高中物理滬科版1第五章磁場與回旋加速器單元測試 2023版章末綜合測評5

章末綜合測評(五)(時間：60分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共10小題，每小題6分，共60分．在每小題給出的四個選項(xiàng)中第1～7題只有一項(xiàng)符合題目要求，第8～10題有多項(xiàng)符合題目要求，全部選對的得6分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分)1．在勻強(qiáng)磁場中某處P放一個長度為L＝20cm，通電電流I＝A的直導(dǎo)線，測得它受到的最大磁場力F＝N，其方向豎直向上，現(xiàn)將該通電導(dǎo)線從磁場撤走，則P處磁感應(yīng)強(qiáng)度為()A．零B．10T，方向豎直向上C．T，方向豎直向下D．10T，方向肯定不沿豎直向上的方向【解析】由B＝eq\f(F,IL)，得B＝eq\f(1,×T＝10T.因?yàn)锽的方向與F的方向垂直，所以B的方向不會沿豎直向上的方向．【答案】D2．關(guān)于電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說法正確的是()A．電場強(qiáng)度的定義式E＝eq\f(F,q)，適用于任何電場B．由真空中點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度公式E＝eq\f(kQ,r2)可知，當(dāng)r→0，E→＋∞C．由公式B＝eq\f(F,IL)可知，一小段通電導(dǎo)線在某處若不受磁場力則說明此處一定無磁場D．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是置于該處的通電導(dǎo)線所受的安培力方向【解析】電場強(qiáng)度的定義式E＝eq\f(F,q)，適用于任何電場，故A正確．當(dāng)r→0時，電荷已不能看成點(diǎn)電荷，公式E＝eq\f(kQ,r2)不再成立，故B錯誤．由公式B＝eq\f(F,IL)可知，一小段通電導(dǎo)線在某處若不受磁場力，可能是B的方向與電流方向平行，所以此處不一定無磁場，故C錯誤．磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和該處通電導(dǎo)線所受的安培力方向垂直，故D錯誤．【答案】A3.一個帶電粒子在磁場力的作用下做勻速圓周運(yùn)動，要想確定該帶電粒子的比荷，則只需要知道()A．運(yùn)動速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度BB．磁感應(yīng)強(qiáng)度B和運(yùn)動周期TC．軌跡半徑R和運(yùn)動速度vD．軌跡半徑R和磁感應(yīng)強(qiáng)度B【解析】帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，利用半徑公式r＝eq\f(mv,qB)可知，要想確定該帶電粒子的比荷，則只需要知道運(yùn)動速度v、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和軌跡半徑R，故A、C、D錯誤；由周期公式T＝eq\f(2πm,qB)可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度B和運(yùn)動周期T可確定帶電粒子的比荷，B正確．【答案】B4．如圖1所示，在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場．一個不計(jì)重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O處以速度v進(jìn)入磁場，粒子進(jìn)入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成120°角．若粒子穿過y軸正半軸后在磁場中到x軸的最大距離為a，則該粒子的比荷和所帶電荷的正負(fù)是()【導(dǎo)學(xué)號：29682116】圖1\f(3v,2aB)，正電荷 \f(v,2aB)，正電荷\f(3v,2aB)，負(fù)電荷 \f(v,2aB)，負(fù)電荷【解析】粒子能穿過y軸的正半軸，所以該粒子帶負(fù)電荷，其運(yùn)動軌跡如圖所示，A點(diǎn)到x軸的距離最大，為R＋eq\f(1,2)R＝a，R＝eq\f(mv,qB)，得eq\f(q,m)＝eq\f(3v,2aB)，故C正確．【答案】C5．質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖2所示．粒子源S發(fā)出各種不同的正粒子束，粒子從S出來時速度很小，可以看作初速度為零，粒子經(jīng)過加速電場加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(圖中線框所示)，并沿著半圓周運(yùn)動而達(dá)到照相底片上的P點(diǎn)，測得P點(diǎn)到入口的距離為x.則以下說法正確的是()圖2A．若粒子束不是同位素，則x越大，正粒子的質(zhì)量一定越大B．若粒子束是同位素，則x越大，質(zhì)量一定越小C．只要x相同，則正粒子的質(zhì)量一定相同D．只要x相同，則正粒子的比荷一定相同【解析】粒子在加速電場被加速，有qU＝eq\f(1,2)mv2，然后粒子進(jìn)入磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其軌道為半圓，故有eq\f(x,2)＝eq\f(mv,qB).由以上二式可解得：m＝eq\f(qB2x2,8U).若粒子束為同位素，q相同，則x越大，m越大；若x相同，則粒子束比荷eq\f(q,m)一定相同．正確選項(xiàng)為D.【答案】D6．如圖3所示，金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，棒中通以由M向N的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ.如果僅改變下列某一個條件，θ角的相應(yīng)變化情況是()圖3A．棒中的電流變大，θ角變大B．兩懸線等長變短，θ角變小C．金屬棒質(zhì)量變大，θ角變大D．磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，θ角變小【解析】金屬棒的受力情況如圖所示，則有tanθ＝eq\f(F安,mg)＝eq\f(BIL,mg).當(dāng)棒中的電流I變大或者磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大時，因?yàn)橹亓Σ蛔?，所以θ角會變大，選項(xiàng)A對，D錯；兩懸線等長變短對θ角沒有影響，選項(xiàng)B錯；當(dāng)金屬棒的質(zhì)量變大時，θ角變小，選項(xiàng)C錯．【答案】A7.在長方形abcd區(qū)域內(nèi)有正交的電磁場，ab＝eq\f(bc,2)＝L，一帶電粒子從ad的中點(diǎn)垂直于電場和磁場方向射入，恰沿直線從bc邊的中點(diǎn)P射出，若撤去磁場，則粒子從c點(diǎn)射出；若撤去電場，則粒子將(重力不計(jì))()圖4A．從b點(diǎn)射出B．從b、P間某點(diǎn)射出C．從a點(diǎn)射出D．從a、b間某點(diǎn)射出【解析】粒子在復(fù)合場中沿直線運(yùn)動，則qE＝qv0B，當(dāng)撤去磁場時，L＝eq\f(1,2)at2，t＝eq\f(L,v0)，a＝eq\f(qE,m).撤去電場時，qv0B＝eq\f(mv\o\al(2,0),r)，可以求出r＝eq\f(1,2)L.故粒子從a點(diǎn)射出，C正確．【答案】C8.如圖5所示，一根通電直導(dǎo)線垂直放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T的勻強(qiáng)磁場中，在以導(dǎo)線截面的中心為圓心，r為半徑的圓周上有a、b、c、d四個點(diǎn)．已知a點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，則下列敘述正確的是()圖5A．直導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里B．b點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為eq\r(2)T，方向斜向上，與B的夾角為45°C．c點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度為0D．d點(diǎn)的實(shí)際磁感應(yīng)強(qiáng)度與b點(diǎn)相同【解析】a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，表明通電直導(dǎo)線在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁場方向水平向左，大小為1T．由安培定則可知電流方向向里，A正確；它在b、c、d點(diǎn)產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為1T，b點(diǎn)方向豎直向上，c點(diǎn)方向水平向右，d點(diǎn)方向豎直向下．由磁場的疊加可知b、d兩點(diǎn)合磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為eq\r(2)T，b點(diǎn)方向斜向上，d點(diǎn)方向斜向下；c點(diǎn)方向?yàn)?T，方向水平向右，B正確，C、D錯誤．【答案】AB9．如圖6所示，質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電液滴從h高處自由下落，進(jìn)入一個互相垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場強(qiáng)度為E.已知液滴在此區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動，則圓周運(yùn)動的半徑r為()【導(dǎo)學(xué)號：29682117】圖6\f(E,B)eq\r(\f(2h,g)) \f(B,E)eq\r(\f(2h,g))\f(m,qB)eq\r(2gh) \f(qB,m)eq\r(2gh)【解析】設(shè)帶電液滴進(jìn)入虛線下方時的速度為v，由機(jī)械能守恒守律可得：mgh＝eq\f(1,2)mv2，液滴能在下方空間做勻速圓周運(yùn)動，則應(yīng)滿足：mg＝Eq，Bvq＝meq\f(v2,r).由以上三式可求得：r＝eq\f(m,qB)eq\r(2gh)＝eq\f(E,B)eq\r(\f(2h,g))，故A、C正確．【答案】AC10．電磁軌道炮的工作原理如圖7所示．待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保持良好接觸．電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回．軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強(qiáng)磁場)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與I成正比．通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出．現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是()圖7A．只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍B．只將電流I增加至原來的2倍C．只將彈體質(zhì)量減至原來的一半D．將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變【解析】由題意可知磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝kI，安培力F＝BId＝kI2d，由動能定理可得FL＝eq\f(mv2,2)，解得v＝Ieq\r(\f(2kdL,m))，由此式可判斷B、D正確．【答案】BD二、計(jì)算題(本題共3小題，共40分．按題目要求作答)11．(12分)如圖8所示，傾角為θ＝30°的光滑導(dǎo)體滑軌A和B，上端接入一電動勢E＝3V、內(nèi)阻不計(jì)的電源，滑軌間距為L＝m，將一個質(zhì)量為m＝kg、電阻R＝Ω的金屬棒水平放置在滑軌上，若滑軌周圍存在著垂直于滑軌平面的勻強(qiáng)磁場，當(dāng)閉合開關(guān)S后，金屬棒剛好靜止在滑軌上，求滑軌周圍空間的磁場方向和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?。?重力加速度g取10m/s2)圖8【解析】合上開關(guān)S后，由閉合電路歐姆定律得：I＝eq\f(E,R)經(jīng)分析可知，金屬棒受力如圖所示，金屬棒所受安培力F＝BIL沿斜面方向受力平衡F＝mgsinθ以上各式聯(lián)立可得：B＝T磁場方向垂直導(dǎo)軌面斜向下．【答案】磁場方向垂直導(dǎo)軌面斜向下T12．(14分)如圖9所示，寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，MM′和NN′是它的兩條邊界，現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子沿圖示方向垂直磁場射入．要使粒子不能從邊界NN′射出，則粒子入射速率v的最大值可能是多少？【導(dǎo)學(xué)號：29682118】圖9【解析】若帶正電荷，軌跡是如圖所示上方與NN′相切的eq\f(1,4)圓弧，軌道半徑R＝eq\f(mv,Bq)又d＝R－eq\f(R,\r(2))，解得v＝eq\f(2＋\r(2)Bqd,m)若帶負(fù)電荷，軌跡如圖所示下方與NN′相切的eq\f(3,4)圓弧，則有d＝R＋eq\f(R,\r(2))解得v＝eq\f(2－\r(2)Bqd,m).【答案】eq\f(2＋\r(2)Bqd,m)或eq\f(2－\r(2)Bqd,m)13．(14分)一臺質(zhì)譜儀的工作原理如圖10所示，電荷量均為＋q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場，其初速度幾乎為零．這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，最后打在底片上．已知放置底片的區(qū)域MN＝L，且OM＝L.某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)eq\f(2,3)區(qū)域MQ損壞，檢測不到離子，但右側(cè)eq\f(1,3)區(qū)域QN仍能正常檢測到離子．在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后，原本打在MQ的離子即可在QN檢測到．圖10(1)求原本打在MN中點(diǎn)P的離子質(zhì)量m；(2)為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍．【解析】(1)離子在電場中加速，qU0＝eq\f(1,2)mv2在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，qvB＝meq\f(v2,r0)解得r0＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU0,q))