2024-2025學(xué)年高中物理第5章磁場與回旋加速器測評A含解析滬科版選修3-1

PAGE8-第5章測評A(基礎(chǔ)過關(guān)卷)一、選擇題(本題包含8小題,每小題6分,共48分。在每小題給出的四個選項中,第1~5題只有一個選項符合題目要求,第6~8題有多個選項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有錯選的得0分)1.下列四個試驗現(xiàn)象中,不能表明電流能產(chǎn)生磁場的是()解析:A、C、D中小磁針或?qū)Ь€所受磁場力都是導(dǎo)線中產(chǎn)生的磁場施加的,但選項B中的磁場是磁鐵產(chǎn)生的。答案:B2.關(guān)于磁感應(yīng)強度的概念,下列說法中正確的是()A.由磁感應(yīng)強度的定義式B=FILB.一小段通電導(dǎo)線在空間某處不受磁場力的作用,那么該處的磁感應(yīng)強度肯定為零C.一小段通電導(dǎo)線放在磁感應(yīng)強度為零的位置上,它受到的磁場力肯定等于零D.磁場中某處的磁感應(yīng)強度的方向,跟電流在該處所受磁場力的方向相同答案:C3.為了測量某化肥廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計,該裝置由絕緣材料制成,長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口,在垂直于上下表面方向加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,在前后兩個內(nèi)側(cè)面固定有金屬板作為電極,污水充溢管口從左向右流經(jīng)該裝置時,電壓表將顯示兩個電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)排出的污水體積),下列說法正確的是()A.若污水中正離子較多,則前內(nèi)側(cè)面比后內(nèi)側(cè)面電勢高B.前內(nèi)側(cè)面的電勢肯定低于后內(nèi)側(cè)面的電勢,與哪種離子多無關(guān)C.污水中離子濃度越高,電壓表的示數(shù)將越大D.污水流量Q與電壓U成正比,與a、b有關(guān)解析:由左手定則可推斷:若流淌的是正離子,則正離子向里偏,前內(nèi)側(cè)面電勢低于后內(nèi)側(cè)面電勢;若流淌的是負(fù)離子,則負(fù)離子向外偏,仍舊是前內(nèi)側(cè)面電勢低于后內(nèi)側(cè)面的電勢,故選項A錯誤,選項B正確。污水穩(wěn)定流淌時,對任一離子有qvB=qE=qUb,所以U=Bbv,電勢差與濃度無關(guān),故選項C錯誤。流量Q=Sv=bc·UBb=cUB答案:B4.如圖所示,一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場中,且與磁場方向(垂直于紙面對里)垂直。線段ab、bc和cd的長度均為L,且∠abc=∠bcd=135°。流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I,方向如圖中箭頭所示。導(dǎo)線段abcd所受到的磁場的作用力的合力()A.方向沿紙面對上,大小為(2+1)ILBB.方向沿紙面對上,大小為(2-1)ILBC.方向沿紙面對下,大小為(2+1)ILBD.方向沿紙面對下,大小為(2-1)ILB解析:本題考查磁場對通電直導(dǎo)線的作用、安培力、左手定則和力的合成與分解等學(xué)問點,意在考查通過力的合成運動將通電彎曲導(dǎo)線受力問題轉(zhuǎn)化為直導(dǎo)線受力問題的實力。將導(dǎo)線分為三段直導(dǎo)線,依據(jù)左手定則分別推斷出安培力的大小,依據(jù)F=BIL計算出安培力的大小,再求合力。導(dǎo)線所受合力F=BIL+2BILsin45°=(2+1)ILB。答案:A5.如圖所示,有一磁感應(yīng)強度為B、方向豎直向上的勻強磁場,一束電子流以初速度v從水平方向射入,為了使電子流經(jīng)過磁場時不偏轉(zhuǎn)(不計重力),則磁場區(qū)域內(nèi)必需同時存在一個勻強電場,這個電場的電場強度大小和方向是()A.Bv,豎直向上B.BC.Bv,垂直紙面對里 D.Bv,垂直紙面對外解析:由左手定則可知,電子流所受洛倫茲力的方向垂直紙面對里,因此,要求電場力的方向垂直紙面對外,因電子帶負(fù)電,所以,勻強電場的方向為垂直紙面對里。由qvB=qE得E=vB。答案:C6.電磁軌道炮工作原理如圖所示,待放射彈體可在兩平行軌道之間自由移動,并與軌道保持良好接觸。電流I從一條軌道流入,通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強磁場),磁感應(yīng)強度的大小與I成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出?，F(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍,理論上可采納的方法是()A.只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B.只將電流I增加至原來的2倍C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半,軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍,其他量不變解析:由題意可知,B=kI,設(shè)軌道寬為d,則F安=BId=kI2d,由動能定理得,F安·L=12mv2,聯(lián)立以上式子解得,v=2答案:BD7.如圖,質(zhì)量為m、長為L的直導(dǎo)線用兩絕緣細(xì)線懸掛于O、O',并處于勻強磁場中,當(dāng)導(dǎo)線中通以沿x正方向的電流I,且導(dǎo)線保持靜止時,懸線與豎直方向夾角為θ。則磁感應(yīng)強度方向和大小可能為()A.沿z正向,mgILtanθB.沿y正向,C.沿z負(fù)向,mgILtanθ D.沿懸線向上,mgIL解析:如圖為沿x軸負(fù)方向視察時的側(cè)面圖,由平衡條件可知,導(dǎo)線靜止時,導(dǎo)線所受安培力F在重力和絕緣細(xì)線的拉力T的反向延長線之間,如圖所示。由左手定則可知,磁感應(yīng)強度不行能沿z軸正向和沿懸線向上,即選項A、D錯誤;當(dāng)磁感應(yīng)強度沿y軸正方向時,有F=BIL=mg,則B=mgIL,選項B正確;當(dāng)磁感應(yīng)強度沿z軸負(fù)方向時,F=BIL=mgtanθ,則B=mg答案:BC8.利用如圖所示裝置可以選擇肯定速度范圍內(nèi)的帶電粒子。圖中板MN上方是磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面對里的勻強磁場,板上有兩條寬度分別為2d和d的縫隙,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的縫隙垂直于板MN進(jìn)入磁場,對于能夠從寬度為d的縫隙射出的粒子,下列說法中正確的是()A.粒子帶正電B.射出粒子的最大速度為qBC.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:帶電粒子能夠從右縫中射出,進(jìn)入磁場時所受洛倫茲力方向應(yīng)向右,由左手定則可判定粒子帶負(fù)電,選項A錯誤;由qvB=mv2r得,v=qBrm,射出粒子運動的最大半徑為rmax=3d+L2,射出粒子運動的最小半徑為rmin=L2,故射出粒子的最大速度為vmax=qB(3d+L)2m,選項B正確;射出粒子的最小速度為vmin=qBL2m,Δv=vmax-vmin=答案:BC二、填空題(本題包含2小題,共16分)9.(8分)試驗室里可以用圖甲所示的小羅盤估測條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強度。方法如圖乙所示,調(diào)整羅盤,使小磁針靜止時N極指向羅盤上的零刻度(即正北方向),將條形磁鐵放在羅盤旁邊,使羅盤所在處條形磁鐵的方向處于東西方向上,此時羅盤上的小磁針將轉(zhuǎn)過肯定角度。若已知地磁場的水平重量Bx,為計算羅盤所在處條形磁鐵磁場的磁感應(yīng)強度B,則只需知道,磁感應(yīng)強度的表達(dá)式為B=。

解析:依據(jù)題意,指針指向條形磁鐵磁場與地磁場水平重量磁場的合磁場方向。條形磁鐵磁場在小磁針處的磁感應(yīng)強度方向為正東方向,設(shè)小磁針靜止時N極與正北方向的夾角為θ,則B=Bxtanθ。答案:羅盤上指針的偏轉(zhuǎn)角θBxtanθ10.(8分)一勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧,下端掛有一匝數(shù)為n的矩形線框abcd,bc邊長為L,線框的下半部處在勻強磁場中,磁感應(yīng)強度大小為B,方向與線框平面垂直,在圖中垂直于紙面對里。線框中通以電流I,方向如圖所示。起先時線框處于平衡狀態(tài)。令磁場反向,磁感應(yīng)強度的大小為B,線框達(dá)到新的平衡。在此過程中線框位移的大小Δx=,方向。

解析:設(shè)線框的質(zhì)量為m,bc邊受到的安培力為F=nBIL。當(dāng)電流如圖所示時,設(shè)彈簧伸長量為x1,平衡時mg-F=kx1,當(dāng)電流反向后,設(shè)彈簧伸長量為x2,平衡時mg+F=kx2,所以線圈中電流反向后線框的位移大小為Δx=x2-x1=2F答案:2nIBLk三、計算題(本題包含3小題,共36分。解題時要有必要的步驟和文字說明)11.(10分)電磁炮是一種志向的兵器,它的主要原理如圖所示。1982年澳大利亞制成了能把2.2kg的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到10km/s的電磁炮(常規(guī)炮彈的速度約為2km/s)。若軌道寬為2m,長100m,通過的電流為10A,則軌道間所加勻強磁場的磁感應(yīng)強度為多大?磁場力的最大功率為多大?(軌道摩擦不計,不考慮導(dǎo)體棒切割磁感線)解析:依據(jù)動能定理有BILs=12mv解得B=5.5×104T速度最大時磁場力的功率最大,則P=BILv=5.5×104×10×2000W=1.1×1010W。答案:5.5×104T1.1×1010W12.(12分)從粒子源射出的帶電粒子的質(zhì)量為m、電荷量為q,它以速度v0經(jīng)過電勢差為U的帶窄縫的平行板電極S1和S2間的電場,并從O點沿Ox方向進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面對外的有界勻強磁場,Ox垂直平行板電極S2,當(dāng)粒子從P點離開磁場時,其速度方向與Ox方向的夾角θ=60°,如圖所示,整個裝置處于真空中。求:(1)粒子在磁場中沿圓弧運動的軌道半徑R。(2)粒子在磁場中運動所用的時間t。解析:(1)設(shè)粒子離開電場時的速度為v,由動能定理得,qU=12mv2-1粒子在磁場中有qvB=mv2由①②得R=mqB(2)粒子做圓周運動的周期T=2πR粒子在磁場中運動時間t=16T由④⑤得t=πm答案:(1)mqB2qU13.(14分)如圖所示,直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi),在水平的x軸下方存在勻強磁場和勻強電場,磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向垂直xOy平面對里,電場線平行于y軸。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小球,從y軸上的A點水平向右拋出,經(jīng)x軸上的M點進(jìn)入電場和磁場,恰能做勻速圓周運動,從x軸上的N點第一次離開電場和磁場,MN之間的距離為L,小球過M點時的速度方向與x軸正方向夾角為θ。不計空氣阻力,重力加速度為g,求:(1)電場強度E的大小和方向。(2)小球從A點拋出時初速度v0的大小。(3)A點到x軸的高度h。解析:本題考查平拋運動和帶電小球在復(fù)合場中的運動。(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運動,說明電場力和重力平衡(恒力不能充當(dāng)圓周運動的向心力),有qE=mg①E=mgq重力的方向豎直向下,電場力方向只能向上,由于小球帶正電,所以電場強度方向豎直向上。(2)小球做勻速圓周運動,O'