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磁场单元测试


磁场单元过关测试题 第Ⅰ卷(选择题 共 40 分)

一、本题共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分.在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一 个选项正确,有的小题有多个选项正确.全部选对的得 4 分,选不全的得 2 分,有选错 或不答的得 0 分. 1.下列说法中正确的是 A.磁极之间的相互作用是通过磁场发生的 B.磁感线就是细铁屑在磁铁周围排列出的曲

线 C.磁场的方向就是通电导体在磁场中某点受磁场作用力的方向 D.因为 B ?
F ,所以某处磁感强度的大小与放在该处的小段通电导线 IL 乘积成反比 IL





2.下列关于磁电式电流表的说法中正确的是 A.磁电式电流表内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的 B.磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成反比 C.磁电式电流表的优点是灵敏度高,缺点是允许通过的电流很弱 D.磁电式电流表的工作原理是安培力对通电线框的转动作用 3.如图 1 所示,蹄形磁体用悬线悬于 O 点,在磁体的正下方有一 水平放置的长直导线,当导线通以由左向右的电流时,蹄形磁 体的运动情况将是 A.静止不动 C.N 极向纸外转动,S 级向纸内转动 ( B.向纸外运动
N


O



S

图1



D.N 极向纸内转动,S 级向纸外转动

4.如图 2 所示,在纸面内有两根长直的平行绝缘线 A 和 B,它们都带有均 匀分布的正电荷,当它们沿各自的直线向相反方向运动时,绝缘线 B 所 受磁力的方向是 A.垂直纸面向里 C.在纸面内,方向向左 B.垂直纸面向外 D.在纸面内,方向向右
I1 a d 图3 A + + 左+ + + 图2 c I2 × B + + +右 + +





5.两根通电的长直导线平行放置,电流分别为 I1 和 I2,且 I1>I2,电 流的方向如图 3 所示,在与导线垂直的平面上有 a、b、c、d 四 点,其中 a、b 在导线横截面连线的延长线上,c、d 在导线横截 面连线的垂直平分线上, 则导体中的电流在这四点产生的磁场的 磁感应强度可能为零的是 (
1

b



A.a 点

B.b 点

C.c 点

D.d 点

6.如图 4 所示,一金属直杆 MN 两端接有导线,悬挂于线圈上方,MN 与线圈轴线均处于竖 直平面内,为使 MN 垂直于纸面向外运动,可以 ( A.将 a、c 端接在电源正极,b、d 端接在电源负极 B.将 b、d 端接在电源正极,a、c 端接在电源负极 C.将 a、d 端接在电源正极,b、c 端接在电源负极 D.将 a、c 端接在交流电源的一端,b、d 端接在交 流电源的另一端 7.在图 5 中,水平导线中有电流 I 通过,导线正下方的电子初速 度的方向与电流 I 的方向相同,则电子将 A.沿路径 a 运动,轨迹是圆 B.沿路径 a 运动,轨迹半径越来越大 C.沿路径 a 运动,轨迹半径越来越小 D.沿路径 b 运动,轨迹半径越来越小 8.如图 6 所示,虚线框 abcd 内为一矩形匀强磁场区域,ab=2bc,磁 场方向垂直于纸面;实线框 a′b′c′d′是一正方形导线框,a′b′ 边与 ab 边平行.若将导线框匀速地拉离磁场区域,以 W1 表示沿平
d/ 图6 a/ a b b/ 图4 I b







v 图5 a

d

c

c/

行于 ab 的方向拉出过程中外力所做的功, 2 表示以同样速率沿平行于 bc 的方向拉出过程 W 中外力所做的功,则 A.W1=W2 B.W2=2W1 ( ) D.W2=4W1

C.W1=2W2

9.目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图 7 所示 表示它的发电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大 量带正电和负电的粒子,而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射 入磁场, 磁场中有两块金属板 A、 这时金属板上就聚集了电荷. B, 在 磁极配置如图中所示的情况下,下述说法正确的是 A.A 板带正电 B.有电流从 B 经用电器流向 A C.金属板 A、B 间的电场方向向下 D.等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力 10.回旋加速器是获得高能带电粒子的装置,其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连 的两个 D 形盒, 两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场, 使粒子在通过狭缝时都能得到加速,
2





两 D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中, 如图 8 所示, 关于回旋加速器下列正确的是 ( A.狭缝间的电场对粒子起加速作用,因此加速电压越大,带电 粒子从 D 形盒射出时 的动能越大



B.磁场对带电粒子的洛仑兹力对粒子不做功,因此带电粒子从 D 形盒射出时的动能与磁场的强弱无关 C.带电粒子做一次圆周运动,要被加速两次,因此交变电场的周 期应为圆周运动周期的二倍
图8

D.用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子,一般要调节交变电场的频率 第Ⅱ 卷(非选择题 共 60 分) 二、本题共 4 小题,共 16 分.把答案填在题中的横线上或按题目要求作答. 11.如图 9 和图 10 所示,长都为 20cm 的直导线中的电流强度都为 2A, 匀 强磁场的磁感应强度都为 0.5T,图 9 的磁场方向水平向右,图 10 中磁
图9 300 × × × × × 300 × ×

× × 图 10

场方向垂直纸面向里,则图 9 中导线所受的安培力大小为 10 中导线所受的安培力大小为 ,方向 。

,方向

,图

12.如图 11 所示在通电螺丝管内部中间的小磁针,静止时 N 极指向右 端,则电 源的 c 端为_________极(填“正”或“负”),螺线管的 a 端 为_________极(填“南”或“北”). 13. 如图 12 所示, 将截面为正方形的真空腔 abcd 放置在一匀强磁场中, 磁场方向垂直纸面向里.若有一束具有不同速率的电子由小孔 a 沿 ab 方向射入磁场, 打在腔壁上被吸收, 则由小孔 c 和 d 射出的电子的速 率之比_______;通过磁场的时间之比为 。
图 12 图 11

14.电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图 13 所示。1982 年澳大 利 亚制成了能把 2.2kg 的弹体(包括金属杆 EF 的质量)加速到

10km/s 的电磁炮(常规炮弹的速度约为 2km/s) 。若轨道宽为 2m,长 100m,通过的电流 为 10A,则轨道间所加匀强磁场的磁感强度为 (轨道摩擦不计) 。 三、本题共 4 小题,满分 44 分. 解答应写出必要的文字说明.方程式和重要演算步骤. 只写 出最后答案的不能得分. 有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位. 15. 分)质谱仪的构造如图 13 所示,离子从离子源出来经过板间电压为 U 的加速电场后 (8
3

;磁场力的最大功率为

进人磁感应强度为 B 的匀强磁场中,沿着半圆周运动而达到记录它的照相底片上,测得 图中 PQ 的距离为 L,则该粒子 的荷质比 q /m 为多大?

图 13

16. (12 分)在倾角 ? =30° 的斜面上,固定一金属框,宽 l=0.25m,接入电动 势 E=12V、内 阻不计的电池.垂直框面放有一根质量 m=0.2kg 的金属棒 ab,它与框架的动摩擦因数为
??
3 , 整个装置放在磁感应强度 B=0.8T 的垂直框面向上的匀强磁场中 (如图 15) 当 . 6

调节滑动变阻器 R 的阻值在什么范围内时,可使金属棒静止在框架上?(设最大静摩擦 力等于滑动摩擦力,框架与棒的电阻不计,g=10m/s2)

图 15

4

17. (12 分)竖直的平行金属平板 A、B 相距 d,板长为 L,板间电压 为U。 垂直纸面向里、 磁感应强度为 B 的匀强磁场只分布在两板之间, 如图 16 所示。 带电量为+q 的油滴从正上方下落并在两板中央进入板 内空间。已知刚进入时电场力大小等于磁场力大小,最后油滴从一板 下端点离开,求油滴离开场区时速度的大小。
图 16

18. (12 分)如图 17 所示,在半径为 r0 的圆形区域内有匀强磁场,磁感应强度为 B,磁场方 向垂直于纸面向外,已知∠ MAC=∠ NAC=30° ,有一束不计重 力的质量为 m、带电量为 q 的正电荷以大小不同的速度从 A 点沿直径 AC 方向射入磁场,要使该粒子束只能从 MCN 弧上 射出,求粒子束的速度大小的范围?

5

参考答案 1.A 2.ACD 3.C 4.D 0.2N 5.B 6.AB 7.B 8.B 9.BD 10.D

11.0.1N,垂直纸面向外 12.正,南 13.2:1 1:2

垂直导线相下

2 0 0 1 15.解析:解:粒子在电压为 U 的电场中加速时,据动能定理得:qU= mv 28 (3 分) 2 1 1 v2 粒子进入磁场后做圆周运动,据牛顿第二定律有:qvB=m· (3 分) 2 R 6

14. BILS ?

1 mv 2 ,B=5.5× 4T ,P=BILV=1.1× 10W 1O 10 2

解以上两式解得:

q 8U = 2 2 m BL

(2 分)

16.解析: 金属棒静止在框架上时,摩擦力 f 的方向可能沿框面向上,也可能向下,需分两 种情况考虑. 当变阻器 R 取值较大时,I 较小,安培力 F 较小,在金属棒重力分力 mgsin ? 作用下使棒 有沿框架下滑趋势,框架对棒的摩擦力沿框面向上(如图) .金属棒刚好不下滑时满足平 衡条件
B E l ? ?mg cos ? ? mg sin ? ? 0 R
BEl mg (sin ? ? ? cos ? )

(3 分)

得R?
?

0.8 ? 12 ? 0.25 0.2 ? 10 ? (0.5 ? 3 3 ? ) 2 6

? 4 .8 ( ? )

(2 分) 属棒产 (如

当变阻器 R 取值较小时,I 较大,安培力 F 较大,会使金 生沿框面上滑趋势. 因此, 框架对棒的摩擦力沿框面向下 图) .金属棒刚好不上滑时满足平衡条件
B E l ? ?mg cos ? ? mg sin? ? 0 R
BEl ? 1.5? mg (sin ? ? ? cos ? )

(3 分) (2 分) (2 分)

得R?

所以滑动变阻器 R 的取值范围应为 1.6Ω≤R≤4.8Ω.
6

17.洛伦兹力会随速度的改变而改变,对全过程而言,带电体是在变力作用下进行的一个较 复杂的运动。对这样的运动,不能通过牛顿定律和运动学公式求解,需另找方法,一般 用动能定理或能量守恒定律求解。 由动能定理得: mgL ? qE
d 1 1 ? mu 2 ? mv 2 2 2 2

(4 分)

由题设条件,油滴刚进入场区时有:
qvB ? qE
E? U d

(4 分) (2 分) (2 分)

U2 qU 由此可解得油滴离开场区的速度为: u ? 2 gL ? 2 2 ? Bd m

18.粒子的速度越小,射出时就越靠近 A 点,速度越大就越靠近 N 点,设从 N 点射出的粒子 的速度为 vm,其在圆形区域内的运动轨迹如图所示,其圆心为 Ol,设半径为 rm,则

?AO1O ? 300

(1)

rm ? O1 A ? OA cot ?AO1O (2)

rm ? 3r0
rm ? mvm qB

(3) (4)

vm ?

3qBr0 m

(5)

粒子的速度大于或等于 vm ,粒子束才能从 MCN 弧上射出,既粒子的速度大小的范围是:
v? 3qBr0 m

(6)

(以上各式均 2 分)

7


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