高中物理人教版1第三章磁場 2023版第3章章末綜合測評3

章末綜合測評(三)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題6分，共60分．在每小題給出的四個選項中第1～7題只有一項符合題目要求，第8～10題有多項符合題目要求，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分．)1．安培的分子環(huán)形電流假說不能用來解釋下列哪些磁現(xiàn)象()A．磁體在高溫時失去磁性B．磁鐵經(jīng)過敲擊后磁性會減弱C．鐵磁類物質(zhì)放入磁場后具有磁性D．通電導(dǎo)線周圍存在磁場【解析】磁鐵內(nèi)部的分子電流的排布是大致相同的，在高溫時，分子電流的排布重新變得雜亂無章，故對外不顯磁性，A對；磁鐵經(jīng)過敲擊后，分子電流的排布重新變得雜亂無章，每個分子電流產(chǎn)生的磁場相互抵消，故對外不顯磁性，故B對；鐵磁類物質(zhì)放入磁場后磁鐵內(nèi)部的分子電流的排布是大致相同的，對外顯現(xiàn)磁性，C對；通電導(dǎo)線的磁場是由自由電荷的定向運動形成的，即產(chǎn)生磁場的不是分子電流，故D錯誤．【答案】D2．關(guān)于電場強度和磁感應(yīng)強度，下列說法正確的是()A．電場強度的定義式E＝eq\f(F,q)，適用于任何電場B．由真空中點電荷的電場強度公式E＝eq\f(kQ,r2)可知，當(dāng)r→0，E→＋∞C．由公式B＝eq\f(F,IL)可知，一小段通電導(dǎo)線在某處若不受磁場力則說明此處一定無磁場D．磁感應(yīng)強度的方向就是置于該處的通電導(dǎo)線所受的安培力方向【解析】電場強度的定義式E＝eq\f(F,q)，適用于任何電場，故A正確．當(dāng)r→0時，電荷已不能看成點電荷，公式E＝eq\f(kQ,r2)不再成立．故B錯誤．由公式B＝eq\f(F,IL)可知，一小段通電導(dǎo)線在某處若不受磁場力，可能是B的方向與電流方向平行，所以此處不一定無磁場，故C錯誤．磁感應(yīng)強度的方向和該處通電導(dǎo)線所受的安培力方向垂直，故D錯誤．【答案】A3．如圖1所示，a是豎直平面P上的一點，P前有一條形磁鐵垂直于P，且S極朝向a點，P后一電子在偏轉(zhuǎn)線圈和條形磁鐵的磁場的共同作用下，在水平面內(nèi)向右彎曲經(jīng)過a點．在電子經(jīng)過a點的瞬間，條形磁鐵的磁場對該電子的作用力的方向()圖1A．向上 B．向下C．向左 D．向右【解析】a點處磁場垂直于紙面向外，根據(jù)左手定則可以判斷電子受力向上，A正確．【答案】A4．如圖2所示，勻強磁場的方向垂直紙面向里，勻強電場的方向豎直向下，有一正離子恰能以速率v沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域．下列說法正確的是()圖2A．若一電子以速率v從右向左飛入，則該電子將沿直線運動B．若一電子以速率v從右向左飛入，則該電子將向上偏轉(zhuǎn)C．若一電子以速率v從右向左飛入，則該電子將向下偏轉(zhuǎn)D．若一電子以速率v從左向右飛入，則該電子將向下偏轉(zhuǎn)【解析】正離子以速率v沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域，則有：qvB＝Eq.即：vB＝E，若一電子的速率v從左向右飛入此區(qū)域時，也必有evB＝Ee.電子沿直線運動．而電子以速率v從右向左飛入時，電子所受的電場力和洛倫茲力均向上，電子將向上偏轉(zhuǎn)，B正確，A、C、D均錯誤．【答案】B5．回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩個D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖3所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是()圖3A．增大勻強電場間的加速電壓B．減小磁場的磁感應(yīng)強度C．增加周期性變化的電場的頻率D．增大D形金屬盒的半徑【解析】粒子最后射出時的旋轉(zhuǎn)半徑為D形金屬盒的最大半徑R，R＝eq\f(mv,qB)，Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2R2,2m).可見，要增大粒子的動能，應(yīng)增大磁感應(yīng)強度B和增大D形金屬盒的半徑R，故正確選項為D.【答案】D6.如圖4所示，正六邊形abcdef區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面的勻強磁場．一帶正電的粒子從f點沿fd方向射入磁場區(qū)域，當(dāng)速度大小為vb時，從b點離開磁場，在磁場中運動的時間為tb，當(dāng)速度大小為vc時，從c點離開磁場，在磁場中運動的時間為tc，不計粒子重力．則()【導(dǎo)學(xué)號：34522206】圖4A．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝2∶1B．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝1∶2C．vb∶vc＝2∶1，tb∶tc＝2∶1D．vb∶vc＝1∶2，tb∶tc＝1∶2【解析】如圖所示，設(shè)正六邊形的邊長為l，當(dāng)帶電粒子的速度為vb時，其圓心在a點，軌道半徑r1＝l，轉(zhuǎn)過的圓心角θ1＝eq\f(2,3)π，當(dāng)帶電粒子的速率為vc時，其圓心在O點(即fa、cb延長線的交點)，故軌道半徑r2＝2l，轉(zhuǎn)過的圓心角θ2＝eq\f(π,3)，根據(jù)qvB＝meq\f(v2,r)，得v＝eq\f(qBr,m)，故eq\f(vb,vc)＝eq\f(r1,r2)＝eq\f(1,2).由于T＝eq\f(2πr,v)得T＝eq\f(2πm,qB)，所以兩粒子在磁場中做圓周運動的周期相等，又t＝eq\f(θ,2π)T，所以eq\f(tb,tc)＝eq\f(θ1,θ2)＝eq\f(2,1).故選項A正確，選項B、C、D錯誤．【答案】A7．帶正電粒子(不計重力)以水平向右的初速度v0，先通過勻強電場E，后通過勻強磁場B，如圖5甲所示，電場和磁場對該粒子做功為W1.若把該電場和磁場正交疊加，如圖乙所示，再讓該帶電粒子仍以水平向右的初速度v0(v0<eq\f(E,B))穿過疊加場區(qū)，在這個過程中電場和磁場對粒子做功為W2，則()圖5A．W1<W2 B．W1＝W2C．W1>W2 D．無法判斷【解析】在乙圖中，由于v0<eq\f(E,B)，電場力qE大于洛倫茲力qBv.根據(jù)左手定則判斷可知：洛倫茲力有與電場力方向相反的分力；而在甲圖中帶電粒子只受電場力qE.則在甲圖的情況下，粒子沿電場方向的位移較大，電場力做功較多，所以選項A、B、D錯誤，選項C正確．【答案】C8．在勻強磁場B的區(qū)域中有一光滑斜面體，在斜面體上放置一根長為L，質(zhì)量為m的導(dǎo)線，當(dāng)通以如圖6所示方向的電流后，導(dǎo)線恰能保持靜止，則磁感應(yīng)強度B滿足()圖6A．B＝eq\f(mgsinθ,IL)，方向垂直斜面向下B．B＝eq\f(mgsinθ,IL)，方向垂直斜面向上C．B＝eq\f(mgtanθ,IL)，方向豎直向下D．B＝eq\f(mg,IL)，方向水平向左【解析】磁場方向垂直斜面向下時，根據(jù)左手定則，安培力沿斜面向上，導(dǎo)體棒還受到重力和支持力，根據(jù)平衡條件和安培力公式，有mgsinθ＝BIL，解得選項A正確．磁場豎直向下時，安培力水平向左，導(dǎo)體棒還受到重力和支持力，根據(jù)平衡條件和安培力公式，有mgtanθ＝BIL，解得選項C正確．磁場方向水平向左時，安培力豎直向上，與重力平衡，有mg＝BIL，解得選項D正確．【答案】ACD9．利用如圖7所示裝置可以選擇一定速度范圍內(nèi)的帶電粒子．圖中板MN上方是磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場，板上有兩條寬度分別為2d和d的縫，兩縫近端相距為L.一群質(zhì)量為m、電荷量為q，具有不同速度的粒子從寬度為2d的縫垂直于板MN進(jìn)入磁場，對于能夠從寬度為d的縫射出的粒子，下列說法正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：34522207】圖7A．粒子帶正電B．射出粒子的最大速度為eq\f(qB3d＋L,2m)C．保持d和L不變，增大B，射出粒子的最大速度與最小速度之差增大D．保持d和B不變，增大L，射出粒子的最大速度與最小速度之差增大【解析】由左手定則和粒子的偏轉(zhuǎn)情況可以判斷粒子帶負(fù)電，選項A錯；根據(jù)洛倫茲力提供向心力qvB＝eq\f(mv2,r)可得v＝eq\f(qBr,m)，r越大v越大，由圖可知r最大值為rmax＝eq\f(3d＋L,2)，選項B正確；又r最小值為rmin＝eq\f(L,2)，將r的最大值和最小值代入v的表達(dá)式后得出速度之差為Δv＝eq\f(3qBd,2m)，可見選項C正確、D錯誤．【答案】BC10．如圖8所示，在平面直角坐標(biāo)系中有一個垂直于紙面向里的圓形勻強磁場，其邊界過原點O和y軸上的點a(0，L)，一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場，并從x軸上的b點射出磁場，此時速度方向與x軸正方向的夾角為60°.下列說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：34522208】圖8A．電子在磁場中運動的時間為eq\f(πL,v0)B．電子在磁場中運動的時間為eq\f(2πL,3v0)C．磁場區(qū)域的圓心坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3)L,2)，\f(L,2)))D．電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標(biāo)為(0，－2L【解析】作出幾何關(guān)系圖如圖所示，電子在磁場中做圓周運動的半徑r＝2L，圓心角為eq\f(π,3)，則弧長為eq\f(π,3)·2L＝eq\f(2π,3)L，故運動時間為t＝eq\f(2πL,3v0)，A錯誤，B正確；連接ab，ab的中點必為圓形勻強磁場的圓心，Ob＝eq\r(3)L，故磁場區(qū)域的圓心坐標(biāo)為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3),2)L，\f(L,2)))，C正確；電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標(biāo)為(0，－L)，D錯誤．【答案】BC二、計算題(本題共2小題，共40分，按題目要求作答)11．(18分)如圖9所示，傾角為θ＝30°的光滑導(dǎo)體滑軌A和B，上端接入一電動勢E＝3V、內(nèi)阻不計的電源，滑軌間距為L＝0.1m，將一個質(zhì)量為m＝0.03kg，電阻R＝Ω的金屬棒水平放置在滑軌上，若滑軌周圍存在著垂直于滑軌平面的勻強磁場，當(dāng)閉合開關(guān)S后，金屬棒剛好靜止在滑軌上，求滑軌周圍空間的磁場方向和磁感應(yīng)強度的大小．(重力加速度g取10m/s2)圖9【解析】合上開關(guān)S后，由閉合電路歐姆定律得：I＝eq\f(E,R)經(jīng)分析可知，金屬棒受力如圖所示，金屬棒所受安培力，F(xiàn)＝BIL沿斜面方向受力平衡，F(xiàn)＝mgsinθ以上各式聯(lián)立可得：B＝T磁場方向垂直導(dǎo)軌面斜向下【答案】磁場方向垂直導(dǎo)軌面斜向下T12．(22分)如圖10所示，A、C兩點分別位于x軸和y軸上，∠OCA＝30°，OA的長度為L.在△OCA區(qū)域內(nèi)有垂直于xOy平面向里的勻強磁場．質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，以平行于y軸的方向從OA邊射入磁場．已知粒子從某點射入時，恰好垂直于OC邊射出磁場，且粒子在磁場中運動的時間為t0.不計重力．圖10(1)求磁場的磁感應(yīng)強度的大??；(2)若粒子先后從兩不同點以相同的速度射入磁場，恰好從OC邊上的同一點射出磁場，求該粒子這兩次在磁場中運動的時間之和；(3)若粒子從某點射入磁場后，其運動軌跡與AC邊相切，且在磁場內(nèi)運動的時間為eq\f(5,3)t0，求粒子此次入射速度的大小.【導(dǎo)學(xué)號：34522209】【解析】(1)粒子在磁場中做勻速圓周運動，在時間t0內(nèi)其速度方向改變了90°，故其周期T＝4t0 ①設(shè)磁感應(yīng)強度大小為B，粒子速度為v，圓周運動的半徑為r.由洛倫茲力公式和牛頓定律得qvB＝meq\f(v2,r) ②勻速圓周運動的速度滿足v＝eq\f(2πr,T) ③聯(lián)立①②③式得B＝eq\f(πm,2qt0). ④(2)設(shè)粒子從OA邊兩個不同位置射入磁場，能從OC邊上的同一點P射出磁場，粒子在磁場中運動的軌跡如圖(a)所示．設(shè)兩軌跡所對應(yīng)的圓心角分別為θ1和θ2.由幾何關(guān)系有θ1＝180°－θ2 ⑤粒子兩次在磁場中運動的時間分別為t1與t2，則t1＋t2＝eq\f(T,2)＝2t0. ⑥圖(a)圖(b)(3)如圖(b)，由題給條件可知，