2012高中物理智能優(yōu)化訓(xùn)練 第3章 章末綜合 (人教版選修3-1)

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1、 (時間：90分鐘，總分值：100分) 一、選擇題(此題包括12小題，每題5分共60分．在每題給出的四個選項中，有的只有一個選項正確，有的有多個選項正確，全部選對的得5分，選對但不全的得2分，有選錯或不答的得0分) 1．有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的選項是(　　) A．通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中一定受到安培力的作用 B．安培力是大量運動電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn) C．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運動受到的洛倫茲力做正功 D．通電直導(dǎo)線在磁場中受到的安培力方向與磁場方向平行 解析：選B.安培力方向與磁場垂直，洛倫茲力不做功，通電導(dǎo)線在磁場中不一定受安培力．安培力是大量運動電荷所受洛倫茲力

2、的宏觀表現(xiàn)． 2. 圖3－6 (2021年東北師大高二檢測)磁場中某區(qū)域的磁感線，如圖3－6所示，那么(　　) A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＞Bb B．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＜Bb C．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大 D．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小 解析：選A.由磁感線的疏密可知Ba＞Bb，由通電導(dǎo)線所受安培力與通電導(dǎo)線的放置有關(guān)，通電導(dǎo)線放在a處與放在b處受力大小無法確定． 3．(2021年聊城高二檢測) 圖3－7 兩個絕緣導(dǎo)體環(huán)AA′、BB′大小相同，環(huán)面垂直，環(huán)中通有相同大小的恒定電流，如圖3－7

3、所示，那么圓心O處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向為(AA′面水平，BB′面垂直紙面)(　　) A．指向左上方 B．指向右下方 C．豎直向上 D．水平向右 答案：A 4. 圖3－8 (2021年汕頭高二檢測)如圖3－8所示，垂直紙面放置的兩根直導(dǎo)線a和b，它們的位置固定并通有相等的電流I；在a、b沿紙面的連線的中垂線上放有另一直導(dǎo)線c，c可以自由運動．當(dāng)c中通以電流I1時，c并未發(fā)生運動，那么可以判定a、b中的電流(　　) A．方向相同都向里 B．方向相同都向外 C．方向相反 D．只要a、b中有電流，c就不可能靜止 解析：選C.如果導(dǎo)線c并未發(fā)生運動，那么導(dǎo)線a、b在導(dǎo)線c處的合

4、磁場方向應(yīng)平行于導(dǎo)線c，由平行四邊形定那么和直導(dǎo)線周圍磁場分布規(guī)律可知，兩電流I1、I2方向應(yīng)相反，故C正確． 5. 圖3－9 美國發(fā)射的航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)者〞號搭載了一臺α磁譜儀，其中一個關(guān)鍵部件是由中國科學(xué)院電工研究所設(shè)計制造的直徑為1200 mm、高為80 mm、中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.314 T的永久磁體．它的主要使命是要探測宇宙空間中可能存在的物質(zhì)，特別是宇宙中反氦原子核．假設(shè)如圖3－9所示的磁譜儀中的4條徑跡分別為質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子、反氦核的徑跡，其中反氦核的徑跡為 (　　) A．1　　　　　　　　　 B．2 C．3 D．4 解析：選B.由速度選擇器的特點可知，進(jìn)入磁

5、場B2的四種粒子的速度v相同．由左手定那么可以判斷，向左偏轉(zhuǎn)的為反質(zhì)子和反氦核(帶負(fù)電)．又根據(jù)R＝知RH＜RHe，故2為反氦核的徑跡，故B正確． 6. 圖3－10 如圖3－10所示，平行板電容器的兩板與電源相連，板間同時有電場和垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B，一個帶電荷量為＋q的粒子以v0為初速度從兩板中間沿垂直電磁場方向進(jìn)入，穿出時粒子的動能減小了，假設(shè)想使這個帶電粒子以v0沿原方向勻速直線運動穿過電磁場，可采用的方法是(　　) A．減小平行板的正對面積 B．增大電源電壓 C．減小磁感應(yīng)強(qiáng)度B D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B 解析：選BC.帶電粒子在正交的電磁場中運動，由于射出時動能小

6、于mv2，可以判定洛倫茲力大于電場力，因此假設(shè)使帶電粒子以v0沿原方向運動，那么必須增大電場強(qiáng)度或減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，故C正確，D錯誤．電場強(qiáng)度可利用公式E＝求出，可知U越大，E越大，故B正確．對于A答案，不改變電壓及板間距離，只改變正對面積，不影響電場強(qiáng)度，故A錯誤． 7. 圖3－11 (2021年山東省實驗中學(xué)模擬)由于科學(xué)研究的需要，常常將質(zhì)子(11H)和α粒子(42He)等帶電粒子貯存在圓環(huán)狀空腔中，圓環(huán)狀空腔置于一個與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.如果質(zhì)子和α粒子在空腔中做圓周運動的軌跡相同(如圖3－11中虛線所示)，磁場也相同，比擬質(zhì)子和α粒子在圓環(huán)狀空腔中運動的

7、動能EkH和Ekα及周期TH和Tα的大小，有(　　) A．EkH≠Ekα，TH≠Tα B．EkH＝Ekα，TH＝Tα C．EkH≠Ekα，TH＝Tα D．EkH＝Ekα，TH≠Tα 解析：選D.由R＝，Ek＝mv2，可得：R＝，因RH＝Rα，mα＝4mH，qα＝2qH，可得：EkH＝Ekα，由T＝可得TH＝Tα.故D正確． 8. 圖3－12 如圖3－12所示，在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場．一個不計重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點O處以速度v進(jìn)入磁場，粒子進(jìn)入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成120°角．假設(shè)粒子穿過y軸正半軸后在磁場中到x軸的最大

8、距離為a，那么該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是(　　) A.，正電荷 B.，正電荷 C.，負(fù)電荷 D.，負(fù)電荷 解析：選C.粒子能穿過y軸的正半軸，所以該粒子帶負(fù)電荷，其運動軌跡如下圖，A點到x軸的距離最大，為R＋R＝a，R＝，得＝，故C正確． 9. 圖3－13 (2021年楚中高二檢測)半徑為r的圓形空間內(nèi)，存在著垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一個帶電粒子(不計重力)從A點以速度v0垂直磁場方向射入磁場中，并從B點射出．∠AOB＝120°，如圖3－13所示，那么該帶電粒子在磁場中運動的時間為(　　) A．2πr/3v0 B．2πr/3v0 C．πr/3v0 D.

9、πr/3v0 解析：選D.從弧所對圓心角θ＝60°，知t＝ T＝πm/3qB.但題中條件不夠，沒有此選項，另想方法找規(guī)律表示t.由勻速圓周運動t＝/v0，從圖示分析有R＝r，那么：＝R·θ＝r×＝πr，那么t＝/v0＝πr/3v0.所以選項D正確． 10. 圖3－14 (2021年濰坊高二練習(xí))如圖3－14所示，光滑絕緣軌道ABP豎直放置，其軌道末端切線水平，在其右側(cè)有一正交的勻強(qiáng)電場、磁場區(qū)域，電場豎直向上，磁場垂直紙面向里．一帶電小球從軌道上的A點由靜止滑下，經(jīng)P點進(jìn)入場區(qū)后，恰好沿水平方向做直線運動．那么可判定(　　) A．小球帶負(fù)電 B．小球帶正電 C．假設(shè)小球從B點

10、由靜止滑下，進(jìn)入場區(qū)后將立即向上偏 D．假設(shè)小球從B點由靜止滑下，進(jìn)入場區(qū)后將立即向下偏 答案：BD 11．在勻 圖3－15 強(qiáng)磁場中置一均勻金屬薄片，有一個帶電粒子在該磁場中按如圖3－15所示軌跡運動．由于粒子穿過金屬片時有動能損失，在MN上、下方的軌道半徑之比為10∶9，不計粒子的重力及空氣的阻力，以下判斷中正確的選項是(　　) A．粒子帶正電 B．粒子沿abcde方向運動 C．粒子通過上方圓弧比通過下方圓弧時間長 D．粒子恰能穿過金屬片10次 解析：選A.依據(jù)半徑公式可得r＝，那么知道r與帶電粒子的運動速度成正比．顯然半徑大的圓周是穿過金屬片前的帶電粒子的運動軌跡

11、，半徑小的圓周是穿過金屬片后的帶電粒子的運動軌跡，所以粒子沿edcba方向運動．再依據(jù)左手定那么可知，帶電粒子帶正電，A對，B錯．依據(jù)周期公式可知，帶電粒子在磁場中的運動周期與運動速度無關(guān)，應(yīng)選項C也是錯誤的．半徑之比為10∶9，即速度之比為10∶9.依據(jù)動能定理解得，粒子能穿過金屬片的次數(shù)為：n＝100/19.故D是錯誤的，此題的正確選項為A. 12．(2021年高考廣東單科卷)如圖3－16所 圖3－16 示，外表粗糙的斜面固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中．質(zhì)量為m、帶電量為＋Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑．在滑塊下滑的過程中，以下判斷正確的選項是(　　)

12、 A．滑塊受到的摩擦力不變 B．滑塊到達(dá)地面時的動能與B的大小無關(guān) C．滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下 D．B很大時，滑塊可能靜止于斜面上 解析：選C.由左手定那么知C正確．而Ff＝μFN＝μ(mgcosθ＋Bqv)要隨速度增加而變大，A錯誤．假設(shè)滑塊滑到底端已到達(dá)勻速運動狀態(tài)，應(yīng)有Ff＝mgsin θ，可得v＝(－cos θ)，可看到v隨B的增大而減小．假設(shè)在滑塊滑到底端時還處于加速運動狀態(tài)，那么在B越強(qiáng)時，F(xiàn)f越大，滑塊克服阻力做功越多，到達(dá)斜面底端的速度越小，B錯誤．當(dāng)滑塊能靜止于斜面上時應(yīng)有 mgsin θ＝μmgcos θ，即μ＝tan θ，與B的大小無關(guān)，D錯誤．

13、二、計算題(此題包括4小題，共40分．解容許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)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 13．(8分)如圖3－17所示 圖3－17 ，光滑的平行導(dǎo)軌傾角為θ，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，導(dǎo)軌中接入電動勢為E、內(nèi)阻為r的直流電源．電路中有一阻值為R的電阻，其余電阻不計，將質(zhì)量為m、長度為L的導(dǎo)體棒由靜止釋放， 求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大?。? 解析：受力分析如下圖，導(dǎo)體棒受重力mg、支持力FN和安培力F，由牛頓第二定律： mgsin θ－Fcos θ＝ma① F＝BIL② I＝③ 由①②③式可

14、得 a＝gsin θ－. 答案：gsin θ－ 14．(10分)(2021年長沙市第一中學(xué)高二階段性考試)如圖3－18所示，直線MN上方存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的粒子在紙面內(nèi)以某一速度從A點射入，其方向與MN成30°角，A點到MN的距離為d，帶電粒子重力不計． 圖3－18 (1)當(dāng)v滿足什么條件時，粒子能回到A點； (2)粒子在磁場中運動的時間t. 解析： (1)粒子運動如下圖，由圖示的幾何關(guān)系可知： r＝2＝2d 粒子在磁場中的軌道半徑為r，那么有Bqv＝m 聯(lián)立兩式，得v＝ 此時粒子可按圖中軌道回到A點．

15、 (2)由圖可知，粒子在磁場中運動的圓心角為300° 所以t＝T＝＝. 答案：(1)v＝　(2) 15. 圖3－19 (10分)如圖3－19所示，勻強(qiáng)電場區(qū)域和勻強(qiáng)磁場區(qū)域是緊鄰的且寬度相等均為d，電場方向在紙平面內(nèi)，而磁場方向垂直紙面向里．一帶正電粒子從O點以速度v0沿垂直電場方向進(jìn)入電場．在電場力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從A點離開電場進(jìn)入磁場，離開電場時帶電粒子在電場方向的偏移量為d，當(dāng)粒子從C點穿出磁場時速度方向與進(jìn)入電場O點時的速度方向一致，不計帶電粒子的重力，求： (1)粒子從C點穿出磁場時的速度v. (2)電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值. 解析：(1)粒子在電場中偏轉(zhuǎn)，

16、垂直于電場方向速度v⊥＝v0，平行于電場方向速度v∥，因為d＝v⊥·t＝v0t，d＝·t，所以v∥＝v⊥＝v0，所以v＝＝v0，tanθ＝＝1.因此θ＝45°，即粒子進(jìn)入磁場時的速度方向與水平方向成45°角斜向右下方．粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運動，穿出磁場時速度大小為v＝v0，方向水平向右． (2)粒子在電場中運動時，v∥＝at＝·，得E＝. 在磁場中運動軌跡如下圖． 那么R＝＝d， 又qvB＝，B＝＝＝， 所以＝v0. 答案：(1)v0，方向水平向右　(2)v0 16．(12分)如圖3－20所示，初速度為零的負(fù)離子經(jīng)電勢差為U的電場加速后，從離子槍T中水平射出，經(jīng)過一段路程后進(jìn)入水平放置的兩平行金屬板MN和PQ之間，離子所經(jīng)空間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場．不考慮重力作用，離子的比荷q/m在什么范圍內(nèi)，離子才能打在金屬板上？ 圖3－20 解析：在加速過程中，據(jù)動能定理有mv2＝qU，由此得離子進(jìn)入磁場的初速度v＝ .分析離子進(jìn)入磁場后打到金屬板兩端的軌跡，如下圖，設(shè)半徑分別為R1和R2，那么離子打到金屬板上的條件是R1≤R≤R2，由勾股定理知R2＝d2＋(R1－)2 得R1＝d； 由勾股定理知R2＝(2d)2＋(R2－)2 得R2＝d. 再由R＝及v＝ 可得R＝ ， 所以≤≤. 答案：≤≤