人教版高二物理選修3-1 第三章《磁場》 達(dá)標(biāo)檢測 word版含解析答案

1、人教版選修3-1 第三章磁場 達(dá)標(biāo)檢測本章達(dá)標(biāo)檢測(滿分:100分;時間:90分鐘)一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分。在每小題給出的四個選項(xiàng)中,第15題只有一個選項(xiàng)正確,第68題有多個選項(xiàng)正確,全部選對的得6分,選不全的得3分,有選錯或不答的得0分)1.如圖所示,兩個完全相同的線圈套在一水平光滑絕緣圓柱上,但能自由移動,若兩線圈內(nèi)通以大小不等的同向電流,則它們的運(yùn)動情況是()A.都繞圓柱轉(zhuǎn)動B.以不等的加速度相向運(yùn)動C.以相等的加速度相向運(yùn)動D.以相等的加速度背向運(yùn)動2.圖中a、b、c、d為四根與紙面垂直的長直導(dǎo)線,其橫截面位于正方形的四個頂點(diǎn)上,導(dǎo)線中通有大小相同的電流,方向如

2、圖所示。一帶正電的粒子從正方形中心O點(diǎn)沿垂直于紙面的方向向外運(yùn)動,它所受洛倫茲力的方向是()A.向上B.向下C.向左D.向右3. 如圖所示,兩根垂直紙面、平行且固定放置的直導(dǎo)線M和N,通有同向等值電流,沿紙面與直導(dǎo)線M、N等距放置另一根可自由移動的通電導(dǎo)線ab,則通電導(dǎo)線ab在安培力作用下的運(yùn)動情況是()A.沿紙面逆時針轉(zhuǎn)動B.沿紙面向右平動C.靜止不動D.a端轉(zhuǎn)向紙里,b端轉(zhuǎn)向紙外4.一個重力不計(jì)的帶電粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場,在與磁場垂直的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動。則下列能表示運(yùn)動周期T與半徑R之間的關(guān)系的圖象是()5.如圖所示的區(qū)域中存在著勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場,二者平行但方向相反。質(zhì)量為m,所帶電

3、荷量為-q的粒子(不計(jì)重力)沿電場方向以初速度v0射入場區(qū),下列關(guān)于該粒子的說法正確的是()A.所受洛倫茲力越來越小B.速度方向保持不變C.所受電場力越來越小D.向右的最大位移為mv022qE6.如圖所示,兩根長直導(dǎo)線豎直插入光滑絕緣水平桌面上的M、N兩小孔中,O為M、N連線的中點(diǎn),連線上a、b兩點(diǎn)關(guān)于O點(diǎn)對稱。導(dǎo)線均通有大小相等、方向向上的電流。已知長直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=kIr,式中k是常量、I是導(dǎo)線中的電流、r為點(diǎn)到導(dǎo)線的距離。一帶正電的小球以初速度v0從a點(diǎn)出發(fā)沿連線運(yùn)動到b點(diǎn)。關(guān)于上述過程,下列說法正確的是()A.小球先做加速運(yùn)動后做減速運(yùn)動B.小球一直做勻速直線運(yùn)動C

4、.小球?qū)ψ烂娴膲毫ο葴p小后增大D.小球?qū)ψ烂娴膲毫σ恢痹谠龃?.美國物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器,應(yīng)用運(yùn)動的帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的特點(diǎn),能使帶電粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)過電場的多次加速獲得較大的能量,使人類在獲得較高能量帶電粒子方面前進(jìn)了一步。如圖所示為一種改進(jìn)后的回旋加速器的示意圖,其中盒縫間的加速電場的場強(qiáng)大小恒定,且被限制在A、C板間,帶電粒子從P0處由靜止釋放,并沿電場線方向進(jìn)入加速電場,經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動,對于這種改進(jìn)后的回旋加速器,下列說法正確的是()A.帶電粒子每運(yùn)動一周被加速一次B.P1P2=P2P3C.粒子的最大速度與D形盒的尺

5、寸有關(guān)D.加速電場的方向需要做周期性的變化8.如圖所示,足夠長的絕緣木板靜止在光滑水平地面上,空間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,一帶正電的滑塊靜止在木板右端,木板上表面不光滑,下列說法正確的是()A.若給木板一水平向右的初速度,最終木板和滑塊一定相對靜止B.若給木板一水平向右的初速度,最終滑塊和木板間一定沒有摩擦力C.若給木板施加一水平向右的恒力,最終滑塊和木板間一定沒有彈力D.若給木板施加一水平向右的恒力,最終滑塊做勻加速運(yùn)動二、填空題(本題共2小題,共16分。把答案直接填在橫線上)9.(6分)音圈電機(jī)是一種應(yīng)用于硬盤、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動機(jī)。如圖是某音圈電機(jī)的原理示意圖,它由一對正對的磁極和

6、一個正方形剛性線圈構(gòu)成,線圈邊長為L,匝數(shù)為n,磁極正對區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于線圈平面豎直向下,大小為B,區(qū)域外的磁場忽略不計(jì)。線圈左邊始終在磁場外,右邊始終在磁場內(nèi),前后兩邊在磁場內(nèi)的長度始終相等。某時刻線圈中電流從P流向Q,大小為I。此時線圈所受安培力的大小為,方向;若此時線圈水平向右運(yùn)動的速度大小為v,安培力的功率為。 10.(10分)如圖所示,電源電動勢為3 V,內(nèi)阻不計(jì),兩個不計(jì)電阻的金屬圓環(huán)表面光滑,豎直懸掛在等長的細(xì)線上,金屬環(huán)面平行,相距1 m,兩環(huán)分別與電源正負(fù)極相連?，F(xiàn)將一質(zhì)量為0.06 kg、電阻為1.5 的導(dǎo)體棒輕放在環(huán)上,導(dǎo)體棒與環(huán)有良好電接觸。兩環(huán)之

7、間有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.4 T的勻強(qiáng)磁場。當(dāng)開關(guān)閉合后,導(dǎo)體棒上滑到某位置靜止不動,在此位置上棒對每一個環(huán)的壓力為;若已知環(huán)半徑為0.5 m,此位置與環(huán)底的高度差是。(g取10 m/s2) 三、計(jì)算題(本題共3小題,共36分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟,有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)字和單位)11.(10分)如圖所示,A點(diǎn)距坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為L,坐標(biāo)平面內(nèi)有邊界過A點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)O的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,磁場方向垂直于坐標(biāo)平面向里。有一電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)從A點(diǎn)以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場區(qū)域,在磁場中運(yùn)動,從x軸上的B點(diǎn)射出磁場區(qū)域,此

8、時速度方向與x軸的正方向之間的夾角為60°,求:(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小;(2)磁場區(qū)域的圓心O1的坐標(biāo);(3)電子在磁場中運(yùn)動的時間。12.(12分)如圖所示,在坐標(biāo)系xOy內(nèi)有一半徑為a的圓形區(qū)域,圓心坐標(biāo)為O1(a,0),圓內(nèi)分布有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。在直線y=a的上方和直線x=2a的左側(cè)區(qū)域內(nèi),有一沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場,場強(qiáng)大小為E。一質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子以速度v從O點(diǎn)垂直于磁場方向射入,當(dāng)速度方向沿x軸正方向時,粒子恰好從O1點(diǎn)正上方的A點(diǎn)射出磁場,不計(jì)粒子重力。(1)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小;(2)若粒子以速度v從O點(diǎn)垂直于磁場方向射入第一象限,當(dāng)速度方向與x

9、軸正方向的夾角為=30°時,求粒子從射入磁場到最終離開磁場的時間t。13.(14分)如圖所示,在直角坐標(biāo)系xOy的第一象限中有兩個全等的直角三角形區(qū)域和,充滿了方向均垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場,區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào), C點(diǎn)坐標(biāo)為(4L,3L),M點(diǎn)為OC的中點(diǎn)。質(zhì)量為m、電荷量為-q的粒子從C點(diǎn)沿平行于y軸方向射入磁場中,速度大小為qB0L2m,不計(jì)粒子所受重力,粒子運(yùn)動軌跡與磁場區(qū)域相切時認(rèn)為粒子能再次進(jìn)入磁場。(1)若粒子無法進(jìn)入?yún)^(qū)域中,求區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小范圍;(2)若粒子恰好不能從AC邊射出,求區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小;(3)若粒子能到達(dá)M點(diǎn),求區(qū)域

10、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的所有可能值。答案全解全析第三章磁場本章達(dá)標(biāo)檢測一、選擇題1.C同向環(huán)形電流間相互吸引,雖然兩電流大小不等,但根據(jù)牛頓第三定律知兩線圈間相互作用力大小相等,所以C項(xiàng)正確。2.Ba、b、c、d四根導(dǎo)線上電流大小相同,它們在O點(diǎn)形成的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小相同,方向如圖甲所示。O點(diǎn)合磁場方向如圖乙所示,則由O點(diǎn)垂直紙面向外運(yùn)動的帶正電的粒子所受洛倫茲力方向據(jù)左手定則可以判定向下,B選項(xiàng)正確。3.D根據(jù)長直導(dǎo)線周圍磁場的分布規(guī)律和矢量合成法則,可以判斷兩直導(dǎo)線M、N連線中垂線上方磁場方向水平向右,ab上半段所受安培力垂直于紙面向里;兩直導(dǎo)線M、N連線中垂線下方磁場方向水平向左,a

11、b下半段所受安培力垂直于紙面向外,所以a端轉(zhuǎn)向紙里,b端轉(zhuǎn)向紙外,選項(xiàng)D正確。4.D帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動時,qvB=mv2RR=mvqB,由圓周運(yùn)動規(guī)律,T=2Rv=2mqB,可見粒子運(yùn)動周期與半徑無關(guān),故D項(xiàng)正確。5.D因v0與B平行,故該粒子不受洛倫茲力,選項(xiàng)A錯誤;因所受電場力與v0方向相反,故經(jīng)一定時間后,速度方向可能改變,選項(xiàng)B錯誤;因電場是勻強(qiáng)電場,故粒子所受電場力不變,選項(xiàng)C錯誤;由動能定理可知qExm=12mv02,得xm=mv022qE,故選項(xiàng)D正確。6.BD由安培定則可知,M處的通電導(dǎo)線在MN區(qū)域產(chǎn)生的磁場垂直于MN向里,離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁場越弱;N處的通電導(dǎo)線在M

12、N區(qū)域產(chǎn)生的磁場垂直于MN向外,由M到N逐漸增強(qiáng),帶正電的小球由a點(diǎn)沿連線運(yùn)動到b點(diǎn),受到的洛倫茲力F=Bqv為變力,由于桌面光滑,且洛倫茲力始終沿豎直方向,所以小球在水平方向上不受力,做勻速直線運(yùn)動,B正確,A錯誤。從a到O洛倫茲力的方向向上,隨磁場的減弱而減小,從O到b洛倫茲力的方向向下,隨磁場的增強(qiáng)而增大,所以對桌面的壓力一直在增大,D正確,C錯誤。7.AC由題圖可以看出,帶電粒子每運(yùn)動一周被加速一次,A正確;由R=mvqB和qU=12mv22-12mv12可知,帶電粒子每運(yùn)動一周,電場力做功都相同,動能增量都相同,但速度的增量不相同,故粒子做圓周運(yùn)動的半徑增加量不相同,B錯誤;由v=q

13、BRm可知,粒子的最大速度與D形盒的半徑R有關(guān),C正確;粒子在電場中運(yùn)動的方向始終不變,則加速電場的方向保持不變,故D錯誤。8.BC若給木板一水平向右的初速度,則木板和滑塊開始會存在滑動摩擦力,滑塊開始向右加速,受到向上的洛倫茲力且不斷增大,則木板和滑塊間的彈力與滑動摩擦力不斷減小,若滑塊與木板先達(dá)到共速,則摩擦力減為零,最終木板和滑塊保持相對靜止;若木板和滑塊間的彈力與滑動摩擦力先減小到零,則它們不會相對靜止,所以A錯,B對;若給木板施加一水平向右的恒力,則木板和滑塊間開始會存在摩擦力,滑塊開始向右加速,受到向上的洛倫茲力且不斷增大,則木板和滑塊間的彈力不斷減小,當(dāng)彈力減小到零時,最終滑塊做

14、勻速運(yùn)動,C正確,D錯誤。二、填空題9.答案nBIL水平向右nBILv解析由安培力表達(dá)式F=BIL可知,線圈所受的安培力F=nBIL,由左手定則可判斷安培力方向水平向右。由功率公式P=Fv可知,安培力的功率P=nBILv。10.答案0.5 N0.2 m解析棒受的安培力F=BIL,棒中電流為I=ER,代入數(shù)據(jù)解得F=BELR=0.8 N,對棒受力分析如圖所示(從右向左看),兩環(huán)支持力的總和為2FN=F2+(mg)2,代入數(shù)據(jù)解得FN=0.5 N。由牛頓第三定律知,棒對每一個環(huán)的壓力為0.5 N,由圖中幾何關(guān)系有 tan =Fmg=0.80.6=43,得=53°,棒距環(huán)底的高度為h=r(

15、1-cos )=0.2 m。三、計(jì)算題11.答案(1)mv02eL(2)32L,L2(3)2L3v0解析(1)由題意得電子在有界圓形磁場區(qū)域內(nèi)受洛倫茲力做圓周運(yùn)動,設(shè)圓周運(yùn)動軌跡半徑為r,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0,則有ev0B0=mv02r過A、B點(diǎn)分別作速度的垂線交于C點(diǎn),則C點(diǎn)為軌跡圓的圓心,已知B點(diǎn)速度與x軸夾角為60°,由幾何關(guān)系得軌跡圓的圓心角C=60°AC=BC=r,已知OA=L,得OC=r-L由幾何知識得r=2L聯(lián)立解得B0=mv02eL(2)由于ABO在有界磁場圓上,AOB=90°,得AB為有界磁場圓的直徑,故AB的中點(diǎn)為磁場區(qū)域的圓心O1,由幾何關(guān)

16、系知ABC為等邊三角形,磁場區(qū)域的圓心O1的坐標(biāo)為32L,L2。(3)電子做勻速圓周運(yùn)動,則圓周運(yùn)動的周期為T=2rv0=4Lv0電子在磁場中運(yùn)動的時間t=60°360°T=T6=2L3v0。12.答案(1)mvqa(2)(2+-3)av+2mvqE解析(1)設(shè)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌跡半徑為R,則qvB=mv2R粒子自A點(diǎn)射出,由幾何知識知R=a解得B=mvqa(2)粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期T=2av如圖所示,粒子從磁場中的P點(diǎn)射出,因磁場圓和粒子的軌跡圓的半徑相等,OO1PO2構(gòu)成菱形,故粒子在P點(diǎn)的出射方向與y軸平行,粒子由O到P所對應(yīng)的圓心角為1=60

17、6;由幾何知識可知,P點(diǎn)到x軸的距離s=a cos 粒子在電場中做勻變速運(yùn)動,在電場中運(yùn)動的時間t1=2mvqE粒子由P點(diǎn)第2次進(jìn)入磁場,由Q點(diǎn)射出,PO1QO3構(gòu)成菱形,由幾何知識可知Q點(diǎn)在x軸上,粒子由P到Q對應(yīng)的圓心角為2=120°,則1+2=粒子先后在磁場中運(yùn)動的總時間t2=T2粒子在場區(qū)之間做勻速運(yùn)動的時間t3=2(a-s)v解得粒子從射入磁場到最終離開磁場的時間t=t1+t2+t3=(2+-3)av+2mvqE13.答案見解析解析(1)當(dāng)粒子運(yùn)動軌跡恰好與x軸相切時,恰好能進(jìn)入?yún)^(qū)域故粒子運(yùn)動半徑R>3L粒子運(yùn)動半徑滿足:qBv0=mv02R代入v0=qB0L2m解得B<B06(2)粒子在區(qū)域中的運(yùn)動半徑r=mv0qB0=L2若粒子在區(qū)域中的運(yùn)動半徑R較小,則粒子會從AC邊射出磁場。恰好不從AC邊射出時滿足O2O1Q=2,如圖所示sin 2=2 sin cos =2425又sin 2=rR-r解得R=4924r=4948Lv0=qB0L2m可得:B=mv0qR=24B049(3)若粒子由