高中物理粵教版1第三章磁場【全國一等獎】

章末質(zhì)量評估(三)一、單項選擇題(本題共10小題，每題3分，共30分．每小題中只有一個選項是正確的，選對得3分，錯選不選或多選均不得分．)1．如圖所示的四個實(shí)驗現(xiàn)象中，不能表明在電流周圍能產(chǎn)生磁場的是()A．圖甲中，導(dǎo)線通電后磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．圖乙中，通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用C．圖丙中，當(dāng)電流方向相同時，導(dǎo)線相互靠近D．圖丁中，當(dāng)電流方向相反時，導(dǎo)線相互遠(yuǎn)離答案：B2．如圖所示，E、F分別表示蓄電池兩極，P、Q分別表示螺線管兩端．當(dāng)閉合開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)小磁針N極偏向螺線管Q端．下列判斷正確的是()A．F為蓄電池負(fù)極B．螺線管P端為S極C．流過電阻R的電流方向向下D．管內(nèi)磁場方向由Q指向P答案：D3．如圖所示，有一根直導(dǎo)線上通以恒定電流I，方向垂直指向紙內(nèi)，且和勻強(qiáng)磁場B垂直，則在圖中圓周上，磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值最大的點(diǎn)是()A．a(chǎn)點(diǎn) B．b點(diǎn)C．c點(diǎn) D．d點(diǎn)答案：A4．下列四幅圖關(guān)于各物理量方向間的關(guān)系中，正確的是()解析：由左手定則可知，安培力的方向總是與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，A錯誤；磁場的方向向下，電流的方向向里，由左手定則可知安培力的方向向左，B正確；由左手定則可知，洛倫茲力的方向總是與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直，C錯誤；通電螺線管產(chǎn)生的磁場的方向沿螺線管的軸線的方向，由題圖可知電荷運(yùn)動的方向與磁感線的方向平行，不受洛倫茲力，D錯誤．答案：B5．如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長為L，質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒．在導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向正確的是()A．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向上B．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向下C．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向下D．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向上解析：外加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直斜面向上，則沿斜面向上的安培力、支持力與重力，處于平衡狀態(tài)．答案：A6．如圖所示，在光滑水平面上放根固定的通電直導(dǎo)線，并在它旁邊與它在同一水平面內(nèi)放一通電矩形導(dǎo)線框，則導(dǎo)線框的運(yùn)動情況是()A．線框靜止 B．線框向右勻速運(yùn)動C．線框向左勻速運(yùn)動 D．線框向右加速運(yùn)動解析：直導(dǎo)線中的電流方向由下向上，根據(jù)安培定則，導(dǎo)線右側(cè)區(qū)域磁感應(yīng)強(qiáng)度方向向內(nèi)，根據(jù)左手定則，左邊受向右的安培力，右邊受到向左的安培力，上邊受到向上的安培力，下邊受到向下的安培力；離通電導(dǎo)線越遠(yuǎn)的位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度越小，故根據(jù)安培力公式F＝BIL，左邊受到的安培力大于右邊，上邊受到的安培力等于下邊受到的安培力，故線圈受通電直導(dǎo)線作用后將向右運(yùn)動．故D正確，A、B、C錯誤．答案：D7．帶電粒子進(jìn)入云室會使云室中的氣體電離，從而顯示其運(yùn)動軌跡，如圖是在有勻強(qiáng)磁場的云室中觀察到的粒子的軌跡，a和b是軌跡上的兩點(diǎn)，勻強(qiáng)磁場B垂直紙面向里．該粒子在運(yùn)動時，其質(zhì)量和電荷量不變，而動能逐漸減少．下列說法正確的是()A．粒子先經(jīng)過a點(diǎn)，再經(jīng)過b點(diǎn)B．粒子先經(jīng)過b點(diǎn)，再經(jīng)過a點(diǎn)C．粒子可以帶正電也可以帶負(fù)電D．粒子帶正電解析：粒子在云室中運(yùn)動時，速度逐漸減小，根據(jù)r＝eq\f(mv,qB)可知其運(yùn)動軌跡的半徑逐漸減小，故粒子運(yùn)動方向為由a到b，故A正確，B錯誤；運(yùn)動方向由a到b，磁場垂直紙面向里，所受洛倫茲力方向指向運(yùn)動軌跡內(nèi)側(cè)，故由左手定則可知該電荷帶負(fù)電，故C、D錯誤．答案：A8．環(huán)形對撞機(jī)是研究高能粒子的重要裝置．正、負(fù)離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動，從而在碰撞區(qū)迎面相撞，為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運(yùn)動，下列說法正確的是()A．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大B．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小C．對于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動的周期越大D．對于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運(yùn)動的周期都不變解析：由題意知道正負(fù)電子經(jīng)加速后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動，由洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律推導(dǎo)出電子圓周運(yùn)動的半徑和周期表達(dá)式，再進(jìn)行分析．電子在加速電場中，根據(jù)動能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，電子在勻強(qiáng)磁場中由洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，電子圓周運(yùn)動的半徑r＝eq\f(mv,qB)，周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB).A、B對于給定的加速電壓，v不變，又由題意得知，r不變，則帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，則B越?。蔄錯誤，B正確．C、D由上可知，加速電壓U越大，電子獲得的速度v越大，要保持半徑r不變，B應(yīng)增大，則T會減小．故C、D錯誤．答案：B9．回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示，它的核心部分是兩個D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，在兩盒間的窄縫中形成交變電場，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，通過兩盒間的窄縫時反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時通過特殊裝置被引出，如果用同一回旋加速器分別加速氚核(eq\o\al(3,1)H原子核)和α粒子(eq\o\al(4,2)He原子核)，比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動能的大小，可知()A．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動能較小B．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動能也較大C．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動能也較小D．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動能較大解析：因為加速器所加的高頻交流電源的周期與粒子做圓周運(yùn)動的周期相等，而粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期與粒子的運(yùn)動速度沒關(guān)系，故由公式T＝eq\f(2πm,qB)可知，氚核的交流電源的周期較大，故C、D均錯誤；再根據(jù)最大動能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BqR,m)))eq\s\up12(2)＝eq\f(B2q2R2,2m)，將氚核與氦核的相關(guān)電荷量與質(zhì)量代入，發(fā)現(xiàn)氚核獲得的最大動能較小，故A正確，B錯誤．答案：A10．如圖，某帶電粒子由靜止開始經(jīng)電壓為U的電場加速后，射入水平放置、電勢差為U′的兩導(dǎo)體板間的勻強(qiáng)電場中，帶電粒子沿平行于兩板的方向從兩板正中間射入，穿過兩板后又垂直于磁感線方向射入邊界線豎直的勻強(qiáng)磁場中，則粒子進(jìn)入磁場和射出磁場的M，N兩點(diǎn)間的距離d隨著U和U′的變化情況為(不計重力，不考慮邊緣效應(yīng))()A．d隨U變化，d隨U′變化B．d隨U變化，d與U′無關(guān)C．d與U無關(guān)，d與U′無關(guān)D．d與U無關(guān)，d隨U′變化解析：對于加速過程，有qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，得v0＝eq\r(\f(2qU,m))，帶電粒子在電場中做類平拋運(yùn)動，可將射出電場的粒子速度v分解成初速度方向與加速度方向，設(shè)出射速度與水平夾角為θ，則有v0＝vcosθ；而在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，設(shè)運(yùn)動軌跡對應(yīng)的半徑為R，由幾何關(guān)系可得，半徑與直線MN夾角正好等于θ，則eq\f(\f(1,2)d,R)＝cosθ，所以d＝eq\f(2Rv0,v)，又因為半徑公式R＝eq\f(mv,qB)，所以d＝eq\f(2mv0,qB)＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q)).故d隨U變化，d與U′無關(guān)．所以B正確，A、C、D錯誤，故選B.答案：B二、多項選擇題(本題共4小題，每題6分，共24分．每小題有多個選項是正確的，全選對得6分，少選得3分，選錯、多選或不選得0分．)11．如圖所示是用電子射線管演示帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的實(shí)驗裝置，圖中虛線是帶電粒子的運(yùn)動軌跡，那么下列關(guān)于此裝置的說法正確的有()A．A端接的是高壓直流電源的正極B．A端接的是高壓直流電源的負(fù)極C．C端是蹄形磁鐵的N極D．C端是蹄形磁鐵的S極解析：由圖可知，電子是從A端射出，則A端是高壓直流電源的負(fù)極，故A錯誤，B正確；電子是從A向B運(yùn)動，且洛倫茲力向下，則由左手定則可得磁場方向由C向D，故C正確，D錯誤．答案：BC12．如圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場穿過光滑的絕緣水平面，平面上一個釘子O固定一根細(xì)線，細(xì)線的另一端系一帶電小球，小球在光滑水平面內(nèi)繞O做勻速圓周運(yùn)動．在某時刻細(xì)線斷開，小球仍然在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，下列說法錯誤的是()A．速率變小，半徑變小，周期不變B．速率不變，半徑不變，周期不變C．速率變小，半徑變大，周期變大D．速率不變，半徑變小，周期變小解析：線斷后，小球只受洛倫茲力作用，由于洛倫茲力不做功，所以小球的速率一定不變，故A、C錯誤；若線斷前，線中無拉力，只有洛倫茲力提供向心力，則線斷后無影響，小球的軌跡不變，半徑不變，周期也不變，故B正確；若線斷前，繩中有拉力F且F－qvB＝meq\f(v2,r)時，線斷后qvB＝meq\f(v2,r)，小球做圓周運(yùn)動的繞行方向發(fā)生變化，當(dāng)F－qvB＝qvB，即F＝2qvB時，半徑、周期都不變；當(dāng)F－qvB＞qvB，即F＞2qvB時，半徑、周期都變大；當(dāng)F－qvB＜qvB，即F＜2qvB時，半徑、周期都變小，故D正確．答案：AC13．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)線在周圍產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，式中k是常數(shù)、I是導(dǎo)線中電流、r為點(diǎn)到導(dǎo)線的距離B＝keq\f(I,r).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．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恢痹谠龃蠼馕觯簱?jù)題意，由于通過M和N的導(dǎo)線電流方向都向上且大小相等，在M、N周圍產(chǎn)生逆時針方向磁場，由于磁場的疊加，從a到b合磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度方向先向里后向外且大小先減小后增加，帶電小球受到的洛倫茲力據(jù)f＝qvB可知先向上后向下且先減小后增加，而帶電小球?qū)ψ烂娴膲毫椋篘＝G－f，則壓力大小為：一直增加；由于洛倫茲力方向與帶電小球運(yùn)動方向垂直，小球運(yùn)動速度不變，故選項B、D正確．答案：BD14．用相同金屬材料制成的兩根粗細(xì)均勻的電阻絲，質(zhì)量分別為m1、m2，橫截面積分別為S1、S2.若電阻絲兩端加相同的電壓，垂直于磁場方向放入同一勻強(qiáng)磁場中，兩電阻絲所受的安培力F1、F2的大小關(guān)系為()A．若m1＞m2，S1＝S2，則F1＞F2B．若m1＜m2，S1＝S2，則F1＝F2C．若m1＝m2，S1＞S2，則F1＝F2D．若m1＝m2，S1＜S2，則F1＜F2解析：導(dǎo)線的長度為L＝eq\f(m,ρ密度S)，電阻阻值為R＝ρ電·eq\f(m,ρ密度S2)，所以電流為I＝eq\f(U,R)＝eq\f(Uρ密度S2,mρ電)，安培力為F＝BIL＝eq\f(BUS,ρ)，所以安培力與電阻絲的質(zhì)量無關(guān)，與其橫截面積成正比；A．若m1＞m2，S1＝S2，則F1＝F2，故A錯誤；B．若m1＜m2，S1＝S2，則F1＝F2，故B正確；C．若m1＝m2，S1＞S2，則F1＞F2，故C錯誤；D．若m1＝m2，S1＜S2，則F1＜F2，故D正確．答案：BD三、非選擇題(共4小題，共46分)15．(10分)最近研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮，其原理如圖所示．炮彈(可視為長方形導(dǎo)體)置于兩固定的平行導(dǎo)軌之間，并與軌道壁密接．開始時炮彈靜止在軌道的一端，通以電流后炮彈會被磁力加速，最后從位于導(dǎo)軌另一端的出口高速射出．設(shè)兩導(dǎo)軌之間的距離d＝0.10m，導(dǎo)軌長L＝5.0m，炮彈質(zhì)量m＝0.30kg.導(dǎo)軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示．可認(rèn)為，炮彈在軌道內(nèi)運(yùn)動時，它所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為B＝T，方向垂直于紙面向里．若炮彈出口速度為v＝×103m/s，忽略摩擦力與重力的影響以及發(fā)射過程中電流產(chǎn)生的焦耳熱(1)通過導(dǎo)軌的電流I；(2)發(fā)射過程中電源的最大輸出功率P.解析：(1)炮彈的加速度為：a＝eq\f(IdB,m)，炮彈做勻加速運(yùn)動，有：v2＝2aL，代入題給數(shù)據(jù)得I＝×105A.(2)電源的最大輸出功率：P＝IdB·v，解得：P＝×108W.答案：(1)×105A(2)×1016．(10分)如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一長方體形的厚度為d、左右側(cè)面的表面積為S的絕緣容器，容器內(nèi)裝滿密度為ρ的導(dǎo)電液體，容器兩側(cè)面中心處連有兩豎直放置的玻璃管T1和T2，容器的上、下兩個面均是用不能和導(dǎo)電液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的鉑金制成的極板A、K，并與開關(guān)S、電動勢為E的無內(nèi)阻電源相接組成電路，容器的兩側(cè)面均和磁感線方向平行．當(dāng)合上開關(guān)S后，發(fā)現(xiàn)兩玻璃管中導(dǎo)電液體液面的高度差為h.(1)判斷兩個玻璃管T1和T2液面哪個高，簡要說明理由；(2)求導(dǎo)電液體的電阻R.解析：(1)導(dǎo)電液體中電流由下向上，磁場方向向里，由左手定則知安培力方向向左，故T1的液面較高．(2)設(shè)導(dǎo)電液體受到的安培力在液體中產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)為p1，則安培力F＝p1S.由液體內(nèi)壓強(qiáng)公式知p1＝ρgh，解得安培力F＝ρghS，又有安培力公式F＝BId，電流I＝eq\f(E,R)，聯(lián)立解得：R＝eq\f(BEd,ρghS).答案：(1)導(dǎo)電液體中電流由下向上，磁場方向向里，由左手定則知安培力方向向左，故T1的液面較高(2)eq\f(BEd,ρghS)17．(12分)電子(e，m)以速度v0與x軸成30°角垂直射入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，經(jīng)一段時間后，打在x軸上的P點(diǎn)，如圖所示，求：P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離是多大？電子由O點(diǎn)運(yùn)動到P點(diǎn)所用的時間是多大？解析：電子在磁場中受洛倫茲力作用做勻速圓周運(yùn)動，軌跡如圖所示，由圖可知：弦切角為30°，所以圓心角為60°，P點(diǎn)到O點(diǎn)的距離等于半