(浙江選考)2020版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第九章 磁場本章綜合能力提升練

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1、第九章 磁場 本章綜合能力提升練 (限時:45分鐘) 一、單項(xiàng)選擇題 1.湯姆孫通過對陰極射線的研究發(fā)現(xiàn)了電子.如圖1所示,把電子射線管(陰極射線管)放在蹄形磁鐵的兩極之間,可以觀察到電子束偏轉(zhuǎn)的方向是(  ) 圖1 A.向上        B.向下 C.向左        D.向右 答案 B 2.如圖2所示,一導(dǎo)線繞制的線圈中放一枚小磁針,當(dāng)線圈中通以電流時,小磁針將會發(fā)生偏轉(zhuǎn),則下列判斷正確的是(  ) 圖2 A.為使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,線圈平面應(yīng)南北放置 B.為使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,線圈平面應(yīng)東西放置 C.若線圈平面南北放置,通電后再次穩(wěn)定時,小磁針轉(zhuǎn)過90°角

2、D.若線圈平面東西放置,通電后再次穩(wěn)定時,小磁針轉(zhuǎn)過90°角 答案 A 3.(2016·浙江4月選考·9)法拉第電動機(jī)原理如圖3所示.條形磁鐵豎直固定在圓形水銀槽中心,N極向上.一根金屬桿斜插在水銀中,桿的上端與固定在水銀槽圓心正上方的鉸鏈相連.電源負(fù)極與金屬桿上端相連,與電源正極連接的導(dǎo)線插入水銀中.從上往下看,金屬桿(  ) 圖3 A.向左擺動 B.向右擺動 C.順時針轉(zhuǎn)動 D.逆時針轉(zhuǎn)動 答案 D 解析 根據(jù)左手定則可知,導(dǎo)電金屬桿所受安培力將會使其逆時針轉(zhuǎn)動,D對. 4.(2018·諸暨中學(xué)段考)如圖4所示,在水平地面上方有一沿水平方向且垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場.現(xiàn)將

3、一帶電小球以一定初速度v0豎直上拋,小球能上升的最大高度為h,設(shè)重力加速度為g,不計(jì)空氣阻力,則下列判斷正確的是(  ) 圖4 A.h一定大于 B.h一定等于 C.h一定小于 D.h可能等于 答案 C 解析 如果沒有磁場,小球?qū)⒆鲐Q直上拋運(yùn)動,上升的最大高度:h=,當(dāng)加上磁場后,小球在運(yùn)動過程中,除受重力外,還要受到洛倫茲力作用,小球在向上運(yùn)動的同時會發(fā)生偏轉(zhuǎn),小球到達(dá)最高點(diǎn)時速度不為零,動能不為零,因此小球上升的最大高度小于,故C正確. 5.在如圖5所示的平行板器件中,電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直.一帶電粒子(重力不計(jì))從左端以速度v沿虛線射入后做直線運(yùn)動,則該粒子(  

4、) 圖5 A.一定帶正電 B.速度v= C.若速度v>,粒子一定不能從板間射出 D.若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入,仍做直線運(yùn)動 答案 B 解析 粒子帶正電和負(fù)電均可,選項(xiàng)A錯誤;由洛倫茲力等于電場力,qvB=qE,解得速度v=,選項(xiàng)B正確;若速度v>,粒子可能從板間射出,選項(xiàng)C錯誤;若此粒子從右端沿虛線方向進(jìn)入,所受電場力和洛倫茲力方向相同,不能做直線運(yùn)動,選項(xiàng)D錯誤. 6.(2018·慈溪市期末)回旋加速器是用于加速帶電粒子的重要裝置,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

5、處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中,如圖6所示,設(shè)D形盒半徑為R.若用回旋加速器加速質(zhì)子H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(  ) 圖6 A.加速電場的電壓越大,質(zhì)子加速后的速度越大 B.質(zhì)子被加速后的最大速度為2πfR 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?nèi)魏螚l件,該回旋加速器也能用于加速α粒子(He) 答案 B 解析 由qvB=m得v=,當(dāng)r=R時,v最大,知最大速度與加速電壓無關(guān),故A錯誤;由于T=,T=,則最大速度vm=2πRf,故B正確;任何速度不可能超過光速,故C錯誤;此加速器T=,而加速α粒子時T′==,兩個周期

6、不同,不能加速α粒子,故D錯誤. 7.如圖7所示,一個理想邊界為PQ、MN的勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場寬度為d,方向垂直紙面向里.一電子從O點(diǎn)沿紙面垂直PQ以速度v0進(jìn)入磁場,在磁場中運(yùn)動的軌跡半徑為2d.O′在MN上,且OO′與MN垂直.下列判斷正確的是(  ) 圖7 A.電子將向右偏轉(zhuǎn) B.電子打在MN上的點(diǎn)與O′點(diǎn)的距離為d C.電子打在MN上的點(diǎn)與O′點(diǎn)的距離為d D.電子在磁場中運(yùn)動的時間為 答案 D 二、多項(xiàng)選擇題 8.如圖8所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖,將一束等離子體(帶有等量正、負(fù)電荷的高速粒子流)噴射入磁場,在磁場中有兩塊金屬板A、B,這時金屬板上就會聚集電荷,產(chǎn)

7、生電壓.如果射入的等離子體速度為v,兩金屬板間距離為d,板的面積為S,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向與速度方向垂直,負(fù)載電阻為R.當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時電動勢為E,電流為I,則下列說法正確的是(  ) 圖8 A.A板為發(fā)電機(jī)的正極 B.其他條件一定時,v越大,發(fā)電機(jī)的電動勢E越大 C.其他條件一定時,S越大,發(fā)電機(jī)的電動勢E越大 D.板間等離子體的電阻率為(-R) 答案 BD 解析 由左手定則可知正電荷受洛倫茲力向下,聚集到B板上,故A板為發(fā)電機(jī)的負(fù)極,故A錯誤;據(jù)qvB=q得,E=Bdv,故B正確,C錯誤;由r=-R=-R,又r=ρ,故電阻率ρ=(-R),故D正確. 9.如圖

8、9所示為圓柱形區(qū)域的橫截面.在沒有磁場的情況下,帶電粒子(不計(jì)重力)以某一初速度沿截面直徑方向入射時,穿過此區(qū)域的時間為t;若在該區(qū)域加垂直該區(qū)域的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,帶電粒子仍以同一初速度沿截面直徑入射,粒子飛出此區(qū)域時,速度方向偏轉(zhuǎn)了,根據(jù)上述條件可求得的物理量為(  ) 圖9 A.帶電粒子的初速度 B.帶電粒子在磁場中運(yùn)動的半徑 C.帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期 D.帶電粒子的比荷 答案 CD 解析 無磁場時,帶電粒子做勻速直線運(yùn)動,設(shè)磁場的半徑為R0,則有:v=① 而有磁場時,帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動,由半徑公式可得:R=② 由幾何關(guān)系得,圓磁場半徑與圓軌道半徑

9、的關(guān)系:R=R0③ 由①②③聯(lián)立可得:=; 帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期為:T==πt. 由于不知圓磁場的半徑,因此帶電粒子的運(yùn)動半徑無法求出,初速度也無法求出,故A、B錯誤,C、D正確. 10.如圖10所示,以直角三角形AOC為邊界的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,∠A=60°,AO=a,在O點(diǎn)放置一個粒子源,可以向各個方向發(fā)射某種帶負(fù)電粒子,粒子的比荷為,發(fā)射速度大小都為v0,且滿足v0=.發(fā)射方向用圖中的角度θ表示.對于粒子進(jìn)入磁場后的運(yùn)動(不計(jì)重力作用),下列說法正確的是(  ) 圖10 A.粒子有可能打到A點(diǎn) B.以θ=60°飛入的粒子在磁場中運(yùn)動時間最短 C.以

10、θ<30°飛入的粒子在磁場中運(yùn)動的時間都相等 D.在AC邊界上只有一半?yún)^(qū)域有粒子射出 答案 AD 解析 洛倫茲力充當(dāng)粒子做圓周運(yùn)動的向心力,qv0B=m,r==a;結(jié)合軌跡圖,當(dāng)θ=60°時,粒子打到A點(diǎn),且在磁場中的運(yùn)動時間最長,選項(xiàng)A正確,B錯誤;以θ<30°飛入的粒子在磁場中運(yùn)動軌跡的長度不同,運(yùn)動時間不相等,選項(xiàng)C錯誤;當(dāng)θ=0°時,粒子出磁場的位置恰好為AC的中點(diǎn),所以在AC邊界上只有一半?yún)^(qū)域有粒子射出,選項(xiàng)D正確. 三、計(jì)算題 11.如圖11所示為一種質(zhì)譜儀示意圖,由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成.已知:靜電分析器通道的半徑為R,均勻輻射電場的場強(qiáng)為E.磁分析器中

11、有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.問: 圖11 (1)為了使位于A處電荷量為q、質(zhì)量為m的離子,從靜止開始經(jīng)加速電場后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器,加速電場的電壓U應(yīng)為多大? (2)離子由P點(diǎn)進(jìn)入磁分析器后,最終打在乳膠片上的Q點(diǎn),該點(diǎn)距入射點(diǎn)P多遠(yuǎn)? 答案 (1)ER (2) 解析 (1)離子加速qU=mv2① 離子在輻射電場中做勻速圓周運(yùn)動,電場力提供向心力,有qE=m② 聯(lián)立解得U=ER③ (2)離子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動,洛倫茲力提供向心力, 有qvB=m④ 得r==⑤ =2r= 12.如圖12所示,平行板電容器兩金屬板A、B板長L=32cm,兩

12、板間距離d=32cm,A板的電勢比B板高.電荷量q=10-10C、質(zhì)量m=10-20kg的帶正電的粒子,以初速度v0=2×106m/s沿電場中心線垂直電場線飛入電場.隨后,粒子在O點(diǎn)飛出平行板電容器(速度偏轉(zhuǎn)角為37°),并進(jìn)入磁場方向垂直紙面向里且邊長為CD=24cm的正方形勻強(qiáng)磁場區(qū)域. (sin37°=0.6,cos37°=0.8,粒子的重力不計(jì)) 圖12 (1)求A、B兩板間的電勢差; (2)粒子穿過磁場區(qū)域后打在放置于中心線上的熒光屏CD上,求磁感應(yīng)強(qiáng)度的范圍. 答案 見解析 解析  (1)帶電粒子射出電場時在電場方向上的速度為: vy=v0tan37°① vy=

13、at② 在電場中,由牛頓第二定律可得:qE=q=ma③ 在電場中垂直于電場方向上有:L=v0t④ 聯(lián)立①②③④可得A、B兩板間的電勢差為:U=300V⑤ (2)粒子進(jìn)入磁場的速度為:v=⑥ 帶電粒子射出電場時在電場方向上的位移為:y=at2⑦ 解得:y=12cm. 粒子要打在CD上,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大時,運(yùn)動軌跡如圖線1所示,設(shè)此時的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1,半徑為R1,由幾何關(guān)系可得:y=R1+R1cos37°⑧ 由洛倫茲力提供向心力可得:qvB1=m⑨ 粒子要打在CD上,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度最小時,假設(shè)運(yùn)動軌跡與右邊界相切且從CD射出, 設(shè)此時的半徑為R2,由幾何關(guān)系可得: CD=R2+R2sin37°⑩ 解得R2=15cm,又由于R2cos37°=12cm=y(tǒng),故粒子圓心恰好在CD上,且從D點(diǎn)射出磁場,如圖線2所示,假設(shè)成立,設(shè)此時的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2 由洛倫茲力提供向心力可得:qvB2=m? 聯(lián)立以上各式并代入數(shù)據(jù)可得磁感應(yīng)強(qiáng)度的范圍為: T≤B≤T. 8

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