2020屆人教高考物理一輪穩(wěn)優(yōu)提優(yōu)題：磁場練習

人教高考物理一輪穩(wěn)優(yōu)提優(yōu)題：磁場練習及答案**專題：磁場**一、選擇題1、磁體與磁體間、磁體和電流間、電流和電流間相互作用示意圖，以下正確的是（）A．磁體磁場磁體 B．磁體磁場電流C．電流電場電流 D．電流磁場電流【參考答案】ABD2、如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中有兩根豎直放置的平行粗糙導軌CD、EF，導軌上放一金屬棒MN．現(xiàn)從t＝0時刻起，給金屬棒通以圖示方向的電流且電流強度與時間成正比，即I＝kt，其中k為常量，金屬棒與導軌始終垂直且接觸良好．下列關于金屬棒的速度v、加速度a隨時間t變化的關系圖象，可能正確的是()如圖：解析：選D．從t＝0時刻起，金屬棒通以電流I＝kt，由左手定則可知，安培力方向垂直紙面向里，使其緊壓導軌，導致金屬棒在運動過程中，所受到的摩擦力增大，所以加速度在減小，當滑動摩擦力小于重力時速度與加速度方向相同，所以金屬棒做加速度減小的加速運動．當滑動摩擦力等于重力時，加速度為零，此時速度達到最大．當安培力繼續(xù)增大時導致加速度方向豎直向上，則出現(xiàn)加速度與速度方向相反，因此做加速度增大的減速運動．v－t圖象的斜率絕對值表示加速度的大小，故選項A、B均錯誤．對金屬棒MN，由牛頓第二定律得mg－μFN＝ma，而FN＝BIL＝BktL，即mg－μBktL＝ma，因此a＝g－eq\f(μkBL,m)t，顯然加速度a與時間t成線性關系，故選項C錯誤，D正確．3、初速度為v0的電子，沿平行于通電長直導線的方向射出，直導線中電流方向與電子的初始運動方向如圖所示，則()A．電子將向右偏轉，速率不變B．電子將向左偏轉，速率改變C．電子將向左偏轉，速率不變D．電子將向右偏轉，速率改變解析：選A．由安培定則可知，通電導線右方磁場方向垂直紙面向里，則電子受洛倫茲力方向由左手定則可判知向右，所以電子向右偏；由于洛倫茲力不做功，所以電子速率不變．4、勞倫斯和利文斯設計出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示．置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽略．磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U．若A處粒子源產生質子的質量為m、電荷量為＋q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對論效應和重力的影響．則下列說法正確的是()A．質子被加速后的最大速度不可能超過2πRfB．質子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比C．質子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為eq\r(2)∶1D．不改變磁感應強度B和交流電頻率f，仍用該回旋加速器釋放質量為m的質子，則最大動能不變解析：選ACD．質子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約，因v＝eq\f(2πR,T)＝2πRf，故A正確；質子離開回旋加速器的最大動能Ekm＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m×4π2R2f2＝2mπ2R2f2，與加速電壓U無關，B錯誤；根據(jù)R＝eq\f(mv,Bq)，Uq＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)，2Uq＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)，得質子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為eq\r(2)∶1，C正確；因回旋加速器的最大動能Ekm＝2mπ2R2f2與m、R、f均有關且這幾個量均不變，D正確．5、(多選)如圖所示，豎直放置的兩塊很大的平行金屬板a、b，相距為d，ab間的電場強度為E，今有一帶正電的微粒從a板下邊緣以初速度v0豎直向上射入電場，當它飛到b板時，速度大小不變，而方向變?yōu)樗椒较?，且剛好從高度也為d的狹縫穿過b板而進入bc區(qū)域，bc區(qū)域的寬度也為d，所加電場強度大小為E，方向豎直向上，磁感應強度方向垂直紙面向里，磁場磁感應強度大小等于eq\f(E,v0)，重力加速度為g，則下列關于粒子運動的有關說法正確的是()A．粒子在ab區(qū)域的運動時間為eq\f(v0,g)B．粒子在bc區(qū)域中做勻速圓周運動，圓周半徑r＝2dC．粒子在bc區(qū)域中做勻速圓周運動，運動時間為eq\f(πd,6v0)D．粒子在ab、bc區(qū)域中運動的總時間為eq\f((π＋6)d,3v0)解析：選ABD．粒子在ab區(qū)域，豎直方向上做勻減速運動，由v0＝gt得t＝eq\f(v0,g)，故A正確；水平方向上做勻加速運動，a＝eq\f(v0,t)＝g，則qE＝mg，進入bc區(qū)域，電場力大小未變方向豎直向上，電場力與重力平衡，粒子做勻速圓周運動，由qv0B＝eq\f(mveq\o\al(2,0),r)，得r＝eq\f(mv0,qB)，代入數(shù)據(jù)得r＝eq\f(veq\o\al(2,0),g)，又veq\o\al(2,0)＝2gd，故r＝2d，B正確；在bc區(qū)域，粒子運動軌跡所對圓心角為α，sinα＝eq\f(1,2)，α＝eq\f(π,6)，運動時間：t＝eq\f(eq\o(s,\s\up12(－)),v0)＝eq\f(\f(π,6)·2d,v0)＝eq\f(πd,3v0)，故C錯誤；粒子在ab區(qū)域的運動時間也可以表示為：t＝eq\f(d,v0/2)＝eq\f(2d,v0)，故總時間t總＝eq\f(2d,v0)＋eq\f(πd,3v0)＝eq\f((π＋6)d,3v0)，故D正確．6、如圖所示，有一個正方形的勻強磁場區(qū)域abcd，e是ad的中點，f是cd的中點，如果在a點沿對角線方向以速度v射入一帶負電的帶電粒子，恰好從e點射出，則()A．如果粒子的速度增大為原來的二倍，將從d點射出B．如果粒子的速度增大為原來的三倍，將從f點射出C．如果粒子的速度不變，磁場的磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?倍，也將從d點射出D．只改變粒子的速度使其分別從e、d、f點射出時，在磁場中運動時間關系為：te＝td>tf解析：選AD．作出示意圖，如圖所示，根據(jù)幾何關系可以看出，當粒子從d點射出時，軌道半徑增大為原來的二倍，由半徑公式R＝eq\f(mv,qB)可知，速度v增大為原來的二倍或磁感應強度變?yōu)樵瓉淼囊话?，A項正確，C項錯誤；如果粒子的速度增大為原來的三倍，則軌道半徑也變?yōu)樵瓉淼娜?，從圖中看出，出射點在f點下面，B項錯誤；據(jù)粒子的周期公式T＝eq\f(2πm,qB)，可知粒子的周期與速度無關，在磁場中的運動時間取決于其軌跡圓弧所對應的圓心角，所以從e、d點射出時所用時間相等，從f點射出時所用時間最短，D項正確．7、如圖是磁電式電流表的結構，蹄形磁鐵和鐵芯間的磁場均勻輻向分布，線圈中a、b兩條導線長均為l，通以圖示方向的電流I，兩條導線所在處的磁感應強度大小均為B．則()A．該磁場是勻強磁場B．線圈平面總與磁場方向垂直C．線圈將順時針轉動D．a、b導線受到的安培力大小總為BIl解析：選CD．勻強磁場的磁感應強度應大小處處相等，方向處處相同，由圖可知，選項A錯誤；在圖示的位置，a受向上的安培力，b受向下的安培力，線圈順時針轉動，選項C正確；易知選項B錯誤；由于磁感應強度大小不變，電流大小不變，則安培力大小始終為BIl，選項D正確．8、質量為m、電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成θ角從O點進入方向如圖所示的正交的勻強電場和勻強磁場組成的混合場區(qū)，該微粒在電場力、洛倫茲力和重力的共同作用下，恰好沿直線運動到A，下列說法中正確的是()A．該微粒一定帶負電荷B．微粒從O到A的運動可能是勻變速運動C．該磁場的磁感應強度大小為eq\f(mg,qvcosθ)D．該電場的場強為Bvcosθ解析：選AC．若微粒帶正電荷，它受豎直向下的重力mg、水平向左的電場力qE和垂直O(jiān)A斜向右下方的洛倫茲力qvB，知微粒不能做直線運動，據(jù)此可知微粒應帶負電荷，它受豎直向下的重力mg、水平向右的電場力qE和垂直O(jiān)A斜向左上方的洛倫茲力qvB，又知微粒恰好沿著直線運動到A，可知微粒應該做勻速直線運動，則選項A正確，B錯誤；由平衡條件得：qvBcosθ＝mg，qvBsinθ＝qE，得磁場的磁感應強度B＝eq\f(mg,qvcosθ)，電場的場強E＝Bvsinθ，故選項C正確，D錯誤．9、如圖所示，一個絕緣且內壁光滑的環(huán)形細圓管固定于豎直平面內，環(huán)的半徑為R(比細圓管的內徑大得多)．在圓管的最低點有一個直徑略小于細圓管內徑的帶正電小球處于靜止狀態(tài)，小球的質量為m，帶電荷量為q，重力加速度為g．空間存在一磁感應強度大小未知(不為零)，方向垂直于環(huán)形細圓管所在平面向里的勻強磁場．某時刻，給小球一方向水平向右、大小為v0＝eq\r(5gR)的初速度，則以下判斷正確的是()A．無論磁感應強度大小如何，獲得初速度后的瞬間，小球在最低點一定受到管壁的彈力作用B．無論磁感應強度大小如何，小球一定能到達環(huán)形細圓管的最高點，且小球在最高點一定受到管壁的彈力作用C．無論磁感應強度大小如何，小球一定能到達環(huán)形細圓管的最高點，且小球到達最高點時的速度大小都相同D．小球從環(huán)形細圓管的最低點運動到所能到達的最高點的過程中，水平方向分速度的大小一直減小解析：選BC．小球在軌道最低點時受到的洛倫茲力方向豎直向上，若洛倫茲力和重力的合力恰好提供小球所需要的向心力，則在最低點時小球不會受到管壁彈力的作用，A選項錯誤；小球運動的過程中，洛倫茲力不做功，小球的機械能守恒，運動至最高點時小球的速度v＝eq\r(gR)，由于是雙層軌道約束，小球運動過程中不會脫離軌道，所以小球一定能到達軌道的最高點，C選項正確；在最高點時，小球圓周運動的向心力F＝meq\f(v2,R)＝mg，小球受到豎直向下的洛倫茲力的同時必然受到與洛倫茲力等大反向的軌道對小球的彈力，B選項正確；小球從最低點運動到最高點的過程中，小球在下半圓內上升的過程中，水平分速度向右且減小，到達圓心的等高點時，水平分速度為零，而運動至上半圓后水平分速度向左且不為零，所以水平分速度一定有增大的過程，D選項錯誤．二、非選擇題1、在如圖所示的平面直角坐標系xOy中，有一個圓形區(qū)域的勻強磁場(圖中未畫出)，磁場方向垂直于xOy平面，O點為該圓形區(qū)域邊界上的一點．現(xiàn)有一質量為m、帶電荷量為＋q的帶電粒子(不計重力)從O點以初速度v0沿x軸正方向進入磁場，已知粒子經(jīng)過y軸上P點時速度方向與y軸正方向夾角為θ＝30°，OP＝L，求：(1)磁感應強度的大小和方向；(2)該圓形磁場區(qū)域的最小面積．解析：(1)由左手定則得磁場方向垂直xOy平面向里．粒子在磁場中做弧長為eq\f(1,3)圓周的勻速圓周運動，如圖所示，粒子在Q點飛出磁場．設其圓心為O′，半徑為R．由幾何關系有(L－R)sin30°＝R，所以R＝eq\f(1,3)L．由牛頓第二定律有qv0B＝meq\f(veq\o\al(2,0),R)，故R＝eq\f(mv0,qB)．由以上各式得磁感應強度B＝eq\f(3mv0,qL)．(2)設磁場區(qū)域的最小面積為S．由幾何關系得直徑eq\o(OQ,\s\up12(－))＝eq\r(3)R＝eq\f(\r(3),3)L，所以S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(eq\o(OQ,\s\up12(－)),2)))eq\s\up12(2)＝eq\f(π,12)L2．答案：(1)eq\f(3mv0,qL)方向垂直于xOy平面向里(2)eq\f(π,12)L22、如圖所示為質譜儀的原理示意圖，電荷量為q、質量為m的帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)過電勢差為U的加速電場后進入粒子速度選擇器，選擇器中存在相互垂直的勻強電場和勻強磁