37+Fsin37-FN=0 f=μFN 聯(lián)立解得：Rmax=5Ω 2、當(dāng)摩擦力沿斜面向下，電流強(qiáng)度最大，電阻最小由共點(diǎn)力平衡得： mgsin37+f-Fcos37=0 mgcos37+Fsin37-FN=0 f=μFN 聯(lián)立解得：Rmin=3Ω 故可變電阻在3Ω～5Ω范圍內(nèi) 14．如圖所示，虛線M、N和熒光屏P相互平行，M、N間距和N、P間距均為L，M、N間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，N、P間有平行于紙面向下的勻強(qiáng)電場，在虛線M上的A點(diǎn)有一粒子源，可以在紙面內(nèi)向磁場內(nèi)各個方向射入質(zhì)量為m，電量為q的帶正電的粒子，初速度大小均為v0=qBLm，勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小E=qLB2m1B，C為熒光屏上的一點(diǎn)，AC連線垂直于熒光屏，不計粒子的重力，求： (1)所有打在熒光屏上的粒子中，垂直電場線方向進(jìn)入電場的粒子打在屏上的位置離C點(diǎn)的距離； (2)在(1)問中所求的粒子從A點(diǎn)運(yùn)動到熒光屏所用的時間及該粒子經(jīng)磁場電場偏轉(zhuǎn)后速度的偏向角。 【答案】 （1）32L （2）450 【解析】 （1）由于分子粒子進(jìn)入磁場時的初速度大小均為v0=qBLm 粒子在磁場中受洛倫茲力做勻速圓周運(yùn)動，則f=qv0B，f=mv02r 得r=L 垂直電場線方向進(jìn)入電場的粒子，軌跡如圖； 粒子在電場中偏轉(zhuǎn)時，L=v0t， y=12at2 a=qEm 解得y=12L， 因此粒子打在光屏上的位置離C點(diǎn)的距離為d=L+12L=32L （2）粒子在磁場中的運(yùn)動時間：t1=14T=πm2qB 在電場中的時間：t2=Lv0=mqB 總時間：t=t1+t2=(π+2)m2qB 由于粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，因此打在熒光屏上的速度的反向延長線交于水平位移的中點(diǎn)，由幾何關(guān)系可知，打在熒光屏上的速度與水平方向的夾角為θ=450，由于粒子從A點(diǎn)射出時的速度豎直向下，因此粒子經(jīng)磁場、電場偏轉(zhuǎn)后速度的偏向角為α=900-θ=450 15．如圖所示，豎直虛線MN的右側(cè)存在勻強(qiáng)磁場，虛線左側(cè)有一平行板電容器A、B，板間距離d=12 cm，板與水平面夾角θ=37，兩板所加電壓U=120 V，B板電勢高，現(xiàn)有一帶電荷量為q=-310-3 C的帶電液滴，以v0=1 m/s的水平速度從A板上邊緣水平進(jìn)人電場，恰好沿水平方向運(yùn)動并恰好從B板的下邊緣水平飛出，液滴進(jìn)入磁場后仍沿水平方向運(yùn)動，sin37=0.6，cos37=0.8，g=10m/s.電場和磁場互不影響，求： (1)液滴的質(zhì)量； (2)液滴飛出電場時的速度大小及它在電場中運(yùn)動的時間； (3)勻強(qiáng)磁場的方向和場強(qiáng)B的大小. 【答案】 （1）m=0.24kg （2）v1=2 m/s ；t=215s （3）B=400T 磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲? 【解析】(1)在極板間，電場強(qiáng)度：E=Ud=1 000 V/m . 帶電粒子沿水平方向運(yùn)動，則豎直方向受力平衡，則根據(jù)平衡條件得；qEcon37=mg. 由以上兩式解得：m=0.24 kg (2)在極板間，帶電液滴沿水平運(yùn)動，重力不做功。只有電場力做功 由動能定理可得：qU=12mv12-12mv02 解得v1=2 m/s 由牛頓第二定律qesin37=ma， 解得a=7.5 m/s 液滴在電場中運(yùn)動的時間t=v1-v0a=215s (3)液滴在磁場中仍沿直線運(yùn)動，則洛倫茲力與重力大小相等，方向相反，Bpv=mg 解得B=400 T 由左手定則可知磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲狻? 16．如圖，以絕緣粗糙的豎直墻壁為y軸，水平的地面為x軸建立直角坐標(biāo)系，第二象限有同時存在的正交勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向沿x軸正向，大小為E，磁場方向垂直紙面向外，大小為B．現(xiàn)在從A點(diǎn)由靜止釋放一帶正電的可視為質(zhì)點(diǎn)的帶電體，其能夠沿墻壁下滑，到達(dá)C點(diǎn)時剛好離開墻壁，帶電體質(zhì)量為m、電荷量為q，A、C兩點(diǎn)間距離為h，重力加速度為g. （1）求帶電體運(yùn)動到剛好離開墻壁時速度大小v； （2）求帶電體由靜止下滑到剛好離開墻壁過程中克服摩擦力做的功Wf； （3）如果帶電體到達(dá)C點(diǎn)時電場突然變?yōu)樨Q直向上且E=mgq，電場的變化對磁場的影響忽略不計，則帶電體運(yùn)動到距離墻壁最遠(yuǎn)時（帶電體不能到達(dá)地面），距出發(fā)點(diǎn)A的距離。 【答案】 （1）v=EB（2）Wf=mgh-12mE2B2（3）4m2E2q2B4+h2 【解析】 （1）由題意知，根據(jù)左手定則可判斷，帶電體在下滑的過程中受水平向左的洛倫茲力，當(dāng)洛倫茲力等于電場力qE時帶電體離開MN開始做曲線運(yùn)動，即qvB=qE 解得：v=EB （2）從A到C根據(jù)動能定理：mgh-Wf=12mv2-0 解得：Wf=mgh-12mE2B2 （3）電場突然變?yōu)樨Q直向上，qE=mg 帶電體在復(fù)合場中做勻速圓周運(yùn)動，距離墻壁最遠(yuǎn)時，CD=2R 帶電體在磁場中的半徑滿足：qBv=mv2R R=mvqB=mEqB2 AD距離為AD=(2R)2+h2=4m2E2q2B4+h2