【創(chuàng)新設計】2020-2021學年魯科版物理選修3-1對點練習：第六章末檢測

章末檢測(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共6小題，每小題4分，共24分)1．下面關于磁場的說法正確的是()A．某點一小段通電直導線受到的磁場力方向與該點磁場的方向全都B．某點小磁針北極的受力方向與該點磁場方向全都C．某點小磁針的南極指向，即為該點的磁場方向D．在通電螺線管外部小磁針北極受力方向與磁場方向全都，在內部小磁針北極受力方向與磁場方向相反答案B2．關于帶電粒子在電場或磁場中運動的表述，以下正確的是()A．帶電粒子在電場中某點受到的電場力方向與該點的電場強度方向相同B．正電荷只在電場力作用下，肯定從高電勢處向低電勢處運動C．帶電粒子在磁場中運動時受到的洛倫茲力方向與粒子的速度方向垂直D．帶電粒子在磁場中某點受到的洛倫茲力方向與該點的磁場方向相同答案C解析當帶電粒子帶負電時，在電場中某點受到的電場力方向與該點的電場強度方向相反，當帶電粒子帶負電時，受到的電場力方向與該點的電場強度方向相同，故A錯誤；由UAB＝eq\f(W,q)知，若電場力的方向與運動方向相反，電場力做負功，則正電荷將從低電勢處向高電勢處運動，故B錯誤；依據(jù)左手定則，帶電粒子在磁場中運動時受到的洛倫茲力方向肯定與速度的方向垂直．故C正確，D錯誤．所以選C.3．在雷雨天氣時，空中有很多陰雨云都帶有大量電荷，在一樓頂有一避雷針，其四周擺放一圈小磁針，當避雷針正上方的一塊陰雨云對避雷針放電時，發(fā)覺避雷針四周的小磁針的S極呈順時針排列(俯視)，則該塊陰雨云可能帶()A．正電荷B．負電荷C．正負電荷共存D．無法推斷答案B解析小磁針的S極順時針排列，說明磁場方向為逆時針，由安培定則可知，電流方向為豎直向上，即該陰雨云帶負電荷，故選項B正確．圖14．如圖1所示，當開關S閉合的時候，導線ab受力的方向應為()A．向右B．向左C．向紙外 D．向紙里答案D圖25．如圖2所示，空間存在水平向里、磁感應強度的大小為B的勻強磁場，磁場內有一絕緣的足夠長的直桿，它與水平面的傾角為θ，一帶電荷量為－q、質量為m的帶負電小球套在直桿上，從A點由靜止沿桿下滑，小球與桿之間的動摩擦因數(shù)為μ＜tanθ.則小球運動過程中的速度時間圖像可能是()答案C解析帶電小球套靜止時受到豎直向下的重力G、垂直斜面對上的支持力N和沿斜面對上的摩擦力f，小球下滑后，再受到一個垂直斜面對上的洛倫茲力F，沿斜面方向有：mgsinθ－μ(mgcosθ－F)＝ma，在垂直于斜面方向有：N＋F＝mgcosθ，由于小球加速，據(jù)F＝qvB，F(xiàn)增大而支持力N減小，據(jù)f＝μFN，摩擦力減小，導致加速度a增加；當速度v1增加到某個值時，消滅mgcosθ－F＝0，有mgsinθ＝ma，此時加速度最大；此后，F(xiàn)＞mgcosθ，支持力N反向，且速度越增加支持力N越大，摩擦力f也隨著增加，最終消滅mgsinθ＝f，之后小球做勻速下滑；所以只有C選項正確．圖36．帶電粒子以初速度v0從a點進入勻強磁場如圖3所示，運動中經(jīng)過b點，Oa＝Ob.若撤去磁場加一個與y軸平行的勻強電場，帶電粒子仍以速度v0從a點進入電場，仍能通過b點，則電場強度E和磁感應強度B的比值為()A．v0B.eq\f(1,v0)C．2v0D.eq\f(v0,2)答案C解析設Oa＝Ob＝d，因帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，所以圓周運動的半徑正好等于d即d＝eq\f(mv0,qB)，得B＝eq\f(mv0,qd).假如換成勻強電場，帶電粒子做類平拋運動，那么有d＝eq\f(1,2)·eq\f(qE,m)·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(d,v0)))eq\s\up12(2)得E＝eq\f(2mveq\o\al(2,0),qd)，所以eq\f(E,B)＝2v0.選項C正確．二、多項選擇題(本題共4小題，每小題4分，共16分)7．如圖直導線通入垂直紙面對里的電流，在下列勻強磁場中，能靜止在光滑斜面上的是()答案AC解析要使導線能夠靜止在光滑的斜面上，則導線在磁場中受到的安培力必需與重力或重力沿斜面對下的分力平衡，通過左手定則推斷得出，A、C是正確的．圖48．我國第21次南極科考隊在南極觀看到了秀麗的極光．極光是由來自太陽的高能帶電粒子流高速沖進高空淡薄大氣層時，被地球磁場俘獲，從而轉變原有運動方向，向兩極做螺旋運動，如圖4所示．這些高能粒子在運動過程中與大氣分子或原子猛烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有肯定特征的各種顏色的光．地磁場的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能達到地面而向人煙稀有的兩極偏移，為地球生命的誕生和維持供應了自然?的屏障．科學家發(fā)覺并證明，向兩極做螺旋運動的這些高能粒子的旋轉半徑是不斷減小的，這主要與下列哪些因素有關()A．洛倫茲力對粒子做負功，使其動能減小B．空氣阻力做負功，使其動能減小C．靠近南北兩極磁感應強度增加D．以上說法都不對答案BC解析洛倫茲力不做功，空氣阻力做負功．r＝eq\f(mv,qB)，速率減小，B增大，所以半徑減?。?．如圖5所示，帶電平行板中勻強電場方向豎直向下，勻強磁場方向水平向里，一帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點自由滑下，經(jīng)過軌道端點P進入板間恰好沿水平方向做直線運動．現(xiàn)使球從軌道上較低的b點開頭滑下，經(jīng)P點進入板間，在之后運動的一小段時間內()圖5A．小球的重力勢能可能會減小B．小球的機械能可能不變C．小球的電勢能肯定會削減D．小球動能可能減小答案AC圖610．為了測量某化工廠的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖6所示的流量計，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應強度為B的勻強磁場，在前后兩個內側固定有金屬板作為電極，污水布滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時間內排出的污水體積)，下列說法中正確的是()A．若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高B．前表面的電勢肯定低于后表面的電勢，與哪種離子多少無關C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無關答案BD解析由左手定則可知，正離子受洛倫茲力向后表面偏，負離子向前表面偏，前表面的電勢肯定低于后表面的電勢，流量Q＝eq\f(V,t)＝eq\f(vbct,t)＝vbc，其中v為離子定向移動的速度，當前后表面電壓肯定時，離子不再偏轉，受洛倫茲力和電場力達到平衡，即qvB＝eq\f(U,b)q，得v＝eq\f(U,bB)則流量Q＝eq\f(U,Bb)·bc＝eq\f(U,B)c，故Q與U成正比，與a、b無關．三、填空題(每空3分，共12分)圖711．如圖7所示為圓柱形區(qū)域的橫截面，在該區(qū)域加沿圓柱軸線方向的勻強磁場．帶電粒子(不計重力)第一次以速度v1沿截面直徑入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉60°角；該帶電粒子其次次以速度v2從同一點沿同一方向入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉90°角．則帶電粒子第一次和其次次在磁場中運動的半徑之比為________，速度之比為________，時間之比為________．答案eq\r(3)∶1eq\r(3)∶12∶3解析設磁場半徑為R，當?shù)谝淮我运俣葀1沿截面直徑入射時，依據(jù)幾何學問可得：eq\f(\f(1,2)r1,R)＝cos30°，即r1＝eq\r(3)R.當其次次以速度v2沿截面直徑入射時，依據(jù)幾何學問可得：r2＝R，所以eq\f(r1,r2)＝eq\f(\r(3),1)，兩次狀況下都是同一個帶電粒子在相等的磁感應強度下運動的，所以依據(jù)公式r＝eq\f(mv,Bq)，可得eq\f(v1,v2)＝eq\f(r1,r2)＝eq\f(\r(3),1)，由于周期T＝eq\f(2πm,Bq)，與速度無關，所以運動時間比為eq\f(t1,t2)＝eq\f(60,90)＝eq\f(2,3).圖812．質量為m，電量為q帶正電荷的小物塊從半徑為R的eq\f(1,4)光滑圓槽頂點由靜止下滑，整個裝置處于電場強度為E，磁感應強度為B的區(qū)域內如圖8所示，則小物塊滑到底端時對軌道的壓力為________．答案3mg－2qE＋qBeq\r(\f(2mg－qER,m))解析小物塊由靜止滑到最低點由動能定理得：mgR－qER＝eq\f(1,2)mv2，在最低點由牛頓其次定律得：FN－mg－qvB＝meq\f(v2,R)，聯(lián)立以上兩式得：FN＝3mg－2qE＋qBeq\r(\f(2mg－qER,m)).由牛頓第三定律，物塊對軌道的壓力FN′＝FN.四、計算題(本題共4小題，共48分)圖913．(8分)質量為m、長度為L的導體棒MN靜止于水平導軌上，通過MN的電流為I，勻強磁場的磁感應強度為B，其方向與導軌平面成θ角斜向上，如圖9所示，求MN受到的支持力和摩擦力．答案FN＝mg－BILcosθFf＝BILsinθ解析由于MN靜止，對導體棒進行受力分析如圖所示．由受力分析可得mg＝Fcosθ＋FN，F(xiàn)sinθ＝Ff.又由于安培力F＝BIL得，支持力FN＝mg－BILcosθ，摩擦力Ff＝BILsinθ.14．(12分)電視機的顯像管中，電子束的偏轉是用磁偏技術來實現(xiàn)的．電子束經(jīng)過電場加速后，以速度v進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖10所示．磁場方向垂直于圓面．磁場區(qū)的中心為O，半徑為r.當不加磁場時，電子束將通過O點而打到屏幕的中心M點．為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉一已知角度θ，此時磁場的磁感應強度B應為多少？圖10答案eq\f(mv,er)taneq\f(θ,2)解析如圖所示，作入射速度方向的垂線和出射速度方向的垂線，這兩條垂線的交點就是電子束在圓形磁場內做勻速圓周運動的圓心，其半徑為R，用m、e分別表示電子的質量和電荷量，依據(jù)牛頓其次定律得evB＝meq\f(v2,R)①依據(jù)幾何關系得taneq\f(θ,2)＝eq\f(r,R)②解以上兩式得B＝eq\f(mv,er)taneq\f(θ,2)圖1115．(14分)在平面直角坐標系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y軸負方向的勻強電場，第Ⅳ象限存在垂直于坐標平面對外的勻強磁場，磁感應強度為B.一質量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度v0垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成θ＝60°角射入磁場，最終從y軸負半軸上的P點垂直于y軸射出磁場，如圖11所示．不計粒子重力，求(1)M、N兩點間的電勢差UMN；(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑r；(3)粒子從M點運動到P點的總時間t.答案見解析解析(1)設粒子過N點時的速度為v，有eq\f(v0,v)＝cosθ①故v＝2v0②粒子從M點運動到N點的過程，有qUMN＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)③UMN＝eq\f(3mveq\o\al(2,0),2q)④(2)粒子在磁場中以O′為圓心做勻速圓周運動，半徑為O′N，有qvB＝eq\f(mv2,r)⑤r＝eq\f(2mv0,qB)⑥(3)由幾何關系得ON＝rsinθ⑦設粒子在電場中運動的時間為t1，有ON＝v0t1⑧t1＝eq\f(\r(3)m,qB)⑨粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T＝eq\f(2πm,qB)⑩設粒子在磁場中運動的時間為t2，有t2＝eq\f(π－θ,2π)T?t2＝eq\f(2πm,3qB)?t＝t1＋t2t＝eq\f(3\r(3)m＋2πm,3qB)?圖1216．(14分)如圖12所示，直角坐標系xOy位于豎直平面內，在水平的x軸下方存在勻強磁場和勻強電場，磁場的磁感應強度為B，方向垂直xOy平面對里，電場線平行于y軸．一質量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點水平向右拋出．經(jīng)x軸上的M點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，從x軸上的N點第一次離開電場和磁場，MN之間的距離為L，小球過M點時的速度方向與x軸正方向夾角為θ.不計空氣阻力，重力加速度為g，求：(1)電場強度E的大小和方向；(2)小球從A點拋出時初速度v0的大?。?3)A點到x軸的高度h.答案(1)E＝eq\f(mg,q)，豎直向上(2)eq\f(qBL,2m)cotθ(3)eq\f(q2B2L2,8m2g)解析(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運動，其所受電場力必需與重力平衡，有qE＝mg①E＝eq\f(mg,q)②重力的方向是豎直向下，電場力的方向則應為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場強度方向豎直