高中物理粵教版1第三章磁場【全國一等獎】

章末質(zhì)量評估(三)一、單項選擇題(本題共10小題，每題3分，共30分．每小題中只有一個選項是正確的，選對得3分，錯選不選或多選均不得分．)1．如圖所示的四個實驗現(xiàn)象中，不能表明在電流周圍能產(chǎn)生磁場的是()A．圖甲中，導(dǎo)線通電后磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．圖乙中，通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用C．圖丙中，當(dāng)電流方向相同時，導(dǎo)線相互靠近D．圖丁中，當(dāng)電流方向相反時，導(dǎo)線相互遠離答案：B2．如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端．當(dāng)閉合開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)小磁針N極偏向螺線管Q端．下列判斷正確的是()A．F為蓄電池負極B．螺線管P端為S極C．流過電阻R的電流方向向下D．管內(nèi)磁場方向由Q指向P答案：D3．如圖所示，有一根直導(dǎo)線上通以恒定電流I，方向垂直指向紙內(nèi)，且和勻強磁場B垂直，則在圖中圓周上，磁感應(yīng)強度數(shù)值最大的點是()A．a(chǎn)點 B．b點C．c點 D．d點答案：A4．下列四幅圖關(guān)于各物理量方向間的關(guān)系中，正確的是()解析：由左手定則可知，安培力的方向總是與磁感應(yīng)強度的方向垂直，A錯誤；磁場的方向向下，電流的方向向里，由左手定則可知安培力的方向向左，B正確；由左手定則可知，洛倫茲力的方向總是與磁感應(yīng)強度的方向垂直，C錯誤；通電螺線管產(chǎn)生的磁場的方向沿螺線管的軸線的方向，由題圖可知電荷運動的方向與磁感線的方向平行，不受洛倫茲力，D錯誤．答案：B5．如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為L，質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒．在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小和方向正確的是()A．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向上B．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向下C．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向下D．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向上解析：外加勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的方向垂直斜面向上，則沿斜面向上的安培力、支持力與重力，處于平衡狀態(tài)．答案：A6．如圖所示，在光滑水平面上放根固定的通電直導(dǎo)線，并在它旁邊與它在同一水平面內(nèi)放一通電矩形導(dǎo)線框，則導(dǎo)線框的運動情況是()A．線框靜止 B．線框向右勻速運動C．線框向左勻速運動 D．線框向右加速運動解析：直導(dǎo)線中的電流方向由下向上，根據(jù)安培定則，導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域磁感應(yīng)強度方向向內(nèi)，根據(jù)左手定則，左邊受向右的安培力，右邊受到向左的安培力，上邊受到向上的安培力，下邊受到向下的安培力；離通電導(dǎo)線越遠的位置，磁感應(yīng)強度越小，故根據(jù)安培力公式F＝BIL，左邊受到的安培力大于右邊，上邊受到的安培力等于下邊受到的安培力，故線圈受通電直導(dǎo)線作用后將向右運動．故D正確，A、B、C錯誤．答案：D7．帶電粒子進入云室會使云室中的氣體電離，從而顯示其運動軌跡，如圖是在有勻強磁場的云室中觀察到的粒子的軌跡，a和b是軌跡上的兩點，勻強磁場B垂直紙面向里．該粒子在運動時，其質(zhì)量和電荷量不變，而動能逐漸減少．下列說法正確的是()A．粒子先經(jīng)過a點，再經(jīng)過b點B．粒子先經(jīng)過b點，再經(jīng)過a點C．粒子可以帶正電也可以帶負電D．粒子帶正電解析：粒子在云室中運動時，速度逐漸減小，根據(jù)r＝eq\f(mv,qB)可知其運動軌跡的半徑逐漸減小，故粒子運動方向為由a到b，故A正確，B錯誤；運動方向由a到b，磁場垂直紙面向里，所受洛倫茲力方向指向運動軌跡內(nèi)側(cè)，故由左手定則可知該電荷帶負電，故C、D錯誤．答案：A8．環(huán)形對撞機是研究高能粒子的重要裝置．正、負離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運動，從而在碰撞區(qū)迎面相撞，為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運動，下列說法正確的是()A．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強度B越大B．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強度B越小C．對于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運動的周期越大D．對于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運動的周期都不變解析：由題意知道正負電子經(jīng)加速后進入勻強磁場做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律推導(dǎo)出電子圓周運動的半徑和周期表達式，再進行分析．電子在加速電場中，根據(jù)動能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，電子在勻強磁場中由洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，電子圓周運動的半徑r＝eq\f(mv,qB)，周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB).A、B對于給定的加速電壓，v不變，又由題意得知，r不變，則帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，則B越?。蔄錯誤，B正確．C、D由上可知，加速電壓U越大，電子獲得的速度v越大，要保持半徑r不變，B應(yīng)增大，則T會減?。蔆、D錯誤．答案：B9．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，在兩盒間的窄縫中形成交變電場，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勻速圓周運動，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過特殊裝置被引出，如果用同一回旋加速器分別加速氚核(eq\o\al(3,1)H原子核)和α粒子(eq\o\al(4,2)He原子核)，比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動能的大小，可知()A．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動能較小B．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動能也較大C．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動能也較小D．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動能較大解析：因為加速器所加的高頻交流電源的周期與粒子做圓周運動的周期相等，而粒子在磁場中做圓周運動的周期與粒子的運動速度沒關(guān)系，故由公式T＝eq\f(2πm,qB)可知，氚核的交流電源的周期較大，故C、D均錯誤；再根據(jù)最大動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BqR,m)))eq\s\up12(2)＝eq\f(B2q2R2,2m)，將氚核與氦核的相關(guān)電荷量與質(zhì)量代入，發(fā)現(xiàn)氚核獲得的最大動能較小，故A正確，B錯誤．答案：A10．如圖，某帶電粒子由靜止開始經(jīng)電壓為U的電場加速后，射入水平放置、電勢差為U′的兩導(dǎo)體板間的勻強電場中，帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁感線方向射入邊界線豎直的勻強磁場中，則粒子進入磁場和射出磁場的M，N兩點間的距離d隨著U和U′的變化情況為(不計重力，不考慮邊緣效應(yīng))()A．d隨U變化，d隨U′變化B．d隨U變化，d與U′無關(guān)C．d與U無關(guān)，d與U′無關(guān)D．d與U無關(guān)，d隨U′變化解析：對于加速過程，有qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，得v0＝eq\r(\f(2qU,m))，帶電粒子在電場中做類平拋運動，可將射出電場的粒子速度v分解成初速度方向與加速度方向，設(shè)出射速度與水平夾角為θ，則有v0＝vcosθ；而在磁場中做勻速圓周運動，設(shè)運動軌跡對應(yīng)的半徑為R，由幾何關(guān)系可得，半徑與直線MN夾角正好等于θ，則eq\f(\f(1,2)d,R)＝cosθ，所以d＝eq\f(2Rv0,v)，又因為半徑公式R＝eq\f(mv,qB)，所以d＝eq\f(2mv0,qB)＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q)).故d隨U變化，d與U′無關(guān)．所以B正確，A、C、D錯誤，故選B.答案：B二、多項選擇題(本題共4小題，每題6分，共24分．每小題有多個選項是正確的，全選對得6分，少選得3分，選錯、多選或不選得0分．)11．如圖所示是用電子射線管演示帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的實驗裝置，圖中虛線是帶電粒子的運動軌跡，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：由圖可知，電子是從A端射出，則A端是高壓直流電源的負極，故A錯誤，B正確；電子是從A向B運動，且洛倫茲力向下，則由左手定則可得磁場方向由C向D，故C正確，D錯誤．答案：BC12．如圖所示，豎直向下的勻強磁場穿過光滑的絕緣水平面，平面上一個釘子O固定一根細線，細線的另一端系一帶電小球，小球在光滑水平面內(nèi)繞O做勻速圓周運動．在某時刻細線斷開，小球仍然在勻強磁場中做勻速圓周運動，下列說法錯誤的是()A．速率變小，半徑變小，周期不變B．速率不變，半徑不變，周期不變C．速率變小，半徑變大，周期變大D．速率不變，半徑變小，周期變小解析：線斷后，小球只受洛倫茲力作用，由于洛倫茲力不做功，所以小球的速率一定不變，故A、C錯誤；若線斷前，線中無拉力，只有洛倫茲力提供向心力，則線斷后無影響，小球的軌跡不變，半徑不變，周期也不變，故B正確；若線斷前，繩中有拉力F且F－qvB＝meq\f(v2,r)時，線斷后qvB＝meq\f(v2,r)，小球做圓周運動的繞行方向發(fā)生變化，當(dāng)F－qvB＝qvB，即F＝2qvB時，半徑、周期都不變；當(dāng)F－qvB＞qvB，即F＞2qvB時，半徑、周期都變大；當(dāng)F－qvB＜qvB，即F＜2qvB時，半徑、周期都變小，故D正確．答案：AC13．如圖所示，兩根長直導(dǎo)線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中，O為M、N連線中點，連線上a、b兩點關(guān)于O點對稱．導(dǎo)線均通有大小相等、方向向上的電流．已知長直導(dǎo)線在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度，式中k是常數(shù)、I是導(dǎo)線中電流、r為點到導(dǎo)線的距離B＝keq\f(I,r).一帶正電的小球以初速度v0從a點出發(fā)沿連線運動到b點．關(guān)于上述過程，下列說法正確的是()A．小球先做加速運動后做減速運動B．小球一直做勻速直線運動C．小球?qū)ψ烂娴膲毫ο葴p小后增大D．小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃蠼馕觯簱?jù)題意，由于通過M和N的導(dǎo)線電流方向都向上且大小相等，在M、N周圍產(chǎn)生逆時針方向磁場，由于磁場的疊加，從a到b合磁場磁感應(yīng)強度方向先向里后向外且大小先減小后增加，帶電小球受到的洛倫茲力據(jù)f＝qvB可知先向上后向下且先減小后增加，而帶電小球?qū)ψ烂娴膲毫椋篘＝G－f，則壓力大小為：一直增加；由于洛倫茲力方向與帶電小球運動方向垂直，小球運動速度不變，故選項B、D正確．答案：BD14．用相同金屬材料制成的兩根粗細均勻的電阻絲，質(zhì)量分別為m1、m2，橫截面積分別為S1、S2.若電阻絲兩端加相同的電壓，垂直于磁場方向放入同一勻強磁場中，兩電阻絲所受的安培力F1、F2的大小關(guān)系為()A．若m1＞m2，S1＝S2，則F1＞F2B．若m1＜m2，S1＝S2，則F1＝F2C．若m1＝m2，S1＞S2，則F1＝F2D．若m1＝m2，S1＜S2，則F1＜F2解析：導(dǎo)線的長度為L＝eq\f(m,ρ密度S)，電阻阻值為R＝ρ電·eq\f(m,ρ密度S2)，所以電流為I＝eq\f(U,R)＝eq\f(Uρ密度S2,mρ電)，安培力為F＝BIL＝eq\f(BUS,ρ)，所以安培力與電阻絲的質(zhì)量無關(guān)，與其橫截面積成正比；A．若m1＞m2，S1＝S2，則F1＝F2，故A錯誤；B．若m1＜m2，S1＝S2，則F1＝F2，故B正確；C．若m1＝m2，S1＞S2，則F1＞F2，故C錯誤；D．若m1＝m2，S1＜S2，則F1＜F2，故D正確．答案：BD三、非選擇題(共4小題，共46分)15．(10分)最近研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示．炮彈(可視為長方形導(dǎo)體)置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接．開始時炮彈靜止在軌道的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出．設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離d＝0.10m，導(dǎo)軌長L＝5.0m，炮彈質(zhì)量m＝0.30kg.導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示．可認為，炮彈在軌道內(nèi)運動時，它所在處磁場的磁感應(yīng)強度始終為B＝T，方向垂直于紙面向里．若炮彈出口速度為v＝×103m/s，忽略摩擦力與重力的影響以及發(fā)射過程中電流產(chǎn)生的焦耳熱(1)通過導(dǎo)軌的電流I；(2)發(fā)射過程中電源的最大輸出功率P.解析：(1)炮彈的加速度為：a＝eq\f(IdB,m)，炮彈做勻加速運動，有：v2＝2aL，代入題給數(shù)據(jù)得I＝×105A.(2)電源的最大輸出功率：P＝IdB·v，解得：P＝×108W.答案：(1)×105A(2)×1016．(10分)如圖所示，在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一長方體形的厚度為d、左右側(cè)面的表面積為S的絕緣容器，容器內(nèi)裝滿密度為ρ的導(dǎo)電液體，容器兩側(cè)面中心處連有兩豎直放置的玻璃管T1和T2，容器的上、下兩個面均是用不能和導(dǎo)電液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的鉑金制成的極板A、K，并與開關(guān)S、電動勢為E的無內(nèi)阻電源相接組成電路，容器的兩側(cè)面均和磁感線方向平行．當(dāng)合上開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)兩玻璃管中導(dǎo)電液體液面的高度差為h.(1)判斷兩個玻璃管T1和T2液面哪個高，簡要說明理由；(2)求導(dǎo)電液體的電阻R.解析：(1)導(dǎo)電液體中電流由下向上，磁場方向向里，由左手定則知安培力方向向左，故T1的液面較高．(2)設(shè)導(dǎo)電液體受到的安培力在液體中產(chǎn)生的附加壓強為p1，則安培力F＝p1S.由液體內(nèi)壓強公式知p1＝ρgh，解得安培力F＝ρghS，又有安培力公式F＝BId，電流I＝eq\f(E,R)，聯(lián)立解得：R＝eq\f(BEd,ρghS).答案：(1)導(dǎo)電液體中電流由下向上，磁場方向向里，由左手定則知安培力方向向左，故T1的液面較高(2)eq\f(BEd,ρghS)17．(12分)電子(e，m)以速度v0與x軸成30°角垂直射入磁感強度為B的勻強磁場中，經(jīng)一段時間后，打在x軸上的P點，如圖所示，求：P點到O點的距離是多大？電子由O點運動到P點所用的時間是多大？解析：電子在磁場中受洛倫茲力作用做勻速圓周運動，軌跡如圖所示，由圖可知：弦切角為30°，所以圓心角為60°，P點到O點的距離等于半