2021高考物理一輪復(fù)習(xí)第九章磁場(chǎng)綜合檢測(cè)含解析魯科版

1、磁場(chǎng)綜合檢測(cè)(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)一、選擇題(本題共12小題,每題4分,共48分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第17題只有一個(gè)選項(xiàng)正確,第812題有多項(xiàng)正確,全部選對(duì)得4分,選對(duì)但不全得2分,有選錯(cuò)或不選的得0分)1.下列關(guān)于磁場(chǎng)和磁感線的描述中正確的是(a)a.磁感線可以形象地描述各點(diǎn)磁場(chǎng)的方向b.磁感線是磁場(chǎng)中客觀存在的線c.磁感線總是從磁鐵的n極出發(fā),到s極終止d.實(shí)驗(yàn)中觀察到的鐵屑的分布就是磁感線解析:磁感線可以形象地描述各點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向,故a正確;磁感線是人為假想的曲線,不是磁場(chǎng)中客觀存在的線,故b錯(cuò)誤;磁感線是閉合曲線,在磁體外部,從磁鐵的n極指向s極;在磁體內(nèi)部,從s

2、極指向n極,故c錯(cuò)誤;用細(xì)鐵屑在磁鐵周圍排列出的曲線可以模擬磁感線,但并不是磁感線,故d錯(cuò)誤.2.如圖所示是用陰極射線管演示電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的實(shí)驗(yàn)裝置,圖上管中虛線是電子的運(yùn)動(dòng)軌跡,那么下列相關(guān)說(shuō)法中正確的有(b)a.陰極射線管的a端應(yīng)接正極b.c端是蹄形磁鐵的n極c.無(wú)法確定磁極c的極性d.洛倫茲力對(duì)電子做正功解析:由題圖可知,電子從a極射向b極,電子帶負(fù)電,則b端應(yīng)接正極,a端應(yīng)接負(fù)極,故a錯(cuò)誤;電子束向下偏轉(zhuǎn),洛倫茲力方向向下,根據(jù)左手定則判斷可知,c端是蹄形磁鐵的n極,故b正確,c錯(cuò)誤;洛倫茲力方向總是與電子速度方向垂直,不做功,故d錯(cuò)誤.3.如圖所示,條形磁鐵放在水平桌面上,在

3、其正中央上方固定一根長(zhǎng)直導(dǎo)線,導(dǎo)線與條形磁鐵垂直.當(dāng)導(dǎo)線中通以垂直紙面向里的電流時(shí),用n表示磁鐵對(duì)桌面的壓力,f靜表示桌面對(duì)磁鐵的摩擦力,則導(dǎo)線通電后與通電前受力相比較(c)a.n減小,f靜=0b.n減小,f靜0c.n增大,f靜=0d.n增大,f靜0解析:磁鐵的磁感線在它的外部是從n極到s極,因?yàn)殚L(zhǎng)直導(dǎo)線在磁鐵的中央上方,所以此處的磁感線水平向左,電流的方向垂直于紙面向里,根據(jù)左手定則,導(dǎo)線受到磁鐵給的安培力方向豎直向上.根據(jù)牛頓第三定律知,導(dǎo)線對(duì)磁鐵的反作用力方向豎直向下,因此磁鐵對(duì)水平桌面的壓力除了重力之外還有通電導(dǎo)線的作用力,則n增大;因?yàn)檫@兩個(gè)力的方向都是豎直向下的,所以磁鐵不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)

4、動(dòng)趨勢(shì),就不會(huì)產(chǎn)生摩擦力,則f靜=0.故選c.4.如圖所示,一束粒子(不計(jì)重力,初速度可忽略)緩慢通過(guò)小孔o(hù)1進(jìn)入極板間電壓為u的水平加速電場(chǎng)區(qū)域,再通過(guò)小孔o(hù)2射入相互正交的恒定勻強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域,其中磁場(chǎng)的方向如圖所示,收集室的小孔o(hù)3與o1,o2在同一條水平線上.則(c)a.該裝置可篩選出具有特定質(zhì)量的粒子b.該裝置可篩選出具有特定電荷量的粒子c.該裝置可篩選出具有特定速度的粒子d.該裝置可篩選出具有特定動(dòng)能的粒子解析:粒子要想無(wú)偏轉(zhuǎn)的通過(guò)區(qū)域,進(jìn)入收集室的小孔o(hù)3,需要滿足qe=qvb,即粒子的速度需要滿足v=,故c正確.5.一帶電粒子,沿垂直于磁場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子運(yùn)動(dòng)的一段徑跡

5、如圖所示,徑跡上每一小段都看成圓弧,由于帶電粒子使周圍空氣電離,粒子能量不斷變小(帶電荷量不變),則(b)a.粒子帶負(fù)電,從b射入b.粒子帶負(fù)電,從a射入c.粒子帶正電,從b射入d.粒子帶正電,從a射入解析:由于帶電粒子使沿途的空氣電離,粒子的能量逐漸減小,速度逐漸減小,根據(jù)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑公式r=可知,粒子的半徑逐漸的減小,所以粒子的運(yùn)動(dòng)方向是從a到b,再根據(jù)左手定則可知,粒子帶負(fù)電,b正確.6.如圖所示,有一邊長(zhǎng)l=2 m的正三角形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小b= t,有一比荷=200 c/kg的帶正電粒子從ab邊上的p點(diǎn)垂直ab邊進(jìn)入磁場(chǎng),ap的距離為 m,要使粒

6、子能從ac邊射出磁場(chǎng),帶電粒子的最大初速度為(粒子的重力不計(jì))(b)a.500 m/sb.600 m/sc.4×102 m/sd.1 200 m/s解析:由題意,使粒子能從ac邊射出磁場(chǎng),帶電粒子有最大初速度時(shí)的軌跡如圖.由幾何關(guān)系可知,r= m,由qvb=解得v=×200× m/s=600 m/s.7.長(zhǎng)為l的通電直導(dǎo)線放在傾角為的光滑斜面上,并處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖所示,當(dāng)b方向豎直向上,電流為i1時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài),若b方向改為垂直斜面向上,則電流為i2時(shí)導(dǎo)體處于平衡狀態(tài),電流比值應(yīng)為(b)a.cos b.c.sin d.解析:若磁場(chǎng)方向豎直向

7、上,則安培力沿水平方向.由平衡條件可得mgtan =bi1l;若磁場(chǎng)方向垂直于斜面向上,則安培力沿斜面向上.由平衡條件可得mgsin =bi2l,則i1i2=1cos ,b正確.8.如圖所示,s為一垂直紙面放置的通電直導(dǎo)線的橫截面,當(dāng)通以垂直紙面向里的恒定電流i后,在距導(dǎo)線的軸線為r的a處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,b,c,d是與a在同一圓周上的三點(diǎn),現(xiàn)將導(dǎo)線放在豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,以下關(guān)于a,b,c,d四點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的說(shuō)法中正確的是(bc)a.a,c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為0b.a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2b,豎直向上;c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0c.b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,和水平方向成

8、45°角斜向右上方d.d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,和水平方向成45°角斜向左下方解析:用安培定則判斷通電直導(dǎo)線在abcd四個(gè)點(diǎn)上所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向,如圖所示.由此可判斷a點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2b,方向豎直向上;b點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,和水平方向成45°角斜向右上方;c點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零;d點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b,和水平方向成45°角斜向左上方,選項(xiàng)b,c正確,a,d錯(cuò)誤.9.兩個(gè)質(zhì)量相同、所帶電荷量相等的帶電粒子a,b,以不同的速率對(duì)準(zhǔn)圓心o,沿著ao方向射入圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示.若不計(jì)粒子的重力,則下列說(shuō)法正確的是(ac)a.a粒子帶負(fù)電

9、,b粒子帶正電b.a粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力較大c.b粒子動(dòng)能較大d.b粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)解析:根據(jù)左手定則可判斷,a粒子帶負(fù)電,b粒子帶正電,故a正確;由軌跡知,粒子a的軌跡半徑較小,根據(jù)半徑公式r=可知,粒子a的速度小于粒子b的速度,而洛倫茲力f=qvb,故a粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力較小,b錯(cuò)誤;b粒子速度大,可知b粒子的動(dòng)能較大,故c正確;由軌跡知,粒子a的軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角較大,而粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=t,周期t=,故a粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng),d錯(cuò)誤.10.如圖所示,套在足夠長(zhǎng)的絕緣粗糙直棒上的帶正電小球,其質(zhì)量為m,所帶的電荷量為q,小球可在棒上滑動(dòng),現(xiàn)將此棒豎直放入沿水平

10、方向且相互垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)中,電場(chǎng)方向水平向右,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,設(shè)小球的電荷量不變,小球由靜止下滑的過(guò)程中,下列說(shuō)法正確的是(ad)a.小球加速度先增加后減小b.小球速度一直增加c.棒對(duì)小球的彈力一直減小d.小球所受洛倫茲力一直增大,直到最后不變解析:小球由靜止開(kāi)始下滑,受到向左的洛倫茲力不斷增加.在開(kāi)始階段,洛倫茲力小于向右的靜電力,棒對(duì)小球有向左的彈力,隨著洛倫茲力的增加,棒對(duì)小球的彈力減小,小球受到的摩擦力減小,所以在豎直方向上小球受到重力和摩擦力作用做加速運(yùn)動(dòng),其加速度逐漸增加.當(dāng)洛倫茲力等于靜電力時(shí),棒對(duì)小球沒(méi)有彈力,摩擦力隨之消失,小球在豎直方向上受到的合力最大,加速

11、度最大.隨著小球速度繼續(xù)增加,洛倫茲力大于靜電力,棒對(duì)小球又產(chǎn)生向右的彈力,隨著速度增加,洛倫茲力增加,棒對(duì)小球的彈力增加,小球受到的摩擦力增加,于是小球在豎直方向受到的合力減小,加速度減小,小球做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)加速度減小為零時(shí),即小球受到的摩擦力大小等于自身重力時(shí),小球的速度不再增加,以此時(shí)的速度做勻速運(yùn)動(dòng).綜上所述,a,d正確.11.如圖所示,相距為d的兩帶電平行板間同時(shí)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一質(zhì)量為m、帶電荷量為q的小球由下板邊緣沿水平方向射入該區(qū)域,帶電小球恰能在兩板間做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則(bc)a.小球一定帶負(fù)電b.小球一定帶正電c.兩板間電壓為d.

12、小球在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為解析:小球恰能在兩板間做勻速圓周運(yùn)動(dòng),說(shuō)明電場(chǎng)力與重力等大反向,所以小球帶正電荷,故a錯(cuò)誤,b正確;由以上的分析可知qe=mg,即e=,兩極板之間的電壓u=ed=,故c正確;小球在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期t=,由圖可知,小球在兩板間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間僅僅為半個(gè)周期,t=t=,故d錯(cuò)誤.12.如圖所示,正方形abcd區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),甲、乙兩帶電粒子從a點(diǎn)沿與ab成30°角的方向垂直射入磁場(chǎng).甲粒子垂直于bc邊離開(kāi)磁場(chǎng),乙粒子從ad邊的中點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng).已知甲、乙兩帶電粒子的電荷量之比為12,質(zhì)量之比為12,不計(jì)粒子重力.以下判斷正確的是(cd)a.甲粒子帶負(fù)電,乙

13、粒子帶正電b.甲粒子的動(dòng)能是乙粒子動(dòng)能的16倍c.甲粒子所受洛倫茲力是乙粒子所受洛倫茲力的2倍d.甲粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是乙粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的解析:由題意知,甲粒子向上偏轉(zhuǎn),乙粒子向下偏轉(zhuǎn),所以甲粒子帶正電,乙粒子帶負(fù)電,故a錯(cuò)誤;設(shè)正方形abcd的邊長(zhǎng)為l,由幾何關(guān)系可知,r甲=2l,乙粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的弦切角為60°,弦長(zhǎng)為,所以=2r乙sin 60°,解得r乙=l,根據(jù)qvb=m,所以ek=mv2=,所以甲粒子的動(dòng)能是乙粒子動(dòng)能的24倍,故b錯(cuò)誤;f=qvb=,則=2,故c正確;由幾何關(guān)系可知,甲粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為30°,由b分析可得,乙粒子

14、的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為120°,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t=t,周期t=,可知甲粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是乙粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間的,故d正確.二、非選擇題(共52分)13.(6分)中國(guó)電磁炮研制方面與歐美西方國(guó)家在同一起跑線上,限于技術(shù)和人才原因,中國(guó)電磁炮研制稍比西方國(guó)家慢幾年,但在某些技術(shù)上將會(huì)比美國(guó)電磁炮更精進(jìn).電磁炮是利用磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,使炮彈發(fā)射出去的.如圖所示,把兩根長(zhǎng)為s、互相平行的銅制軌道放在磁場(chǎng)中,軌道之間放有質(zhì)量為m的炮彈,炮彈架在長(zhǎng)為l、質(zhì)量為m的金屬架上,已知金屬架與炮彈在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的總阻力與速度平方成正比,當(dāng)有恒定的電流i1通過(guò)軌道和

15、炮彈時(shí),炮彈與金屬架在磁場(chǎng)力的作用下獲得速度v1時(shí)加速度為a,當(dāng)有恒定的電流i2通過(guò)軌道和炮彈時(shí),炮彈最終以最大速度v2脫離金屬架并離開(kāi)軌道,則垂直于軌道平面的磁感應(yīng)強(qiáng)度b是多少?解析:由題意知,當(dāng)通以電流i1時(shí),炮彈受到的安培力f1=bi1l(1分)由牛頓第二定律有f1-f1=(m+m)a,(1分)又f1=k(1分)三式聯(lián)立得k=(1分)當(dāng)電流為i2時(shí),炮彈受到的安培力f2=bi2l.(1分)當(dāng)炮彈速度最大時(shí),有bi2l=k,解得b=.(1分)答案:14.(6分)如圖所示,通電金屬桿ab質(zhì)量m=12 g,電阻r=1.5 ,水平地放置在傾角=30°的光滑金屬導(dǎo)軌上.導(dǎo)軌寬度d=10

16、cm,導(dǎo)軌電阻、導(dǎo)軌與金屬桿的接觸電阻忽略不計(jì),電源內(nèi)阻r=0.5 .勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度b=0.2 t,g=10 m/s2,若金屬桿ab恰能保持靜止,求:(1)金屬桿ab受到的安培力大小.(2)電源的電動(dòng)勢(shì)大小e.解析:(1)對(duì)金屬桿ab進(jìn)行受力分析,如圖所示.根據(jù)平衡條件可得f=mgtan 30°(2分)解得f=4×10-2 n.(1分)(2)金屬桿ab受到的安培力f=bid=4×10-2 n(1分)根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得i=(1分)聯(lián)立解得e=4.0 v.(1分)答案:(1)4×10-2 n(2)4.0 v15.(10分)在受控?zé)?/p>

17、核聚變反應(yīng)的裝置中溫度極高,因而帶電粒子沒(méi)有通常意義上的容器可裝,而是由磁場(chǎng)將帶電粒子的運(yùn)動(dòng)束縛在某個(gè)區(qū)域內(nèi).現(xiàn)有一個(gè)環(huán)形區(qū)域,其截面內(nèi)圓半徑r1= m,外圓半徑r2=1.0 m,區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(如圖所示),已知磁感應(yīng)強(qiáng)度b=1.0 t,被束縛帶正電粒子的比荷=4×107 c/kg,不計(jì)帶電粒子的重力和它們之間的相互作用.(結(jié)果均保留三位有效數(shù)字)(1)若中空區(qū)域中的帶電粒子由o點(diǎn)沿環(huán)的半徑方向射入磁場(chǎng),求帶電粒子不能穿越磁場(chǎng)外邊界的最大速度v0.(2)若中空區(qū)域中的帶電粒子以(1)中的最大速度v0沿圓環(huán)半徑方向射入磁場(chǎng),求帶電粒子從剛進(jìn)入磁場(chǎng)某點(diǎn)開(kāi)始到第一次回到該點(diǎn)

18、所需要的時(shí)間.解析:(1)帶電粒子不能穿越磁場(chǎng)外邊界的臨界條件是粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡恰好與磁場(chǎng)外邊界相切.設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑為r,根據(jù)幾何關(guān)系有+r2=(r2-r)2,解得r= m(2分)在磁場(chǎng)中有qv0b=m(2分)解得v0=1.33×107 m/s.(1分)(2)作出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡,如圖所示,設(shè)粒子射入磁場(chǎng)的點(diǎn)為a,粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心為o',ao'與oo'之間的夾角為,由幾何關(guān)系得tan =,解得=(2分)所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心角為.帶電粒子必須三次經(jīng)過(guò)磁場(chǎng),才會(huì)回到原點(diǎn),則在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1=3×t=3.14×10-7

19、 s(1分)在磁場(chǎng)外運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t2=3×=2.60×10-7 s(1分)則t=t1+t2=5.74×10-7 s.(1分)答案:(1)1.33×107 m/s(2)5.74×10-7 s16.(10分)一足夠長(zhǎng)的矩形區(qū)域abcd內(nèi)充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),矩形區(qū)域的左邊界ad寬為l,現(xiàn)從ad中點(diǎn)o垂直于磁場(chǎng)射入一帶電粒子,速度大小為v0方向與ad邊夾角為30°,如圖所示.已知粒子的電荷量為q,質(zhì)量為m(重力不計(jì)).(1)若粒子帶負(fù)電,且恰能從d點(diǎn)射出磁場(chǎng),求v0的大小.(2)若粒子帶正電,使粒子能從ab邊射出磁場(chǎng)

20、,求v0的取值范圍以及在該范圍內(nèi)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的范圍.解析:(1)作出粒子的軌跡如圖所示,由幾何關(guān)系知r=,(1分)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),有qv0b=,(1分)則v0=.(1分)(2)若使粒子從ab邊射出,有兩種臨界條件,一種是粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡恰好與ab邊相切,此時(shí)v0具有最小值,設(shè)此時(shí)粒子的軌跡半徑為r2,根據(jù)幾何關(guān)系有r2+r2sin 30°=(1分)解得r2=,(1分)根據(jù)r=可得vmin=(1分)此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)tmax=×=;(1分)另一種臨界條件是粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡恰好與dc邊相切,此時(shí)v0具有最大值,設(shè)此時(shí)粒子的軌跡半徑為r1,根據(jù)幾何關(guān)

21、系有r1-r1cos 60°=,解得r1=l(1分)vmax=此時(shí)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最短tmin=×=所以v0的取值范圍為<v0(1分)t的取值范圍為t<.(1分)答案:(1)(2)<v0t<17.(10分)如圖所示,水平放置的平行板電容器上極板帶正電,下極板帶負(fù)電,兩板間存在場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng).現(xiàn)有大量帶電粒子沿中線oo'射入,所有粒子都恰好沿oo'做直線運(yùn)動(dòng).若僅將與極板垂直的虛線mn右側(cè)的磁場(chǎng)去掉,則其中比荷為的粒子恰好自下極板的右邊緣p點(diǎn)離開(kāi)電容器.已知電容器兩板間的距離為,帶電粒子的重力不計(jì).(1)求下極板上n,p兩點(diǎn)間的距離.(2)若僅將虛線mn右側(cè)的電場(chǎng)去掉,保留磁場(chǎng),另一種比荷的粒子也恰好自p點(diǎn)離開(kāi),求這種粒子的比荷.解析:(1)粒子自o點(diǎn)射入到虛線mn的過(guò)程中做勻速直線運(yùn)動(dòng),有qe=qvb(