（高中物理）章末質(zhì)量檢測(cè)(十一)　磁場(chǎng)

1、章末質(zhì)量檢測(cè)(十一)磁場(chǎng)(時(shí)間:90分鐘總分值:100分)第一卷選擇題一、選擇題(此題共10小題,每題4分,共40分.在每題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確,有的有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)的得4分,選對(duì)但不全的得2分,有選錯(cuò)或不答的得0分)1.20世紀(jì)50年代,一些科學(xué)家提出了地磁場(chǎng)的“電磁感應(yīng)學(xué)說(shuō),認(rèn)為當(dāng)太陽(yáng)強(qiáng)烈活動(dòng)影響地球而引起磁暴時(shí),磁暴在外地核中感應(yīng)產(chǎn)生衰減時(shí)間較長(zhǎng)的電流,此電流產(chǎn)生了地磁場(chǎng).連續(xù)的磁暴作用可維持地磁場(chǎng),那么外地核中的電流方向?yàn)?地磁場(chǎng)n極與s極在地球外表的連線稱為磁子午線)()解析:地磁場(chǎng)由南向北,根據(jù)安培定那么可判斷,外地核中電流方向由東向西.答案:b-1所示,

2、兩根平行放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線a和b載有大小相同、方向相反的電流,a受到的磁場(chǎng)力大小為f1,當(dāng)參加一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后,a受到的磁場(chǎng)力的大小變?yōu)閒2,那么此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力的大小變?yōu)?)圖11-1a.f2b.f1f2c.f2f1d.2f1f2解析:對(duì)a導(dǎo)線,原來(lái)b導(dǎo)線對(duì)a導(dǎo)線作用力為f1,方向向左,假設(shè)參加的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直向里,如圖甲所示,那么a導(dǎo)線受外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的作用力為f,那么f1、f、f2之間有以下關(guān)系:f2=f1f(f=f1f2)同理對(duì)b導(dǎo)線分析受力，如圖乙所示，故此時(shí)導(dǎo)線b受磁場(chǎng)作用力:f=f1f=f1(f1f2)=f2此題正確的答案為a.答案:a3.帶電體外表突出的地方電荷容易密

3、集.雷雨天當(dāng)帶電云層靠近高大建筑物時(shí),由于靜電感應(yīng),建筑物頂端會(huì)聚集異種電荷,避雷針通過(guò)一根豎直導(dǎo)線接通大地而防止雷擊.你假設(shè)想知道豎直導(dǎo)線中的電流方向,進(jìn)而判斷云層所帶電荷,平安可行的方法是()解析:根據(jù)小磁針靜止時(shí)n極的指向判斷出其所在處的磁場(chǎng)方向,然后根據(jù)安培定那么判斷出電流方向,既平安又可行.答案:d4.以下關(guān)于磁感線的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()a.磁感線可以形象地描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,它每一點(diǎn)的切線方向都與小磁針?lè)旁谠擖c(diǎn)靜止時(shí)s極所指的方向相同b.磁感線總是從磁體的n極出發(fā),到磁體的s極終止d.磁感線就是細(xì)鐵屑在磁鐵周圍排列成的曲線,沒(méi)有細(xì)鐵屑的地方就沒(méi)有磁感線解析:磁感線的切線方向就

4、是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,磁場(chǎng)的方向規(guī)定為小磁針n極受力的方向,也就是小磁針靜止時(shí)n極的指向,所以a項(xiàng)錯(cuò)誤.在磁體的外部,磁感線從n極出發(fā)指向s極,在磁體的內(nèi)部,磁感線從s極指向n極,并且內(nèi)、外形成閉合曲線,所以b項(xiàng)錯(cuò)誤,c項(xiàng)正確.雖然磁感線是為了研究問(wèn)題的方便人為引入的,我們也可以用細(xì)鐵屑形象地“顯示磁感線,但不能說(shuō)沒(méi)有細(xì)鐵屑的地方就沒(méi)有磁感線,所以d項(xiàng)是錯(cuò)誤的.答案:c圖11-2-2所示，一帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)在固定的正點(diǎn)電荷作用下繞該正電荷做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，周期為t0，軌道平面位于紙面內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)的速度方向如圖中箭頭所示.現(xiàn)加一垂直于軌道平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，軌道半徑并不因此而改變，那么()a.假設(shè)磁場(chǎng)方向指向紙里

5、，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于t0b.假設(shè)磁場(chǎng)方向指向紙里，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于t0c.假設(shè)磁場(chǎng)方向指向紙外，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將大于t0d.假設(shè)磁場(chǎng)方向指向紙外，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將小于t0解析:因電荷在電場(chǎng)力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)有,假設(shè)所加的磁場(chǎng)指向紙里,因電荷所受的洛倫茲力背離圓心,電荷所受的向心力減小,所以質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將增大,大于t0.假設(shè)所加的磁場(chǎng)指向紙外,因電荷所受的洛倫茲力指向圓心,電荷所受的向心力增大,所以質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的周期將減小,小于t0,正確選項(xiàng)為a、d.答案:ad6.在某地上空同時(shí)存在著勻強(qiáng)的電場(chǎng)與磁場(chǎng),一質(zhì)量為m的帶正電小球,在該區(qū)域內(nèi)沿水平方向向右做直線運(yùn)動(dòng),如圖11

6、-3所示.關(guān)于場(chǎng)的分布情況可能的是()圖11-3b.電場(chǎng)豎直向上,磁場(chǎng)垂直紙面向里c.電場(chǎng)斜向里側(cè)上方,磁場(chǎng)斜向外側(cè)上方,均與v垂直d.電場(chǎng)水平向右,磁場(chǎng)垂直紙面向里解析:帶電小球在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一定受重力和電場(chǎng)力,是否受洛倫茲力需具體分析.a選項(xiàng)中假設(shè)電場(chǎng)、磁場(chǎng)方向與速度方向垂直,那么洛倫茲力與電場(chǎng)力垂直,如果與重力的合力為零就會(huì)做直線運(yùn)動(dòng).b選項(xiàng)中電場(chǎng)力、洛倫茲力都向上,假設(shè)與重力合力為零,也會(huì)做直線運(yùn)動(dòng).c選項(xiàng)電場(chǎng)力斜向里側(cè)上方,洛倫茲力向外側(cè)下方,假設(shè)與重力合力為零,就會(huì)做直線運(yùn)動(dòng).d選項(xiàng)三個(gè)力合力不可能為零,因此此題選a、b、c.答案:abc-4所示，水平正對(duì)放置的帶電平行金屬板間的勻

7、強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向上，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，一帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)過(guò)軌道端點(diǎn)pb點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)過(guò)軌道端點(diǎn)p進(jìn)入兩板之間的場(chǎng)區(qū).關(guān)于小球和小球現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)情況，以下判斷中正確的選項(xiàng)是()圖11-4b.小球在電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程動(dòng)能增大c.小球在電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程電勢(shì)能增大d.小球在電、磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程機(jī)械能總量不變解析:如果小球帶負(fù)電，那么小球在金屬板間受到向下的重力、向下的電場(chǎng)力、向下的洛倫茲力，那么小球不能沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以小球只能帶正電，此時(shí)洛倫茲力向上，電場(chǎng)力向上，且f洛+f電=mg，當(dāng)小球從稍低的b點(diǎn)由靜止釋放時(shí)，小球進(jìn)入金屬板間的速度將減小，那

8、么f洛減小,f洛+f電mg，小球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功，合外力做正功.所以小球在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中動(dòng)能增大，電勢(shì)能增加，機(jī)械能減小，故b、c正確，a、d錯(cuò).答案:bc-5所示,兩平行金屬板的間距等于極板的長(zhǎng)度,現(xiàn)有重力不計(jì)的正離子束以相同的初速度v0平行于兩板從兩板正中間射入.第一次在兩極板間加恒定電壓,建立場(chǎng)強(qiáng)為e的勻強(qiáng)電場(chǎng),那么正離子束剛好從上極板邊緣飛出.第二次撤去電場(chǎng),在兩板間建立磁感應(yīng)強(qiáng)度為b、方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),正離子束剛好從下極板邊緣飛出,那么e和b的大小之比為()圖11-5a.b.c.d.v0解析:根據(jù)題意d=l兩板間為勻強(qiáng)電場(chǎng)時(shí),離子做類平拋運(yùn)動(dòng).設(shè)粒子在板間的飛行

9、時(shí)間為t,那么水平方向:l=v0t豎直方向:兩板間為勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí),設(shè)偏轉(zhuǎn)半徑為r由幾何關(guān)系有又聯(lián)立得答案:a-6所示，空間有一垂直紙面向外的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5 t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一質(zhì)量為0.2 kg0.1 kg、帶電荷量為+0.2 c的滑塊,滑塊與絕緣塑料板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,滑塊受到的最大靜摩擦力可認(rèn)為等于滑動(dòng)摩擦力.現(xiàn)對(duì)塑料板施加方向水平向左、大小為0.6 n的恒力,g取10 m/s2,那么()圖11-62 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng)b.滑塊開(kāi)始做勻加速運(yùn)動(dòng),然后做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),最后做勻速直線運(yùn)動(dòng)2 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng),滑塊做速度為10 m/s的勻速運(yùn)動(dòng)3 m/s2的勻加速運(yùn)動(dòng),滑塊做

10、速度為10 m/s的勻速運(yùn)動(dòng)解析:滑塊隨塑料板向左運(yùn)動(dòng)時(shí),受到豎直向上的洛倫茲力,和塑料板之間的正壓力逐漸減小.開(kāi)始時(shí),塑料板和滑塊加速度相同,由f=(m+m)a得,a=2 m/s2,對(duì)滑塊有(mgqvb)=ma,當(dāng)v=6 m/s時(shí),滑塊恰好相對(duì)于塑料板有相對(duì)滑動(dòng),開(kāi)始做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)mg=qvb,即v=10 m/s時(shí)滑塊對(duì)塑料板的壓力為零fn=0,塑料板所受的合力為0.6 n,那么,b、d正確.答案:bd10.環(huán)形對(duì)撞機(jī)是研究高能粒子的重要裝置,其核心部件是一個(gè)高度真空的圓環(huán)狀的空腔.假設(shè)帶電粒子初速度可視為零,經(jīng)電壓為u的電場(chǎng)加速后,沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)撞機(jī)的環(huán)狀空腔內(nèi),空腔內(nèi)存

11、在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為b.帶電粒子將被限制在圓環(huán)狀空腔內(nèi)運(yùn)動(dòng).要維持帶電粒子在圓環(huán)內(nèi)做半徑確定的圓周運(yùn)動(dòng),以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 ()a.對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷q/m越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度b越大b.對(duì)于給定的加速電壓,帶電粒子的比荷q/m越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度b越小b,加速電壓u越大,粒子運(yùn)動(dòng)的周期越小b,不管加速電壓u多大,粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變解析:帶電粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后速度為帶電粒子以該速度進(jìn)入對(duì)撞機(jī)的環(huán)狀空腔內(nèi),且在圓環(huán)內(nèi)做半徑確定的圓周運(yùn)動(dòng),因此,對(duì)于給定的加速電壓,即u一定,那么帶電粒子的比荷q/m越大,磁感應(yīng)強(qiáng)度b應(yīng)越小,a錯(cuò)誤,b正確;帶電粒子運(yùn)動(dòng)周期為,

12、與帶電粒子的速度無(wú)關(guān),當(dāng)然就與加速電壓u無(wú)關(guān),因此,對(duì)于給定的帶電粒子和磁感應(yīng)強(qiáng)度b,不管加速電壓u多大,粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變.答案:bd第二卷非選擇題二、填空計(jì)算題(共6題,每題10分,共60分)11.-7所示是這種電磁泵的結(jié)構(gòu)示意圖,圖中aia、高為b,磁場(chǎng)區(qū)域中的液體通過(guò)的電流為i,磁感應(yīng)強(qiáng)度為b,求:圖11-7(1)電流i的方向;(2)驅(qū)動(dòng)力對(duì)液體造成的壓強(qiáng)差.解析:(1)驅(qū)動(dòng)力即安培力方向與流動(dòng)方向一致,由左手定那么可判斷出電流i的方向由下向上.(2)把液體看成由許多橫切液片組成,因通電而受到安培力作用,液體勻速流動(dòng),所以有安培力f=p·s,即驅(qū)動(dòng)力對(duì)液體造成的壓強(qiáng)差為答案

13、:(1)電流方向由下向上(2)12.一種半導(dǎo)體材料稱為“霍爾材料,用它制成的元件稱為“霍爾元件,這種材料有可定向移動(dòng)的電荷,稱為“載流子,每個(gè)載流子的電荷量大小為q=1.6×1019 c，霍爾元件在自動(dòng)檢測(cè)、控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,如錄像機(jī)中用來(lái)測(cè)量錄像磁鼓的轉(zhuǎn)速、電梯中用來(lái)檢測(cè)電梯門是否關(guān)閉以及自動(dòng)控制升降電動(dòng)機(jī)的電源的通斷等.圖11-8在一次實(shí)驗(yàn)中,一塊霍爾材料制成的薄片寬ab=1.0×102 m、長(zhǎng)bc=4.0×102 m、厚h=1.0×103 m,水平放置在豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度b=2.0 t的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,bc方向通有i=3.0 a的電流,如圖11-

14、8所示,由于磁場(chǎng)的作用,穩(wěn)定后,在沿寬度方向上產(chǎn)生1.0×105 v的橫向電壓.(1)假定載流子是電子,ad、bc兩端中哪端電勢(shì)較高?(2)薄板中形成電流i的載流子定向運(yùn)動(dòng)的速率為多大?(3)這塊霍爾材料中單位體積內(nèi)的載流子個(gè)數(shù)為多少?解析:(1)由左手定那么可判斷,電子受洛倫茲力作用偏向bc邊,故ad端電勢(shì)高.(2)穩(wěn)定時(shí)載流子在沿寬度方向上受到的磁場(chǎng)力和電場(chǎng)力平衡,(3)由電流的微觀解釋可得:i=nqvs.故n=i/qvs=3.75×1027個(gè)/m3.答案:(1)ad端(2)5×104 m/s(3)3.75×1027個(gè)/m313.將氫原子中電子的運(yùn)動(dòng)

15、看做是繞氫核做勻速圓周運(yùn)動(dòng),這時(shí)在研究電子運(yùn)動(dòng)的磁效應(yīng)時(shí),可將電子的運(yùn)動(dòng)等效為一個(gè)環(huán)形電流,環(huán)的半徑等于電子的軌道半徑r.現(xiàn)對(duì)一氫原子加上一個(gè)外磁場(chǎng),磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為bi1表示.現(xiàn)將外磁場(chǎng)反向,但磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變,仍為b,這時(shí)電子運(yùn)動(dòng)的等效電流用i2表示.假設(shè)在加上外磁場(chǎng)以及外磁場(chǎng)反向時(shí),氫核的位置、電子運(yùn)動(dòng)的軌道平面以及軌道半徑都不變,求外磁場(chǎng)反向前后電子運(yùn)動(dòng)的等效電流的差,即|i1i2|等于多少?(用m和e表示電子的質(zhì)量和電荷量)解析:用r表示電子的軌道半徑,v表示電子速度,那么等效電流v1,根據(jù)題意得當(dāng)外磁場(chǎng)反向后,軌道半徑r不變,此時(shí)運(yùn)動(dòng)速度變?yōu)関2,此時(shí)電子受到氫核對(duì)它

16、的庫(kù)侖力不變,而洛倫茲力大小變?yōu)閑bv2,方向變?yōu)橹赶驁A心,根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律可得由式解得由兩式可得答案:14.在電子顯像管內(nèi)部,由熾熱的燈絲上發(fā)射出的電子在經(jīng)過(guò)一定的電壓加速后,進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)區(qū)域,最后打到熒光屏上,當(dāng)所加的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0時(shí),電子應(yīng)沿直線運(yùn)動(dòng)打在熒光屏的正中心位置.但由于地磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子運(yùn)動(dòng)的影響,會(huì)出現(xiàn)在未加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)電子束偏離直線運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象,所以在精密測(cè)量?jī)x器的顯像管中常需要在顯像管的外部采取磁屏蔽措施以消除地磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響.電子質(zhì)量為m、電荷量為e,從熾熱燈絲發(fā)射出的電子(可視為初速度為0)經(jīng)過(guò)電壓為u取磁屏蔽措施,且地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的豎直向下分量的大小為b

17、,地磁場(chǎng)對(duì)電子在加速過(guò)程中的影響可忽略不計(jì).在未加偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的情況下,(1)試判斷電子束將偏向什么方向;(2)求電子在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的加速度的大小;(3)假設(shè)加速電場(chǎng)邊緣到熒光屏的距離為l,求在地磁場(chǎng)的作用下使到達(dá)熒光屏的電子在熒光屏上偏移的距離.解析:(1)根據(jù)左手定那么,可以判斷出電子束將偏向.(2)設(shè)從加速電場(chǎng)射出的電子速度為v0,那么根據(jù)動(dòng)能定理有:從加速電場(chǎng)射出的電子在地磁場(chǎng)中受到洛倫茲力的作用而做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)電子的加速度為a,根據(jù)牛頓第二定律,ev0b=ma由以上各式解得(3)設(shè)電子在地磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為r,根據(jù)牛頓第二定律得設(shè)電子在熒光屏上偏移的距離為x,根據(jù)圖中的幾何關(guān)系,有:

18、結(jié)合以上關(guān)系,得答案:(1)(2)(3)15.盤旋加速器的示意圖如圖11-9甲，置于真空中的金屬d形盒,其半徑為r,兩盒間距為d,在左側(cè)d形盒圓心處放有粒子源s,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b-9乙所示,電壓有效值為u.粒子源射出的帶電粒子質(zhì)量為m、電荷量為q.設(shè)粒子從粒子源s進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的初速度不計(jì),且此時(shí)高頻電源電壓恰好到達(dá)最大值,忽略粒子在加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,加速粒子的電壓按交流電的最大值且可近似認(rèn)為保持不變.粒子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)等于在磁場(chǎng)中盤旋半周的次數(shù).求:(1)粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間t.(2)試推證當(dāng)r>>d時(shí),粒子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間相對(duì)于在d形盒中盤旋的總時(shí)間可

19、忽略不計(jì)(粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),不考慮磁場(chǎng)的影響).(3)粒子第1次和第n次分別在右半盒中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑的比值r1rn.圖11-9解析:由于加速粒子的電壓按交流電的最大值且近似認(rèn)為保持不變,故粒子在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng).(1)設(shè)粒子加速后的最大速度為v,此時(shí)軌道半徑最大為r,由牛頓第二定律得:粒子的盤旋周期為:粒子加速后的最大動(dòng)能為:設(shè)粒子在電場(chǎng)中加速的次數(shù)為n,那么:ek=nqum高頻電源電壓的最大值又忽略粒子在加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,那么運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間聯(lián)立解得:(2)粒子在電場(chǎng)中間斷的加速運(yùn)動(dòng),可等效成不間斷的勻加速直線運(yùn)動(dòng).粒子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間為:粒子在d形盒中盤旋的總時(shí)間:故,又r>>d,所以,因此t1可忽略不計(jì).(3)設(shè)粒子第1、2、3n次在右半盒中運(yùn)動(dòng)的速度分別為v1、v2、v3vn,那么由動(dòng)能定理得:qum=mv12/2又聯(lián)立解得(n取1,2,3,).答案:(1)(2)略(3)16.(局部重點(diǎn)中學(xué)高三二聯(lián),25)在xoy平面內(nèi),x0的區(qū)域存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為b=