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

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磁場(chǎng)與回旋加速器測(cè)評(píng)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1~5題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題目要求,第6~8題有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)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(chǎng)的是(　　) 解析:A、C、D中小磁針或?qū)Ь€所受磁場(chǎng)力都是導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加的,但選項(xiàng)B中的磁場(chǎng)是磁鐵產(chǎn)生的。 答案:B 2.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(chǎng)力成正比,與電流和導(dǎo)線長(zhǎng)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(chǎng)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(chǎng)力一定等于零 D.磁場(chǎng)中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,跟電流在該處所受磁場(chǎng)力的方向相同 答案:C 3.(2014山東東營(yíng)檢測(cè))為了測(cè)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(zhǎng)、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(chǎng),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(shì)高 B.前內(nèi)側(cè)面的電勢(shì)一定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì),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(dòng)的是正離子,則正離子向里偏,前內(nèi)側(cè)面電勢(shì)低于后內(nèi)側(cè)面電勢(shì);若流動(dòng)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(shì)低于后內(nèi)側(cè)面的電勢(shì),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確。污水穩(wěn)定流動(dòng)時(shí),對(duì)任一離子有qvB=qE=qUb,所以U=Bbv,電勢(shì)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:B 4.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(chǎng)中,且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直。線段ab、bc和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng),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(chǎng)的作用力的合力(　　) A.方向沿紙面向上,大小為(2+1)ILB B.方向沿紙面向上,大小為(2-1)ILB C.方向沿紙面向下,大小為(2+1)ILB D.方向沿紙面向下,大小為(2-1)ILB 解析:本題考查磁場(chǎng)對(duì)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(shí)點(diǎn),意在考查通過力的合成運(yùn)動(dòng)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:A 5.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(chǎng),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(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力),則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng),這個(gè)電場(chǎng)的電場(chǎng)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(chǎng)力的方向垂直紙面向外,因電子帶負(fù)電,所以,勻強(qiáng)電場(chǎng)的方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?。由qvB=qE得E=vB。 答案:C 6.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(dòng),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(chǎng)(可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)),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(zhǎng)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(zhǎng)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(dòng)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:BD 7.如圖,質(zhì)量為m、長(zhǎng)為L(zhǎng)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(chǎng)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θ。則磁感應(yīng)強(qiáng)度方向和大小可能為(　　) A.沿z正向,mgILtan θ　　　 B.沿y正向,mgIL C.沿z負(fù)向,mgILtan θ D.沿懸線向上,mgILsin θ 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(zhǎng)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=mgtanθ,則B=mgtanθIL,選項(xiàng)C正確。 答案:BC 8.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(chǎng),板上有兩條寬度分別為2d和d的縫隙,兩縫近端相距為L(zhǎng)。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(chǎng),對(duì)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)2m C.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(chǎng)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(dòng)的最大半徑為rmax=3d+L2,射出粒子運(yùn)動(dòng)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,Δv=vmax-vmin=3qBd2m,若保持d和L不變,增大B時(shí),Δv增大,選項(xiàng)C正確;若保持d和B不變,增大L時(shí),Δv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(cè)條形磁鐵磁場(chǎng)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(chǎng)的水平分量Bx,為計(jì)算羅盤所在處條形磁鐵磁場(chǎng)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(chǎng)與地磁場(chǎng)水平分量磁場(chǎng)的合磁場(chǎng)方向。條形磁鐵磁場(chǎng)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θ,則B=Bxtanθ。 答案:羅盤上指針的偏轉(zhuǎn)角θ　Bxtan θ 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(zhǎng)為L(zhǎng),線框的下半部處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)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Δx=　　　　,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(zhǎng)量為x1,平衡時(shí)mg-F=kx1,當(dāng)電流反向后,設(shè)彈簧伸長(zhǎng)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Δx=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(zhǎng)100 m,通過的電流為10 A,則軌道間所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為多大?磁場(chǎng)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(dòng)能定理有BILs=12mv2 解得B=5.5104T 速度最大時(shí)磁場(chǎng)力的功率最大,則 P=BILv=5.5104102000W=1.11010W。 答案:5.5104 T　1.11010 W 12.(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(shì)差為U的帶窄縫的平行板電極S1和S2間的電場(chǎng),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(chǎng),Ox垂直平行板電極S2,當(dāng)粒子從P點(diǎn)離開磁場(chǎng)時(shí),其速度方向與Ox方向的夾角θ=60,如圖所示,整個(gè)裝置處于真空中。求: (1)粒子在磁場(chǎng)中沿圓弧運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R。 (2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間t。 解析:(1)設(shè)粒子離開電場(chǎng)時(shí)的速度為v,由動(dòng)能定理得, qU=12mv2-12mv02 ① 粒子在磁場(chǎng)中有qvB=mv2R ② 由①②得R=mqB2qUm+v02 ③ (2)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2πRv=2πmqB ④ 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=16T ⑤ 由④⑤得t=πm3qB。 答案:(1)mqB2qUm+v02　(2)πm3qB 13.(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(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直xOy平面向里,電場(chǎng)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(chǎng)和磁場(chǎng),恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場(chǎng)和磁場(chǎng),MN之間的距離為L(zhǎng),小球過M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為θ。不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,求: (1)電場(chǎng)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(dòng)和帶電小球在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。 (1)小球在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),說明電場(chǎng)力和重力平衡(恒力不能充當(dāng)圓周運(yùn)動(dòng)的向心力),有qE=mg ① E=mgq ② 重力的方向豎直向下,電場(chǎng)力方向只能向上,由于小球帶正電,所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上。 (2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng),O為圓心,MN為弦長(zhǎng),∠MOP=θ,如圖所示。設(shè)半徑為r,由幾何關(guān)系知 L2r=sinθ ③ 小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供,設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v,有qvB=mv2r ④ 由速度的合成與分解知v0v=cosθ ⑤ 由③④⑤式得v0=qBL2mcotθ。 ⑥ (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=v0tanθ ⑦ 由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v2=2gh ⑧ 由⑥⑦⑧式得h=q2B2L28m2g。 ⑨ 答案:(1)mgq,方向豎直向上　(2)qBL2mcot θ　(3)q2B2L28m2g