高中物理粵教版1第三章磁場(chǎng) 章末質(zhì)量評(píng)估(三)

章末質(zhì)量評(píng)估(三)一、單項(xiàng)選擇題(本題共10小題，每題3分，共30分．每小題中只有一個(gè)選項(xiàng)是正確的，選對(duì)得3分，錯(cuò)選不選或多選均不得分．)1．如圖所示的四個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，不能表明在電流周?chē)墚a(chǎn)生磁場(chǎng)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(chǎng)中受到力的作用C．圖丙中，當(dāng)電流方向相同時(shí)，導(dǎo)線相互靠近D．圖丁中，當(dāng)電流方向相反時(shí)，導(dǎo)線相互遠(yuǎn)離答案：B2．如圖所示，一段導(dǎo)線abcd位于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且與磁場(chǎng)方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab、bc和cd的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，且∠abc＝∠bcd＝135°.流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．導(dǎo)線段abcd所受磁場(chǎng)的合力()A．方向沿紙面向上，大小為(eq\r(2)＋1)ILBB．方向沿紙面向上，大小為(eq\r(2)－1)ILBC．方向沿紙面向下，大小為(eq\r(2)＋1)ILBD．方向沿紙面向下，大小為(eq\r(2)－1)ILB解析：將導(dǎo)線分為三段直導(dǎo)線，根據(jù)左手定則分別判斷出安培力的大小，根據(jù)F＝BIL計(jì)算出安培力的大小，再求合力．導(dǎo)線所受合力F＝BIL＋2BILsin45°＝(eq\r(2)＋1)ILB.答案：A3．關(guān)于磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是()A．磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體一定有力的作用B．磁場(chǎng)對(duì)放入其中的電流一定有力的作用C．磁場(chǎng)對(duì)放入其中的運(yùn)動(dòng)電荷一定有力的作用D．磁感線實(shí)際上是不存在的，所以不可能模擬出磁感線解析：磁場(chǎng)對(duì)放入其中的磁體一定有磁場(chǎng)力作用，故A正確；磁場(chǎng)對(duì)放入其中的電流不一定有磁場(chǎng)力的作用，當(dāng)平行于磁場(chǎng)放時(shí)，一定沒(méi)有磁場(chǎng)力；當(dāng)垂直放入磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)力最大，故B錯(cuò)誤；磁場(chǎng)對(duì)放入其中的運(yùn)動(dòng)電荷不一定有力的作用，當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，就沒(méi)有磁場(chǎng)力，故C錯(cuò)誤；磁感線實(shí)際上是不存在的，但可以用細(xì)鐵屑來(lái)體現(xiàn)出磁感線，故D錯(cuò)誤．答案：A4．如圖所示，在傾角為α的光滑斜面上，垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)，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(shí)，欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，下列外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)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：A5．關(guān)于地磁場(chǎng)，下列說(shuō)法正確的是()A．地球是一個(gè)巨大的磁體，地磁N極在地理北極附近，S極在地理南極附近B．地磁場(chǎng)在地表附近某處，有兩個(gè)分量，水平分量指向地理北極附近，豎直分量一定豎直向下C．若能將指南針?lè)旁诘匦?，則它的N極指向地球北極D．若能將指南針?lè)旁诘匦?，則它的N極指向地球南極解析：地理北極附近是地磁南極，地理南極附近是地磁北極．故A不符合題意．地磁場(chǎng)的磁感線可分解成兩個(gè)分量，水平分量指向地理北極附近，若在北半球，則豎直分量豎直向下；若是南半球，則是豎直向上．故B不符合題意．磁感線是閉合曲線，地球內(nèi)部的磁感線是從S極到N極，因此若能將指南針?lè)旁诘匦模瑒t它的N極指向地球的南極．故C不符合題意，D符合題意．答案：D6．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(dòng)情況是()A．線框靜止 B．線框向右勻速運(yùn)動(dòng)C．線框向左勻速運(yùn)動(dòng) D．線框向右加速運(yùn)動(dòng)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(dòng)．故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．答案：D7．有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的是()A．通電直導(dǎo)線處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用B．安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)C．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受到洛倫茲力做正功D．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力方向與磁場(chǎng)方向平行解析：通電直導(dǎo)線處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若電流的方向與磁場(chǎng)方向平行，則不受安培力．故A錯(cuò)誤；安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．故B正確；洛倫茲力的方向與速度方向垂直，洛倫茲力不做功．故C錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則知，安培力的方向與磁場(chǎng)方向垂直．故D錯(cuò)誤．答案：B8．帶電粒子進(jìn)入云室會(huì)使云室中的氣體電離，從而顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖是在有勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)B垂直紙面向里．該粒子在運(yùn)動(dòng)時(shí)，其質(zhì)量和電荷量不變，而動(dòng)能逐漸減少．下列說(shuō)法正確的是()A．粒子先經(jīng)過(guò)a點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)b點(diǎn)B．粒子先經(jīng)過(guò)b點(diǎn)，再經(jīng)過(guò)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(dòng)時(shí)，速度逐漸減小，根據(jù)r＝eq\f(mv,qB)可知其運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑逐漸減小，故粒子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛蒩到b，故A正確，B錯(cuò)誤；運(yùn)動(dòng)方向由a到b，磁場(chǎng)垂直紙面向里，所受洛倫茲力方向指向運(yùn)動(dòng)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(cuò)誤．答案：A9．環(huán)形對(duì)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(guò)電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對(duì)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(chǎng)，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(dòng)，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(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A．對(duì)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(duì)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(duì)于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期越大D．對(duì)于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(dòng)的半徑和周期表達(dá)式，再進(jìn)行分析．電子在加速電場(chǎng)中，根據(jù)動(dòng)能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，電子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(dòng)的半徑r＝eq\f(mv,qB)，周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB).A、B對(duì)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越小．故A錯(cuò)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(huì)減?。蔆、D錯(cuò)誤．答案：B10．回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子的裝置，如圖所示，它的核心部分是兩個(gè)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(chǎng)，使帶電粒子每次通過(guò)窄縫都得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過(guò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)能較大解析：因?yàn)榧铀倨魉拥母哳l交流電源的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，而粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與粒子的運(yùn)動(dòng)速度沒(méi)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(cuò)誤；再根據(jù)最大動(dòng)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(dòng)能較小，故A正確，B錯(cuò)誤．答案：A二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題，每題6分，共24分．每小題有多個(gè)選項(xiàng)是正確的，全選對(duì)得6分，少選得3分，選錯(cuò)、多選或不選得0分．)11．磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向，是指()A．放在該點(diǎn)的小磁針N極的受力方向B．放在該點(diǎn)的小磁針靜止后N極的指向C．磁感線在該點(diǎn)的切線方向D．與放在磁場(chǎng)中該點(diǎn)的通電導(dǎo)線所受安培力的方向一致解析：我們規(guī)定：磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與放在該點(diǎn)的小磁針N極的受力方向一致與放在該點(diǎn)的小磁針靜止后N極的指向一致，故A、B正確；為了使用磁感線形象地描述磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向，規(guī)定磁場(chǎng)的方向沿磁感線在該點(diǎn)的切線的方向，故C正確；磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與放在磁場(chǎng)中該點(diǎn)的通電導(dǎo)線所受安培力的方向垂直，故D錯(cuò)誤．答案：ABC12．如圖所示是用電子射線管演示帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力的實(shí)驗(yàn)裝置，圖中虛線是帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，那么下列關(guān)于此裝置的說(shuō)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(cuò)誤，B正確；電子是從A向B運(yùn)動(dòng)，且洛倫茲力向下，則由左手定則可得磁場(chǎng)方向由C向D，故C正確，D錯(cuò)誤．答案：BC13．如圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)光滑的絕緣水平面，平面上一個(gè)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(dòng)．在某時(shí)刻細(xì)線斷開(kāi)，小球仍然在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法錯(cuò)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(cuò)誤；若線斷前，線中無(wú)拉力，只有洛倫茲力提供向心力，則線斷后無(wú)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(shí)，線斷后qvB＝meq\f(v2,r)，小球做圓周運(yùn)動(dòng)的繞行方向發(fā)生變化，當(dāng)F－qvB＝qvB，即F＝2qvB時(shí)，半徑、周期都不變；當(dāng)F－qvB＞qvB，即F＞2qvB時(shí)，半徑、周期都變大；當(dāng)F－qvB＜qvB，即F＜2qvB時(shí)，半徑、周期都變小，故D正確．答案：AC14．如圖所示，兩根長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)．導(dǎo)線均通有大小相等、方向向上的電流．已知長(zhǎng)直導(dǎo)線在周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)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(dòng)到b點(diǎn)．關(guān)于上述過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是()A．小球先做加速運(yùn)動(dòng)后做減速運(yùn)動(dòng)B．小球一直做勻速直線運(yùn)動(dòng)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(guò)M和N的導(dǎo)線電流方向都向上且大小相等，在M、N周?chē)a(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虼艌?chǎng)，由于磁場(chǎng)的疊加，從a到b合磁場(chǎng)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(dòng)方向垂直，小球運(yùn)動(dòng)速度不變，故選項(xiàng)B、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(zhǎng)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(kāi)始時(shí)炮彈靜止在軌道的一端，通以電流后炮彈會(huì)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(zhǎng)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(dòng)時(shí)，它所在處磁場(chǎng)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(guò)程中電流產(chǎn)生的焦耳熱(1)通過(guò)導(dǎo)軌的電流I；(2)發(fā)射過(guò)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(dòng)，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(chǎng)中，有一長(zhǎng)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(mǎn)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(gè)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(kāi)關(guān)S、電動(dòng)勢(shì)為E的無(wú)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(kāi)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(gè)玻璃管T1和T2液面哪個(gè)高，簡(jiǎn)要說(shuō)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)中，經(jīng)一段時(shí)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(dòng)到P點(diǎn)所用的時(shí)間是多大？解析：電子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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