高中物理《第三章 磁場》章末檢測 新人教版選修3-1

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1、高中物理《第三章 磁場》章末檢測 新人教版選修3-1 一、選擇題(本大題共10小題，每小題4分，共40分) 1. 如圖所示，一長直導(dǎo)線穿過載有恒定電流的金屬圓環(huán)的中心且垂直于環(huán)所在的平面，導(dǎo)線和環(huán)中的電流方向如圖所示， 則圓環(huán)受到的磁場力為(　　) A. 沿環(huán)半徑向外 B. 沿環(huán)半徑向里 C. 水平向左 D. 等于零 答案：D 解析：I2產(chǎn)生的磁場方向與I1的環(huán)繞方向平行，故圓環(huán)受到的磁場力為零，故D對． 2. [xx·長春高二檢測]一個(gè)帶電粒子沿垂直于磁場的方向射入一勻強(qiáng)磁場．粒子的一段徑跡如圖所示．徑跡上的每一小段都可近似看成圓弧．由于帶電粒子使沿途的空氣電離，粒子的

2、能量逐漸減小(帶電量不變)．從圖中情況可以確定 ( 　　) A．粒子從a到b，帶正電 B．粒子從a到b，帶負(fù)電 C．粒子從b到a，帶正電 D．粒子從b到a，帶負(fù)電 答案：C 解析：因R＝，能量減少，則v減小，半徑減小，則由b到a，由左手定則可知是正電，C正確． 3. [xx·昌黎高二檢測]有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的是 ( 　　) 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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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 答案：B

3、 解析：通電導(dǎo)線在磁場中不平行就會(huì)受到安培力，且與B、I方向垂直，則A、D錯(cuò)誤．F安是F洛的宏觀體現(xiàn)，則B正確．F洛與v始終垂直，不做功，C錯(cuò)． 4. 如圖所示，電磁炮是由電源、金屬軌道、炮彈和電磁鐵組成的．當(dāng)電源接通后，磁場對流過炮彈的電流產(chǎn)生力的作用，使炮彈獲得極大的發(fā)射速度．下列各俯視圖中正確表示磁場B方向的是 ( 　　) 答案：B 解析：要使炮彈加速，安培力方向必須向右，由左手定則判知B中磁場方向符合要求，故B對，A、C、D錯(cuò)． 5. [xx·湛江高二檢測](多選)目前世界上正研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，如圖表示它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電

4、離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體來說呈中性)沿如圖所示方向射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就聚集了電荷．在磁極配置如圖中所示的情況下，下列說法正確的是 ( 　　) A．A板帶正電 B．有電流從b經(jīng)用電器流向a C．金屬板A、B間的電場方向向下 D．等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受洛倫茲力大于所受靜電力 答案：BD 解析：等離子體射入磁場后，由左手定則知帶正電的微粒受到向下的洛倫茲力向B板偏轉(zhuǎn)，帶負(fù)電的微粒向A板偏轉(zhuǎn)，故B板帶正電，B板電勢高，電流方向從b經(jīng)用電器流向a，電場的方向由B板指向A板，A、C錯(cuò)誤，B正確；當(dāng)Bvq>Eq時(shí)離子

5、發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故D正確． 6. [xx·安徽高考]如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)帶電粒子以速度v從A點(diǎn)沿直徑AOB方向射入磁場，經(jīng)過Δt時(shí)間從C點(diǎn)射出磁場，OC與OB成60°角．現(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)椋詮腁點(diǎn)沿原方向射入磁場，不計(jì)重力，則粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變?yōu)?　　) A.Δt　　　B．2Δt　　　C.Δt　　　D．3Δt 答案：B 解析：設(shè)磁場區(qū)域的半徑為R，粒子的軌跡半徑為r，粒子以速度v在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖所示， 則由幾何關(guān)系知，r＝R，又T＝，所以Δt＝T＝，當(dāng)粒子的速度為v/3時(shí)，軌跡半徑為r′＝＝＝＝R，所以偏轉(zhuǎn)角θ′＝120°，Δt′＝

6、T＝＝2Δt，故選項(xiàng)B正確． 7. (多選)在光滑絕緣水平面上，一輕繩拉著一個(gè)帶電小球繞豎直方向的軸O在勻強(qiáng)磁場中做逆時(shí)針方向的水平勻速圓周運(yùn)動(dòng)，磁場的方向豎直向下，其俯視圖如圖所示，若小球運(yùn)動(dòng)到A點(diǎn)時(shí)，繩子突然斷開，關(guān)于小球在繩斷開后可能的運(yùn)動(dòng)情況，以下說法正確的是 ( 　　) A．小球仍做逆時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑不變 B．小球仍做逆時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑減小 C．小球做順時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑不變 D．小球做順時(shí)針勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑減小 答案：ACD 解析：題中并未給出帶電小球的電性，故需要考慮兩種情況． (1)如果小球帶正電，則小球所受的洛倫茲力方向指向圓

7、心，此種情況下，如果洛倫茲力剛好提供向心力，這時(shí)繩子對小球沒有作用力，繩子斷開時(shí)，對小球的運(yùn)動(dòng)沒有影響，小球仍做逆時(shí)針的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑不變，A選項(xiàng)正確．如果洛倫茲力和拉力共同提供向心力，繩子斷開時(shí)，向心力減小，而小球的速率不變，則小球做逆時(shí)針的圓周運(yùn)動(dòng)，但半徑增大． (2)如果小球帶負(fù)電，則小球所受的洛倫茲力方向背離圓心，由FT－qvB＝m可知，當(dāng)洛倫茲力的大小等于小球所受拉力的一半時(shí)，繩子斷后，小球做順時(shí)針的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑不變，C選項(xiàng)正確，當(dāng)洛倫茲力的大小大于小球所受拉力的一半時(shí)，繩子斷后，向心力增大，小球做順時(shí)針的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半徑減小，D選項(xiàng)正確，綜合以上，A、C、D正確，B錯(cuò)

8、誤． 8. (多選)如圖所示，虛線間空間存在由勻強(qiáng)電場E和勻強(qiáng)磁場B組成的正交或平行的電場和磁場，有一個(gè)帶正電小球(電量為＋q，質(zhì)量為m)從正交或平行的電磁混合場上方的某一高度自由落下，帶電小球通過下列電磁混合場時(shí)，可能沿直線運(yùn)動(dòng)的是 ( 　　) 答案：CD 解析：帶電小球進(jìn)入混合場后若受力平衡，則能沿直線運(yùn)動(dòng)．A選項(xiàng)中電場力向左，洛倫茲力開始時(shí)向右，重力豎直向下，三力不可能平衡．B選項(xiàng)中電場力向上，重力向下，而洛倫茲力向外，三力也不能平衡．C、D選項(xiàng)的小球受三力可能平衡．所以選項(xiàng)C、D正確． 9. (多選)在傾角為α的光滑絕緣斜面上，放一根通電的直導(dǎo)線，如圖所示，當(dāng)加

9、上如下所述的磁場后，有可能使導(dǎo)線靜止在斜面上的是 ( 　　) A．加豎直向下的勻強(qiáng)磁場 B．加垂直斜面向下的勻強(qiáng)磁場 C．加水平向左的勻強(qiáng)磁場 D．加沿斜面向下的勻強(qiáng)磁場 答案：ABC 解析：對通電導(dǎo)線進(jìn)行受力分析：A選項(xiàng)中導(dǎo)線受重力向下，水平向左的安培力、垂直斜面向上的支持力、導(dǎo)線可能靜止，A對．B選項(xiàng)中導(dǎo)線受重力向下，沿斜面向上的安培力，垂直斜面向上的支持力、導(dǎo)線可能靜止，B對．C選項(xiàng)中導(dǎo)線受重力向下，安培力豎直向上，如此兩力相等，導(dǎo)線可能靜止，C對．D選項(xiàng)中，導(dǎo)線重力向下，垂直于斜面向下的安培力，垂直于斜面向上的支持力，此三力不可能平衡，D錯(cuò)，選A、B、C.

10、 10. [xx·海南高考]如圖，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，電場方向豎直向下，磁場方向垂直于紙面向里．一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板．若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)改變時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)改變(　　) A．粒子速度的大小　　　 B．粒子所帶的電荷量 C．電場強(qiáng)度 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度 答案：B 解析：粒子受到電場力和洛倫茲力作用而平衡，即qE＝qvB，所以只要當(dāng)粒子速度v＝時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡就是一條直線，與粒子所帶的電荷量q無關(guān)，選項(xiàng)B正確；當(dāng)粒子速度的大小、電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度三個(gè)量任何一個(gè)改變時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡都會(huì)改變，選項(xiàng)A、C、D不符合題意． 二、填空題(

11、本大題共2小題，共16分) 11. (6分)質(zhì)量為m，電量為q帶正電荷的小物塊，從半徑為R的光滑圓槽頂點(diǎn)由靜止下滑，整個(gè)裝置處于電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的區(qū)域內(nèi)如圖所示，則小物塊滑到底端時(shí)對軌道的壓力為________． 答案：3mg－2qE＋qB 解析：小物塊由靜止滑到最低點(diǎn)由動(dòng)能定理得：mgR－qER＝mv2，在最低點(diǎn)由牛頓第二定律得：FN－mg－qvB＝m，聯(lián)立以上兩式得：FN＝3mg－2qE＋qB.由牛頓第三定律，物塊對軌道的壓力FN′＝FN. 12. (10分)一回旋加速器，在外加磁場一定時(shí)，可把質(zhì)子(H)加速到v，使它獲得動(dòng)能為Ek，則 (1)能把α粒子(He)加

12、速到的速度為________． (2)能使α粒子獲得的動(dòng)能為________． (3)加速α粒子的交變電壓頻率與加速質(zhì)子的交變電壓頻率之比為________． 答案：(1)　(2)Ek　(3)1∶2 解析：回旋加速器的最大半徑是一定的，由R＝，質(zhì)子H的質(zhì)量和電荷量的比值即＝， 而α粒子質(zhì)量和電量的比值為， RH＝，Rα＝. RH＝Rα，得vα＝， mv2＝. 所以α粒子動(dòng)能與質(zhì)子相同，帶電粒子進(jìn)入磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝. 所以α粒子的周期是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)周期的2倍，即所加交變電場的周期的比為2∶1的關(guān)系，則頻率之比為1∶2. 三、計(jì)算題(本大題共4小題，共44分，要有必要

13、的文字說明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位) 13. (10分)如圖，金屬桿ab的質(zhì)量為m，長為L，通過的電流為I，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，結(jié)果金屬桿ab靜止且緊壓在水平導(dǎo)軌上．若磁場方向與導(dǎo)軌平面成θ角，求： (1)金屬桿ab受到的摩擦力大?。? (2)金屬桿ab對導(dǎo)軌的壓力大?。? 答案：(1)BILsinθ　(2)mg－BILcosθ 解析：對金屬桿ab受力分析，如圖所示，安培力大小F＝BIL，與磁場方向垂直斜向上，與豎直方向成θ角，金屬桿還受豎直向下的重力mg、水平導(dǎo)軌的支持力FN和靜摩擦力Ff的作用．金屬桿ab靜止，合外力為零，則水平方向上：Ff＝BILsin

14、θ， 豎直方向上：FN＋BILcosθ＝mg， 所以金屬桿ab對導(dǎo)軌的壓力FN′＝FN＝mg－BILcosθ. 14. (10分)如圖所示，在虛線所示寬度范圍內(nèi)，用場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場可使初速度是v0的某種正離子偏轉(zhuǎn)θ角．在同樣寬度范圍內(nèi)，若改用方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，使該離子穿過該區(qū)域，并使偏轉(zhuǎn)角也為θ，(不計(jì)離子的重力)求： (1)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？ (2)離子穿過電場和磁場的時(shí)間之比是多大？ 答案：(1)　(2)sinθ∶θ 解析：(1)離子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)有 vy＝v0tanθ① vy＝t② 且t＝③ 其中d為場的寬度． 當(dāng)改用勻強(qiáng)磁場時(shí)，離

15、子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)． 軌道半徑r＝＝④ 聯(lián)立①②③④得：B＝ (2)離子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1＝⑤ 離子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2＝＝⑥ 由⑤⑥得：t1∶t2＝sinθ∶θ. 15. (12分)如圖所示，在xOy平面的第一象限有一勻強(qiáng)電場，電場的方向平行于y軸向下；在x軸和第四象限的射線OC之間有一勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B，方向垂直于紙面向外．有一質(zhì)量為m，帶有電荷量＋q的質(zhì)點(diǎn)由電場左側(cè)平行于x軸射入電場．質(zhì)點(diǎn)到達(dá)x軸上A點(diǎn)時(shí)，速度方向與x軸的夾角為φ，A點(diǎn)與原點(diǎn)O的距離為d.接著，質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入磁場，并垂直于OC飛離磁場．不計(jì)重力影響，若OC與x軸的夾角為φ，求： (1)粒子在磁

16、場中運(yùn)動(dòng)速度的大?。? (2)勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)大?。? 答案：(1)sinφ (2)sin3φcosφ 解析：(1)如圖所示，質(zhì)點(diǎn)在磁場中的軌跡為一圓?。捎谫|(zhì)點(diǎn)飛離磁場時(shí)，速度垂直于OC，故圓弧的圓心在OC上．依題意，質(zhì)點(diǎn)軌跡與x軸的交點(diǎn)為A，過A點(diǎn)作與A點(diǎn)的速度方向垂直的直線，與OC交于O′.由幾何關(guān)系知，AO′垂直于OO′，O′是圓弧的圓心．設(shè)圓弧的半徑為R，則有 R＝dsinφ① 由洛倫茲力公式和牛頓第二定律得 qvB＝m② 將①式代入②式得v＝sinφ③ (2)質(zhì)點(diǎn)在電場中的運(yùn)動(dòng)為類平拋運(yùn)動(dòng)．設(shè)質(zhì)點(diǎn)射入電場的速度為v0，在電場中的加速度為a，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，則有 v0

17、＝vcosφ，④ vsinφ＝at，⑤ d＝v0t.⑥ 聯(lián)立④⑤⑥得a＝.⑦ 設(shè)電場強(qiáng)度的大小為E，由牛頓第二定律得 qE＝ma⑧ 聯(lián)立③⑦⑧得E＝sin3φcosφ. 16. (12分)如圖所示，一質(zhì)量為m，電量為＋q的帶電粒子從A孔以初速度v0垂直于AD進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，并恰好從C孔垂直于OC射入勻強(qiáng)電場中，電場方向跟OC平行，OC⊥AD，最后打在D點(diǎn)，且＝2.若已知m，q，v0，B，不計(jì)重力，試求： (1)粒子運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)所需時(shí)間； (2)粒子抵達(dá)D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能． 答案：(1)(＋2)　(2)mv 解析：帶電粒子垂直進(jìn)入磁場，在磁場中將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，

18、運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1＝. 帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t2＝. 帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)，由于洛倫茲力不做功，只有粒子在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí)電場力對粒子做正功．由動(dòng)能定理可求粒子抵達(dá)D點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能． (1)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1為 t1＝＝. 帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間t2為 t2＝＝＝＝. 所以粒子運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)的時(shí)間為 t＝t1＋t2＝＋＝(＋2)． (2)電場力對帶電粒子做正功，由動(dòng)能定理求粒子到達(dá)D點(diǎn)時(shí)動(dòng)能Ek， W＝Ek－mv，W＝F電r＝mar.① 粒子在電場中做類平拋運(yùn)動(dòng)，有 ?r＝② 把②式代入①式得W＝ma·＝mv 所以得Ek＝mv＋W＝mv＋mv＝mv.