2019-2020學(xué)年高中物理 第6章 磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用 章末綜合檢測(cè)（含解析）魯科版選修3-1

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1、章末綜合檢測(cè) 一、選擇題(本大題共12小題，每小題4分，共48分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確．全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分) 1．(多選)某地地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是4.0×10－5 T，一根長(zhǎng)為500 m的電線，電流為10 A，該導(dǎo)線可能受到的磁場(chǎng)力為(　　) A．0　　　　　　　　 B．0.1 N C．0.3 N D．0.4 N 解析：當(dāng)電流垂直于磁場(chǎng)時(shí)，電線所受的安培力最大，為Fmax＝BIL＝0.2 N，因此導(dǎo)線可能受到的磁場(chǎng)力大小是0～0.2 N. 答案：AB 2．有關(guān)磁感應(yīng)強(qiáng)度的下列說法中，正

2、確的是(　　) A．磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量 B．若有一小段通電導(dǎo)體在某點(diǎn)不受磁場(chǎng)力的作用，則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零 C．若有一小段長(zhǎng)為l、通以電流I的導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中某處受到的安培力為F，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小一定是 D．由定義式B＝可知，電流I越大，導(dǎo)線l越長(zhǎng)，某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越小 解析：A項(xiàng)是磁感應(yīng)強(qiáng)度的物理意義，A正確；由F＝BIlsin θ知，F(xiàn)＝0時(shí)，B不一定為零，B錯(cuò)誤；C項(xiàng)缺乏I⊥B 的條件，故C錯(cuò)誤；B＝為定義式，B與F、I、l均無關(guān)，D錯(cuò)誤，故選A. 答案：A 3．(多選)如圖所示是用電子射線管演示帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中虛線是

3、帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，那么下列關(guān)于此裝置的說法正確的有 (　　) A．A端接的是高壓直流電源的正極 B．A端接的是高壓直流電源的負(fù)極 C．C端是蹄形磁鐵的N極 D．C端是蹄形磁鐵的S極 解析：A端發(fā)射電子，要接高壓直流電源的負(fù)極，軌跡向下偏，由左手定則判知，C端是N極． 答案：BC 4．把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它的下端剛好跟杯里的水銀面相接觸，并使它組成如圖所示的電路．當(dāng)開關(guān)S接通后，看到的現(xiàn)象是(　　) A．彈簧向上收縮 B．彈簧被拉長(zhǎng) C．彈簧上下跳動(dòng) D．彈簧仍靜止不動(dòng) 解析：因?yàn)橥姾?，彈簧中每一圈之間的電流是同向的，互相吸引，彈簧縮短，電

4、路就斷開了，一斷開就沒電流了，彈簧就又掉下來，接通電路，之后彈簧重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng)，故彈簧上下跳動(dòng)． 答案：C 5．圖中的磁場(chǎng)區(qū)域以豎直虛線為界，兩邊磁感應(yīng)強(qiáng)度B1>B2，當(dāng)帶電粒子從B1區(qū)域運(yùn)動(dòng)到B2區(qū)域后，粒子的(　　) A．速率將減小 B．動(dòng)能將減小 C．周期將增大 D．周期將減小 解析：粒子只受洛倫茲力作用速率不變、動(dòng)能不變(洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷不做功)，由T＝得知，m、q不變，B減小，T增大，只有C選項(xiàng)正確． 答案：C 6. 目前，世界上正在研究一種叫磁流體發(fā)電機(jī)的新型發(fā)電機(jī)．如圖表示了它的發(fā)電原理：將一束等離子體(高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒)噴射入磁場(chǎng)

5、，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓．如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(zhǎng)(沿初速度方向)為L(zhǎng)，板間距離為d，金屬板的正對(duì)面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于離子初速度方向，負(fù)載電阻為R，等離子體充滿兩板間的空間．當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表的示數(shù)為I，那么板間等離子體的電阻率為(　　) A. B. C. D. 解析：等離子體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，qvB＝q，即U＝Bdv，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，I＝，r＝ρ，解得ρ＝，故A正確． 答案：A 7．(多選)如圖所示的空間有水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，一質(zhì)量m，帶電量q的

6、小環(huán)沿不光滑的豎直絕緣桿自靜止開始下滑，則(　　) A．小環(huán)的加速度不斷減小直至為零 B．小環(huán)的加速度先增大后減小直至為零 C．小環(huán)的速度先增大后減小直至為零 D．小環(huán)的動(dòng)能不斷增大直至某一最大值 解析：可假設(shè)小環(huán)帶正電來進(jìn)行分析，小環(huán)水平方向始終靜止，合力為零，豎直方向從靜止開始向下運(yùn)動(dòng)，故得： x：qE＝qvB＋N，y：mg－μN(yùn)＝ma，隨速度v的增大，N先減小到零后又反向增大，a先增大到g后又減小到零再保持不變；當(dāng)a＝0時(shí)速度達(dá)到最大值，以后速度保持不變，故BD選項(xiàng)正確． 答案：BD 8．(多選)電磁軌道工作原理如圖所示．待發(fā)射彈炮體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，并與軌道保

7、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．現(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：通電的彈體在安培力作用下加速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)安＝BId，B＝kI，故F安∝I2，根據(jù)動(dòng)能定理F安L＝mv2得v∝I，故選項(xiàng)B、D正確，選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤．或根據(jù)運(yùn)

8、動(dòng)學(xué)公式v2＝2aL，也可得出v∝I . 答案：BD 9．(多選)如圖所示，abcd是一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形區(qū)域，內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向里，在ab邊的中點(diǎn)垂直ab方向射入電量為q、質(zhì)量為m的粒子(不計(jì)重力)，為使帶電粒子只從ad邊射出，則粒子入射的速度大小可以是(　　) A. B. C. D. 解析：粒子分別以最小速度、最大速度入射時(shí)的軌跡如圖①②所示，由①得：2r＝L，r＝L＝，v小＝.由②得：r2＝L2＋(r－)2，r＝L＝， v大＝.B、C、D選項(xiàng)的速度在上述速度范圍之內(nèi)，故B、C、D正確． 答案：BCD 10．如圖所示，通電圓線圈套在條形

9、磁鐵右端，磁場(chǎng)對(duì)通電線圈作用的結(jié)果是(　　) A．圓面有被拉大的傾向 B．圓面有被壓小的傾向 C．線圈將向上平移 D．線圈將向右平移 解析：線圈處在如圖所示的磁場(chǎng)中，線圈中電流的截面圖上方向外，下方向里，由左手定則知受力如圖所示，則在安培力的作用下，線圈有被壓小的趨勢(shì)，F(xiàn)的水平分量將使線圈向左平移，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤． 答案：B 11．1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器．其原理如圖所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是(　　) A．離子由加速器的中心附近離開加速器 B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C．離子從磁場(chǎng)中

10、獲得能量 D．離子從電場(chǎng)中獲得能量 解析：回旋加速器的兩個(gè)D形盒間隙分布周期性變化的電場(chǎng)，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量；而D形盒處分布有恒定不變的磁場(chǎng)，具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到磁場(chǎng)的洛倫茲力提供的向心力而做圓周運(yùn)動(dòng)；洛倫茲力不做功，故不能使離子獲得能量，C錯(cuò)；離子源在回旋加速器的中心附近，所以正確選項(xiàng)為D. 答案：D 12．(多選)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域．如圖是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，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差UCD，下列說法中正確的是(　　) A．電勢(shì)差UCD僅與材

11、料有關(guān) B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢(shì)差UCD<0 C．僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差UCD的絕對(duì)值變大 D．在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平 解析：若霍爾元件的載流子是自由電子，由左手定則可知，開始時(shí)電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn)，則電勢(shì)差UCD<0，選項(xiàng)B正確；載流子在電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用下處于平衡時(shí)，設(shè)霍爾元件的長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，則q＝qvB，I＝nqSv＝nqvbc，所以|UCD|＝，電勢(shì)差UCD不僅與材料有關(guān)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差UCD的絕對(duì)值變大，選項(xiàng)C正確；在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持豎直，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．

12、 答案：BC 二、非選擇題(本題共4小題，共52分，按題目要求作答，計(jì)算題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟．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) 13．(8分)如圖帶電液滴從h高處自由下落，進(jìn)入一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)與勻強(qiáng)磁場(chǎng)互相垂直的區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于紙面，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，已知液滴在此區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則圓周的半徑是多少？ 解析：由題意知液滴做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有：qvB＝m，mg＝qE，從場(chǎng)外自由下落，機(jī)械能守恒mgh＝mv2，解得r＝. 答案： 14．(14分)某電子天平原理如圖所示，E形磁鐵的兩側(cè)為N極，中心為S極，兩極間

13、的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，磁極寬度均為L(zhǎng)，忽略邊緣效應(yīng)．一正方形線圈套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端C、D與外電路連接．當(dāng)質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時(shí)，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運(yùn)動(dòng)(骨架與磁極不接觸)，隨后外電路對(duì)線圈供電，秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時(shí)的位置并靜止，由此時(shí)對(duì)應(yīng)的供電電流I可確定重物的質(zhì)量．已知線圈匝數(shù)為n，線圈電阻為R，重力加速度為g. (1)供電電流I是從C端還是D端流入？求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系． (2)若線圈消耗的最大功率為P，該電子天平能稱量的最大質(zhì)量是多少？ 解析：(1)秤盤和線圈向上恢復(fù)到未放置重物時(shí)的位置靜止，說明安培力的方向向上，由左手定則即

14、可判斷出電流的方向是逆時(shí)針方向(從上向下看)，電流由C流出，由D流入．兩極間的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，磁極寬度均為L(zhǎng)，線圈匝數(shù)為n，左右兩側(cè)受力相等，由F安＝mg和F安＝2nBIL，得m＝I. (2)設(shè)稱量的最大質(zhì)量為m0，由m＝I和P＝I2R，得m0＝. 答案：見解析 15．(14分)如圖所示，在與水平方向成60°角的光滑金屬導(dǎo)軌間連一電源，在相距1 m的平行導(dǎo)軌上放一重為3 N的金屬棒ab，棒上通過3 A的電流，磁場(chǎng)方向豎直向上，這時(shí)棒恰好靜止，求： (1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度． (2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力． (3)若要使B取值最小，其方向應(yīng)如何調(diào)整？并求出最小值． 解析：(

15、1)棒靜止時(shí)，其受力如圖所示 則有：F＝Gtan 60°，即BIL＝Gtan 60°， B＝＝T. (2)ab棒對(duì)導(dǎo)軌的壓力與N大小相等N＝＝6 N. (3)若要使B取值最小，即安培力F最?。@然當(dāng)F平行于斜面向上時(shí)，F(xiàn)有最小值，此時(shí)B應(yīng)垂直斜面向上，且有：F＝Gsin 60°，所以BminIL＝Gsin 60°，Bmin＝＝ T. 答案：(1) T　(2)6 N　(3)B應(yīng)垂直斜面向上　 T 16．(16分)如圖所示，在水平線ab的下方有一勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，方向豎直向下，ab的上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里．磁場(chǎng)中有一內(nèi)、外半徑分別為R、R的半圓環(huán)形

16、區(qū)域，外圓與ab的交點(diǎn)分別為M、N.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子在電場(chǎng)中P點(diǎn)靜止釋放，由M進(jìn)入磁場(chǎng)，從N射出．不計(jì)粒子重力． (1)求粒子從P到M所用的時(shí)間t； (2)若粒子從與P同一水平線上的Q點(diǎn)水平射出，同樣能由M進(jìn)入磁場(chǎng)，從N射出．粒子從M到N的過程中，始終在環(huán)形區(qū)域中運(yùn)動(dòng)，且所用的時(shí)間最少，求粒子在Q時(shí)速度v0的大小． 解析：(1)設(shè)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度大小為v，所受洛倫茲力提供向心力，有 qvB＝m ① 設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受電場(chǎng)力為F，有 F＝qE ② 設(shè)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律有F＝ma ③ 粒子在電場(chǎng)中做初速度為零的勻加速直

17、線運(yùn)動(dòng)，有 v＝at ④ 聯(lián)立①②③④式得 t＝ ⑤ (2)粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期與速度、半徑無關(guān)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間只由粒子所通過的圓弧所對(duì)的圓心角的大小決定．故當(dāng)軌跡與內(nèi)圓相切時(shí)，所用的時(shí)間最短．設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌跡半徑為r′，由幾何關(guān)系可得 (r′－R)2＋(R)2＝r′2 ⑥ 設(shè)粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度方向與ab的夾角為θ，即圓弧所對(duì)圓心角的一半，由幾何關(guān)系知 tan θ＝ ⑦ 粒子從Q射出后在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)方向上的分運(yùn)動(dòng)和從P釋放后的運(yùn)動(dòng)情況相同，所以粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)沿豎直方向的速度同樣為v.在垂直于電場(chǎng)方向上的分速度始終等于v0，由運(yùn)動(dòng)的合成和分解可得 tan θ＝ ⑧ 聯(lián)立①⑥⑦⑧式得 v0＝ ⑨ 答案：(1)　(2) LK - 9 -