2020-2021學(xué)年高二物理粵教版選修3-1章末綜合測評3　磁場 Word版含解析

1、章末綜合測評(三)磁場(時間：90分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分，在每小題給出的四個選項中，第17題只有一項符合題目要求，第812題有多項符合題目要求全部選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)1有一導(dǎo)線南北方向放置，在其下方放一個小磁針小磁針穩(wěn)定后，給導(dǎo)線通上如圖所示電流，發(fā)現(xiàn)小磁針的s極垂直紙面向外偏轉(zhuǎn)關(guān)于此現(xiàn)象下列說法正確的是()a沒有通電時，小磁針的s極指向地磁場的南極b通電后小磁針s極仍指向地磁場的南極c通電導(dǎo)線在小磁針所在處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向外d通電后小磁針s極發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明通電導(dǎo)線周圍存在磁場d小磁針自由靜止時，指向地理北極的一

2、端是小磁針的北極，即n極，地磁場的北極在地理南極附近，小磁針的s極指向地磁場的北極，故a錯誤；通電后根據(jù)安培定則可知，導(dǎo)線在小磁針處產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里，所以小磁針n極將偏向紙里，s極將偏向紙外，故b、c錯誤；通電后小磁針s極發(fā)生偏轉(zhuǎn)說明通電導(dǎo)線周圍存在磁場，即電流的磁效應(yīng)，故d正確2.在同一平面上有a、b、c三根等間距平行放置的長直導(dǎo)線，依次通有電流強度大小為1 a、2 a和3 a的電流，各電流的方向如圖所示，則導(dǎo)線b所受的合力方向是()a水平向左b水平向右c垂直紙面向外d垂直紙面向里a根據(jù)通有反向電流的導(dǎo)線相互排斥，可知b受到a的排斥力，同時受到c的排斥力；a的電流大小小于c的電流大

3、小，則c對b的電場力大于a對b的電場力，可知導(dǎo)線b所受的合力方向水平向左故a正確，b、c、d錯誤3.如圖所示，豎直面內(nèi)的導(dǎo)體框abcd所在平面有水平方向的勻強磁場，apbc，bc60°，abcd20 cm，bc40 cm.若磁場的磁感應(yīng)強度為0.3 t，導(dǎo)體框中通入圖示方向的5 a電流，則該導(dǎo)體框受到的安培力()a大小為0.6 n，方向沿pa方向b大小為0.6 n，方向沿ap方向c大小為0.3 n，方向沿pa方向d大小為0.3 n，方向沿bc方向c力是矢量，三段導(dǎo)體在磁場中受到的安培力的合力與ad段受到的安培力是等效的，所以根據(jù)左手定則可知，導(dǎo)體框受到的安培力的方向垂直于ad的方向向

4、下，即沿pa方向；ad段的長度lbc2bp40 cm2×20 cm×cos 60°20 cm0.2 m，安培力的大小fbil0.3×5×0.20.3 n故c正確，a、b、d錯誤4某空間存在勻強磁場和勻強電場一個帶電粒子(不計重力)以一定初速度射入該空間后，做勻速直線運動；若僅撤除電場，則該粒子做勻速圓周運動，下列因素與完成上述兩類運動無關(guān)的是()a磁場和電場的方向b磁場和電場的強弱c粒子的電性和電量 d粒子入射時的速度c由題可知，當帶電粒子在復(fù)合場內(nèi)做勻速直線運動，即eqqvb，則v，若僅撤除電場，粒子僅在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，說明要滿

5、足題意，對磁場與電場的方向以及強弱程度都要有要求，但是對電性和電量無要求，根據(jù)fqvb可知，洛倫茲力的方向與速度方向有關(guān)，故對入射時的速度也有要求，故選c.5如圖所示，兩平行光滑金屬導(dǎo)軌固定在絕緣斜面上，導(dǎo)軌間距為l，勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧上端固定，下端與水平直導(dǎo)體棒ab相連，彈簧與導(dǎo)軌平面平行并與ab垂直，直導(dǎo)體棒垂直跨接在兩導(dǎo)軌上，空間存在垂直導(dǎo)軌平面斜向上的勻強磁場閉合開關(guān)k后，導(dǎo)體棒中的電流為i，導(dǎo)體棒平衡時，彈簧伸長量為x1；調(diào)轉(zhuǎn)圖中電源極性使棒中電流反向，導(dǎo)體棒中電流仍為i，導(dǎo)體棒平衡時彈簧伸長量為x2，忽略回路中電流產(chǎn)生的磁場，彈簧形變均在彈性限度內(nèi)，則磁感應(yīng)強度b的大小為()a

6、(x2x1) b(x2x1)c(x2x1) d(x2x1)a彈簧伸長量為x1時，導(dǎo)體棒所受安培力沿斜面向上，根據(jù)平衡條件沿斜面方向有mg sin kx1bil電流反向后，彈簧伸長量為x2，導(dǎo)體棒所受安培力沿斜面向下，根據(jù)平衡條件沿斜面方向有mg sin bilkx2聯(lián)立兩式得b(x2x1)，選a.6.回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示它的核心部分是兩個d形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強電場，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場中做圓周運動，通過兩盒間的窄縫時反復(fù)被加速，直到達到最大圓周半徑時通

7、過特殊裝置被引出如果用同一回旋加速器分別加速氚核(h)和粒子(he)，比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大速度的大小，有()a加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大速度也較大b加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大速度較小c加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大速度也較小d加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大速度較大b帶電粒子在磁場中運動的周期與交流電源的周期相同，根據(jù)t，知氚核(h)的質(zhì)量與電量的比值大于粒子(he)的，所以氚核在磁場中運動的周期大，則加速氚核的交流電源的周期較大，根據(jù)qvbm得，最大速度v，則最大動能ekmmv2，氚核的質(zhì)量是粒子的倍，氚核

8、的電量是粒子的倍，則氚核的最大動能是粒子的倍，即氚核的最大動能較小，故b正確，a、c、d錯誤7.如圖是質(zhì)譜儀的原理圖，若速度相同的同一束粒子沿極板p1、p2的軸線射入電磁場區(qū)域，由小孔s0射入右邊的偏轉(zhuǎn)磁場b2中，運動軌跡如圖所示，不計粒子重力下列相關(guān)說法中正確的是()a該束帶電粒子帶負電b速度選擇器的p1極板帶負電c在b2磁場中運動半徑越大的粒子，質(zhì)量越大d在b2磁場中運動半徑越大的粒子，比荷q/m越小d帶電粒子在磁場中向下偏轉(zhuǎn)，磁場的方向垂直紙面向外，根據(jù)左手定則知，該粒子帶正電，故a錯誤；在平行金屬板間，根據(jù)左手定則知，帶電粒子所受的洛倫茲力方向豎直向上，則電場力的方向豎直向下，知電場強

9、度的方向豎直向下，所以速度選擇器的p1極板帶正電，故b錯誤；進入b2磁場中的粒子速度是一定的，根據(jù)qvbm得，r，知r越大，荷質(zhì)比越小，而質(zhì)量m不一定大，故c錯誤，d正確8如圖所示為圓柱形區(qū)域的橫截面，在該區(qū)域加沿圓柱軸線方向的勻強磁場帶電粒子(不計重力)第一次以速度v1沿截面直徑入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉(zhuǎn)60°角；該帶電粒子第二次以速度v2從同一點沿同一方向入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉(zhuǎn)90°角則帶電粒子第一次和第二次在磁場中運動的()a半徑之比為 1b速度之比為1c時間之比為23d時間之比為32ac設(shè)磁場半徑為r，當?shù)谝淮我运俣葀1沿截面直徑入射時，

10、根據(jù)幾何知識可得tan 60°，即r1r.當?shù)诙我运俣葀2沿截面直徑入射時，根據(jù)幾何知識可得r2r，則，a正確；兩次情況下都是同一個帶電粒子在相同的磁感應(yīng)強度下運動的，所以根據(jù)公式r，可得，b錯誤；因為周期t，與速度無關(guān)，所以運動時間之比為，c正確，d錯誤9.如圖所示的區(qū)域共有六處開口，各相鄰開口之間的距離都相等，勻強磁場垂直于紙面，不同速度的粒子從開口a進入該區(qū)域，可能從b、c、d、e、f五個開口離開，粒子就如同進入“迷宮”一樣，可以稱作“粒子迷宮”以下說法正確的是()a從d口離開的粒子不帶電b從e、f口離開的粒子帶有異種電荷c從b、c口離開的粒子運動時間相等d從c口離開的粒子速

11、度是從b口離開的粒子速度的2倍ad從d口離開的粒子不偏轉(zhuǎn)，所以不帶電，選項a正確；根據(jù)左手定則，從e、f口離開的粒子帶有同種電荷，選項b錯誤；從b口離開的粒子運動時間是t，從c口離開的粒子運動時間是t，選項c錯誤；從c口離開的粒子軌道半徑是從b口離開的粒子軌道半徑的2倍，因此速度也是2倍關(guān)系，選項d正確10如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為b和e.平板s上有可讓粒子通過的狹縫p和記錄粒子位置的膠片a1a2.平板s下方有強度為b0的勻強磁場下列表述正確的是()a質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具b該速度選擇器中的磁場

12、方向垂直于紙面向里c該速度選擇器只能選出一種電性，且速度等于的粒子d打在a1處的粒子比打在a2處的粒子的比荷小ad質(zhì)譜儀是測量帶電粒子荷質(zhì)比，分析同位素的重要工具，故a正確；帶電粒子進入磁場中向左偏轉(zhuǎn)，所受洛倫茲力向左，磁場的方向垂直紙面向外，根據(jù)左手定則，該粒子帶正電；該粒子在速度選擇器中，受到電場力方向水平向右，則洛倫茲力必須水平向左，該粒子才能通過速度選擇器，根據(jù)左手定則判斷磁場方向垂直紙面向外，故b錯誤；根據(jù)qeqvb知，v時粒子能通過速度選擇器，故c錯誤；根據(jù)qvbm知r，則越靠近狹縫p，半徑越小，則比荷越大，故打在a1處的粒子比打在a2處的粒子比荷小，故d正確11電磁流量計是根據(jù)法

13、拉第電磁感應(yīng)定律制造的用來測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表如圖所示為電磁流量計的示意圖，勻強磁場方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強度大小為b；當管中的導(dǎo)電液體流過時，測得管壁上a、b兩點間的電壓為u，單位時間(1 s)內(nèi)流過管道橫截面的液體體積為流量(m3)，己知管道直徑為d，則()a管中的導(dǎo)電液體流速為b管中的導(dǎo)電液體流速為c管中的導(dǎo)電液體流量為d管中的導(dǎo)電液體流量為ad最終正負電荷在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡，有qvbq，則v，故a正確，b錯誤；流量為qvs·，故d正確，c錯誤12如圖所示，套在足夠長的絕緣直棒上的帶正電小球，其質(zhì)量為m，電荷量為q.將此棒豎直放在互相垂直的、

14、沿水平方向的勻強電場和勻強磁場中，勻強電場的電場強度大小為e，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為b，小球與棒間的動摩擦因數(shù)為，小球由靜止沿棒豎直下落，重力加速度為g，且e<，小球帶電荷量不變下列說法正確的是()a小球下落過程中的加速度先增大后減小b小球下落過程中加速度一直減小直到為0c小球運動中的最大速度為d小球運動中的最大速度為bd小球下滑過程中，受到重力、摩擦力、彈力、向右的洛倫茲力、向右的電場力，開始階段，小球向下做加速運動時，速度增大，洛倫茲力增大，小球所受的棒的彈力向左，大小為fnqeqvb，fn隨著v的增大而增大，滑動摩擦力ffn也增大，小球所受的合力f合mgf，f增大，f合減小，加速度

15、a減小，當mgf時，a0，速度最大，做勻速運動，由mgf(qeqvmb)得小球運動中的最大速度為vm，故b、d正確，a、c錯誤二、非選擇題(本題共4小題，共52分)13.(8分)金屬滑桿ab連著一彈簧，水平地放置在兩根互相平行的光滑金屬導(dǎo)軌cd、ef上，如圖所示，有一勻強磁場垂直于cd與ef所在的平面，磁場方向如圖所示，合上開關(guān)s，彈簧伸長2 cm，測得電路中的電流為5 a，已知彈簧的勁度系數(shù)為20 n/m，ab的長l0.1 m求勻強磁場的磁感應(yīng)強度的大小是多少？解析ab受到的安培力為：fbil，根據(jù)胡克定律：fkx，由平衡條件得：bilkx，代入數(shù)據(jù)解得：bt0.8 t.答案0.8 t14(

16、12分)如圖所示，粒子源能放出初速度為0、比荷均為1.6×104 c/kg的帶負電粒子，進入水平方向的加速電場中，加速后的粒子正好能沿圓心方向垂直進入一個半徑為r0.1 m的圓形磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強度b0.5 t，在圓形磁場區(qū)域右邊有一豎直屏，屏的高度為h0.6 m，屏距磁場右側(cè)距離為l0.2 m，且屏中心與圓形磁場圓心位于同一水平線上現(xiàn)要使進入磁場中的帶電粒子能全部打在屏上，不計重力，試求加速電壓的最小值解析粒子運動軌跡如圖所示：根據(jù)牛頓第二定律及幾何知識得tan ，故磁感應(yīng)強度一定時，粒子進入磁場的速度越大，在磁場中偏轉(zhuǎn)量越小若粒子恰好不飛離屏，則加速電壓有最小值，此時粒子剛好打在

17、屏的最下端b點，根據(jù)帶電粒子在磁場中的運動特點可知，粒子偏離水平方向的夾角正切值為tan ，解得tan ，粒子偏離水平方向的夾角60°，由幾何關(guān)系可知，此時粒子在磁場中對應(yīng)的軌跡半徑為r m帶電粒子在電場中加速，由動能定理得qumv2帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)時，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律可得qvb聯(lián)立解得u60 v故加速電壓的最小值為60 v.答案60 v15(14分)如圖甲所示，質(zhì)量為m帶電量為q的帶電粒子在t0時刻由a點以初速度v0垂直進入磁場，區(qū)域磁場磁感應(yīng)強度大小不變、方向周期性變化如圖乙所示(垂直紙面向里為正方向)；區(qū)域為勻強電場，方向向上；區(qū)域為勻強磁場，磁感應(yīng)強度大

18、小與區(qū)域相同均為b0.粒子在區(qū)域內(nèi)一定能完成半圓運動且每次經(jīng)過mn的時刻均為整數(shù)倍，則甲乙(1)粒子在區(qū)域運動的軌道半徑為多少？(2)若初始位置與第四次經(jīng)過mn時的位置距離為x，求粒子進入?yún)^(qū)域時速度的可能值(初始位置記為第一次經(jīng)過mn).解析(1)帶電粒子在區(qū)域做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，即qv0b0m解得r.(2)第一種情況：粒子在區(qū)域運動半徑rqv2b0m解得粒子在區(qū)域速度大小v2第二種情況：粒子在區(qū)域運動半徑r粒子在區(qū)域速度大小v22v0.答案(1)或(2)2v016(18分)如圖所示，在y軸左側(cè)有一平行x軸方向的勻強電場，電場強度e2×103 v/m，在y軸右側(cè)存在垂直紙面向里的勻強磁場，第一象限內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度大小b0×102 t，第四象限內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強度大小為2b0.現(xiàn)有一比荷1×106 c/kg的粒子，從電場中與y軸相距10 cm的m點(圖中未標出)由靜止釋放，粒子運動一段時間后從n點進入磁場，并一直在磁場中運動且多次垂直通過x軸，不計粒子重力，試求：(1)粒子進入磁場時的速度大??；(2)從粒子進入磁場開始計時到粒子第三次到達x軸所經(jīng)歷的時間；(3)粒子軌跡第一次出現(xiàn)相交時所對應(yīng)的交點坐標解析(1)對粒子