2022屆新教材高考物理一輪復(fù)習(xí)單元質(zhì)檢十磁場含解析新人教版

1、單元質(zhì)檢十磁場(時(shí)間:45分鐘滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共5小題,每小題6分,共30分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)符合題目要求)1.兩個(gè)回路中的電流大小均為i,方向如圖所示。圓弧導(dǎo)線中的電流在圓心產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與其半徑成反比,直線電流在其延長線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。則關(guān)于圖中a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度ba、bb的大小關(guān)系和方向的判斷正確的是()a.babb,a點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向垂直紙面向里b.babb,a點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向垂直紙面向外c.babb,b點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向垂直紙面向外2.如圖所示,半徑為r、質(zhì)量為m的半圓形導(dǎo)線框用兩根絕緣細(xì)線懸掛,靜止時(shí)直線邊水平,導(dǎo)線框中通有沿順時(shí)針方向

2、的電流,圖中水平虛線為勻強(qiáng)磁場的上邊界線,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,方向垂直于導(dǎo)線框向里,處于磁場區(qū)域的導(dǎo)線框?qū)?yīng)的圓心角為120,此時(shí)每根細(xì)線的拉力大小為f1。現(xiàn)保持其他條件不變,將虛線下方的磁場移至虛線上方,使虛線為勻強(qiáng)磁場的下邊界,此時(shí)每根細(xì)線的拉力大小為f2。則導(dǎo)線框中的電流大小為()a.2(f1-f2)3brb.f1-f23brc.3(f1-f2)brd.6(f1-f2)br3.(2020云南玉溪開學(xué)考試)如圖所示的虛線區(qū)域內(nèi),充滿垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場和豎直向下的勻強(qiáng)電場。一帶電粒子a(不計(jì)重力)以一定的初速度由左邊界的o點(diǎn)射入磁場、電場區(qū)域,恰好沿直線由區(qū)域右邊界的o點(diǎn)(圖

3、中未標(biāo)出)穿出。若撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場而保留電場不變,另一個(gè)同樣的粒子b(不計(jì)重力)仍以相同初速度由o點(diǎn)射入,從區(qū)域右邊界穿出,則粒子b()a.穿出位置一定在o點(diǎn)下方b.穿出位置一定在o點(diǎn)上方c.運(yùn)動(dòng)時(shí),在電場中的電勢能一定減小d.在電場中運(yùn)動(dòng)時(shí),動(dòng)能一定減小4.如圖所示為等腰直角三角形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為b。磁場垂直紙面向里。bc邊的長度為l。一質(zhì)量為m帶電荷量為q的粒子水平射入ab邊的中點(diǎn)。從c點(diǎn)垂直bc邊射出(不計(jì)粒子的重力)。下列說法正確的是()a.粒子帶正電b.粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為mqbc.粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為ld.粒子入射的速度為qbl2m5.不計(jì)重力的兩個(gè)帶電粒子

4、1和2經(jīng)小孔s垂直于磁場邊界,且垂直于磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,在磁場中的軌跡如圖所示。分別用v1與v2,t1與t2,q1m1與q2m2表示它們的速率、在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間及比荷,則下列說法正確的是()a.若q1m1v2b.若v1=v2,則q1m1q2m2c.若q1m1q2m2,則t1q2m2二、多項(xiàng)選擇題(本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)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(cuò)的得0分)6.(2021山東臨沂月考)如圖所示,有一對平行金屬板相距d=10 cm,兩板間有勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小b=0.1 t,方向垂直紙面向里。左板a處有一粒子源

5、,以速度v=1106 m/s不斷地在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射比荷qm=1108 c/kg的帶負(fù)電粒子,不計(jì)粒子的重力,能打在右側(cè)金屬板上且經(jīng)歷時(shí)間最短的粒子的偏轉(zhuǎn)角和最短時(shí)間分別為()a.90b.60c.1.510-7 sd.310-7 s7.如圖所示,邊長為l的正方形abcd內(nèi),以對角線ac為界,在abc區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b1;在adc區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b2。一質(zhì)量為m,帶電荷量為q(q0)的粒子在b點(diǎn)以速度v=qb1lm沿bc方向射入磁場,粒子最后垂直于cd方向射出磁場,不計(jì)粒子重力,以下說法正確的是()a.b1b2=2b.b

6、1b2=2-1c.粒子先后在兩個(gè)磁場的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比t1t2=1d.粒子先后在兩個(gè)磁場的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比t1t2=2+18.如圖所示,以直角三角形aoc為邊界的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,a=60,ao=l,d為ac的中點(diǎn),在o點(diǎn)放置一個(gè)粒子源,可以向各個(gè)方向發(fā)射某種帶負(fù)電粒子,粒子的比荷qm已知,發(fā)射速度大小都為v0,且滿足v0=qblm,發(fā)射方向由圖中的角度表示。對于粒子進(jìn)入磁場后的運(yùn)動(dòng)(不計(jì)粒子間的相互作用及重力作用),下列說法正確的是()a.粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)半徑為lb.=45的粒子可能從cd段射出c.在ac邊界上最多有一半?yún)^(qū)域有粒子射出d.所有從ao邊界射出的粒子隨著角的增大在磁場中

7、運(yùn)動(dòng)時(shí)間變小三、計(jì)算題(本題共3小題,共52分)9.(14分)如圖,靜止于a處的離子,經(jīng)電壓為u的加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器,從p點(diǎn)垂直cn進(jìn)入矩形區(qū)域的有界勻強(qiáng)電場,電場方向水平向左。靜電分析器通道內(nèi)有均勻輻向分布的電場,已知圓弧所在處電場強(qiáng)度為e0,方向如圖所示;離子質(zhì)量為m、電荷量為q;qn=2d、pn=3d,離子重力不計(jì)。(1)求圓弧虛線對應(yīng)的半徑r的大小;(2)若離子恰好能打在nq的中點(diǎn)上,求矩形區(qū)域qncd內(nèi)勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度e的值;(3)若撤去矩形區(qū)域qncd內(nèi)的勻強(qiáng)電場,換為垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,要求離子能最終打在n點(diǎn),求磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度b的大小。10.(18分

8、)如圖所示,足夠大的熒光屏on與x軸夾角為30,當(dāng)y軸與on間有沿-y方向、電場強(qiáng)度為e的勻強(qiáng)電場時(shí),一質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子從y軸上的p點(diǎn),以速度v0、沿+x方向射入電場,恰好垂直打到熒光屏上的m點(diǎn)(圖中未標(biāo)出)。現(xiàn)撤去電場,在y軸與on間加上垂直坐標(biāo)面向外的勻強(qiáng)磁場,相同的正離子從y軸上的q點(diǎn)仍以速度v0、沿+x方向射入磁場,恰好也垂直打到熒光屏上的m點(diǎn),離子的重力不計(jì)。(1)求離子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1;(2)求磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度b;(3)若相同的離子分別從y軸上的不同位置以速度v=ky(y0,k為常數(shù))、沿+x方向射入磁場,離子都能打到熒光屏上,問k應(yīng)滿足什么條件?滿足條件的所有離

9、子中,在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的最大值為多少?11.(20分)(2021江蘇南京高三月考)如圖所示,真空中有一個(gè)半徑r=0.5 m的圓形磁場區(qū)域,與x軸相切于坐標(biāo)原點(diǎn)o,磁感應(yīng)強(qiáng)度b=210-4 t,方向垂直于紙面向外,在x=1 m處的豎直線的右側(cè)有一水平放置的正對平行金屬板m、n,板間距離為d=0.5 m,板長l=0.6 m,板間中線o2o3的延長線恰好過磁場圓的圓心o1。若在o點(diǎn)處有一粒子源,能向磁場中不同方向源源不斷地均勻發(fā)射出速率相同的比荷為qm=1108 c/kg,且?guī)д姷牧Ｗ?粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡在紙面內(nèi)。一個(gè)速度方向沿y軸正方向射入磁場的粒子,恰能沿直線o2o3射入平行板間。不計(jì)重力和粒子間

10、的相互作用力。(1)求沿y軸正方向射入的粒子進(jìn)入平行板間時(shí)的速度v0和粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t0;(2)求從m、n板左端射入平行板間的粒子數(shù)與從o點(diǎn)射入磁場的粒子數(shù)之比;(3)若在平行板的左端裝上一擋板(圖中未畫出,擋板在o2點(diǎn)有一小孔,恰能讓單個(gè)粒子通過),并且在兩板間加上如圖所示電壓(周期t0=610-5 s),n板比m板電勢高時(shí)電壓值為正,在緊靠平行金屬板的右端豎直放置一足夠大的熒光屏,求熒光屏上亮線的長度。參考答案單元質(zhì)檢十磁場1.d圓弧導(dǎo)線中的電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度與其半徑成反比,則b=kr,則ba=kr+kr,根據(jù)右手螺旋定則可知磁場的方向垂直紙面向外,同理bb=kr-kr,方向垂直

11、紙面向外,可知babb,故只有選項(xiàng)d正確。2.b當(dāng)磁場在虛線下方時(shí),線框受到向下的安培力,大小為f安=3bir,由平衡條件知2f1=mg+f安,當(dāng)把磁場移到虛線上方時(shí),線框受到向上的安培力,大小為f安=3bir,由平衡條件知2f2+f安=mg,兩式相減可得i=f1-f23br,只有選項(xiàng)b正確。3.ca粒子要在電場、磁場的復(fù)合場區(qū)內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng),則該粒子一定做勻速直線運(yùn)動(dòng),故對粒子a有bqv=eq,即只要滿足e=bv,無論粒子帶正電還是負(fù)電,粒子都可以沿直線穿出復(fù)合場區(qū),當(dāng)撤去磁場只保留電場時(shí),粒子b電性不確定,故無法判斷從o點(diǎn)的上方或下方穿出,a、b錯(cuò)誤;粒子b在穿過電場區(qū)的過程中必然受到電場力

12、的作用而做類似于平拋的運(yùn)動(dòng),電場力做正功,其電勢能減小,動(dòng)能增大,c正確、d錯(cuò)誤。4.d從c點(diǎn)垂直bc邊射出,可知粒子向下偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則可知,粒子帶負(fù)電,a錯(cuò)誤;由幾何關(guān)系可知,粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r=12l,粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供,根據(jù)向心力公式得qvb=mv2r,解得粒子入射的速度為v=qbrm=qbl2m,粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t=rv=(12l)(2)qbl2m=m2qb,只有選項(xiàng)d正確。5.b帶電粒子在洛倫茲力的作用下做圓周運(yùn)動(dòng),qvb=mv2r,所以v=qbrm,同一磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度b相同,由圖可知r1r2,如果q1m1r2,則q1m1q2m2,選

13、項(xiàng)b正確;帶電粒子在洛倫茲力的作用下做圓周運(yùn)動(dòng),t=2mqb,t=t2=mqb,若q1m1t2,選項(xiàng)c錯(cuò)誤;若t1=t2,則q1m1=q2m2,選項(xiàng)d錯(cuò)誤。6.bd劣弧弦長越短圓心角越小,時(shí)間就越短,由此可知最短弦長為板間距離d,根據(jù)bqv=mv2r得r=mvbq,代入數(shù)據(jù)得半徑為10cm,作圖知偏轉(zhuǎn)角等于圓心角為60,由周期公式t=2mbq,代入數(shù)據(jù)得t=210-7s,經(jīng)歷時(shí)間為t=t6=210-76=310-7s,故a、c錯(cuò)誤,b、d正確。7.bd根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)半徑r=mvqb,得粒子在第一個(gè)磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑為r1=l,以a為圓心畫出軌跡圖可知粒子垂直對角線ac進(jìn)入第二個(gè)磁場,可

14、知在第二個(gè)磁場中的軌跡圓心肯定在直線ac上,由題目知道粒子垂直于cd邊射出,所以圓心肯定在dc邊上,所以圓心一定在c點(diǎn),由幾何關(guān)系可知,運(yùn)動(dòng)半徑r2=(2-1)l,聯(lián)立得b1b2=r2r1=2-1,選項(xiàng)a錯(cuò)誤、b正確;粒子在兩個(gè)磁場中運(yùn)動(dòng)的圓心角之比為11,根據(jù)t=2mqb,得運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=2t=mqb1b,運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比t1t2=b2b1=2+1,選項(xiàng)c錯(cuò)誤、d正確。8.acd粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得qv0b=mv02r,且v0=qblm,解得r=l,a正確;若粒子剛好從d點(diǎn)射出,由幾何關(guān)系可知,弦長為l,設(shè)此時(shí)的弦切角為,則有l(wèi)=2lsin,得=30,即

15、此時(shí)粒子剛好沿oc方向進(jìn)入磁場,由旋轉(zhuǎn)法可知,=45的粒子不可能從cd段射出,b錯(cuò)誤;當(dāng)=0時(shí)飛入的粒子恰好從ac中點(diǎn)飛出,因此在ac邊界上最多有一半?yún)^(qū)域有粒子射出,c正確;設(shè)從ao段射出的粒子的弦切角為,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t=222mqb=2mqb,隨著角的增大,弦切角減小,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間減小,d正確。9.答案(1)2ue0(2)12ud(3)22qmu3qd解析(1)離子在加速電場中加速,根據(jù)動(dòng)能定理,有:qu=12mv2離子在輻向電場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),電場力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,有:qe0=mv2r聯(lián)立解得:r=2ue0(2)離子做類平拋運(yùn)動(dòng):qn2=vt,pn=12at2由牛頓第二定律得

16、:qe=ma聯(lián)立解得:e=12ud(3)離子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,根據(jù)牛頓第二定律,有:bqv=mv2r根據(jù)題意作出離子運(yùn)動(dòng)徑跡如圖:由幾何關(guān)系知:r=pn2聯(lián)立解得:b=22qmu3qd10.答案(1)3mv0eq(2)e2v0(3)5mv03eq解析(1)設(shè)離子垂直打到熒光屏上的m點(diǎn)時(shí),沿y軸方向的分速度大小為vy,在電場中運(yùn)動(dòng)的加速度為a1,則:tan60=vyv0,eq=ma1,vy=a1t1解得:t1=3mv0eq。(2)設(shè)離子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r,由幾何關(guān)系可知:rsin60=v0t1則:r=2mv02eq由向心力公式得:bqv0=mv02r代入得

17、:b=e2v0。(3)臨界狀態(tài):離子恰好能打到熒光屏上,即軌跡與on相切,設(shè)此時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)半徑為r0,由幾何關(guān)系可知:r0+r0cos30=y由向心力公式得:bqv=mv2r0,其中v=ky解得:k=(23-3)eq2mv0為使離子能打到熒光屏上,應(yīng)滿足rr0,則k(23-3)eq2mv0上述臨界狀態(tài)下,離子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間有最大值tm=512t且t=2r0v=2mbq代入得:tm=5mv03eq11.答案(1)1.0104 m/s7.8510-5 s(2)13(3)0.072 m解析(1)由題意可知,沿y軸正方向射入的粒子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖甲所示,粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑為r=r甲根據(jù)qv0b=mv02r

18、,解得v0=rbqm=1.0104m/s粒子運(yùn)動(dòng)的周期t=2mqb粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t0=t4=m2qb=7.8510-5s(2)沿任一方向射入磁場的粒子,其運(yùn)動(dòng)軌跡都是半徑為r的圓,圓心位置在以o點(diǎn)為圓心的半圓上,如圖乙所示。乙o、p以及兩圓的圓心o1、o4組成菱形,故po4和y軸平行,所以從p點(diǎn)出射的粒子的速度v和x軸平行,即所有粒子平行向右出射,故恰能從m端和n端射入平行板間的粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖丙所示。丙因?yàn)閙、n板間距d=0.5m,與r相等,故n1o1o2=30,n1oo1=30,從邊界n1出射的粒子,從o點(diǎn)射入磁場的方向與x軸負(fù)向夾角為60;同理,從邊界m1出射的粒子,從o點(diǎn)射入磁場的方向與x軸正向夾角為60。在y軸正方向夾角左右都為30的范圍內(nèi)的粒子都能射入平行板間,故從m、n板左端射入平行板間的粒子數(shù)與從o點(diǎn)射入磁場的粒子數(shù)之比為60180=13。(3)根據(jù)題圖可知,粒子進(jìn)入平行板間后沿y軸方向的加速度大小為a=q