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2015-2016学年高中物理 第三章 磁场测评A 新人教版选修3-1


2015-2016 学年高中物理 第三章 磁场测评 A 新人教版选修 3-1
(基础过关卷) 一、选择题(本题共 8 小题,每小题 6 分,共 48 分。其中第 1~5 题为单选题;第 6~8 题为多选题,全 部选对得 6 分,选不全得 3 分,有选错或不答的得 0 分) 1.下列关于电场和磁场的说法中正确的 是( A.电场线和磁感线都是封闭曲线 B.电场线和磁感线都是

不封闭曲线 C.通电导线在磁场中一定受到磁场力的作用 D.电荷在电场中一定受到静电力的作用 解析:磁感线是封闭曲线,电场线不是封闭曲线,选项 A、B 错误;当通电导线与磁场方向平行时,不 受磁场力的作用,但电荷在电场中一定受到静电力的作用,选项 C 错误,选项 D 正确。 答案:D 2.如图所示,ab、cd 是两根在同一竖直平面内的直导线,在两导线中央悬挂一个小磁针,静止时小磁 针和直导线在同一竖直平面内,当两导线中通以大小相等的电流时,小磁针 N 极垂直纸面向里转动, 则两导线中的电流方向( ) )

A.一定都向上 B .一定都向下 C.ab 中电流向下,cd 中电流向上 D.ab 中电流向上,cd 中电流向下 解析:小磁针的 N 极垂直纸面向里偏转,说明两导线间的磁场方向垂直纸面向里,由安培定则可以判 断,ab 中电流向上,cd 中电流 向下。 答案:D 3.磁场中某区域的磁感线如图所示,则( )

A.A、B 两处的磁感应强度的大小不等,BA>BB B.A、B 两处的磁感应强度的大小不等,BA<BB C.同一通电导线放在 A 处受力一定比放在 B 处受力大 D.同一通电 导线放在 A 处受力一定比放在 B 处受力小 解析:由磁感线的疏密可知 BA>BB,通电导线所受安培力与通电导线的放置有关,通电导线放在 A 处与 放在 B 处受力大小无法确定。

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答案:A 4.速率相同的电子垂直磁场方向进入四个不同的磁场,其轨迹如图所示,则磁场最强的是( )

解析:由 qvB=m 得 r=,速率相同时,半径越小,磁场越强 ,选项 D 正确。 答案:D 5.如图所示,MN 板两侧都是磁感强度为 B 的匀强磁场,方向如图所示,带电粒子(不计重力)从 a 位置 以垂直 B 方向的速度 v 开始运动,依次 通过小孔 b、c、d,已知 ab=bc=cd,粒子从 a 运动到 d 的时间 为 t,则粒子的比荷为( )

A. C. 答案:D D.

B.

解析:粒子运动周期 T=,从 a 运动到 d 经历三个半圆周,故 t=,解得,D 项正确。 6.如图所示,一根质量为 m 的金属棒 AC 用软线悬挂在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,通入 A→C 方 向的电流时,悬线张力不为零,欲使悬线张力为零,可以采用的办法是( )

A.不改变电流和磁场方向,适当增大电流 B.只改变电流方向,并适当减小电流 C.不改变磁场和电流方向,适当增大磁感应强度 D.只改变磁场方向,并适当减小磁感应强度 解析:通入 A→C 方 向的电流时,由左手定则可知,安培力方向垂直金属棒向上,2T+F 安=mg,F 安=BIL; 欲使悬线张力为零,需增大安培力,但不能改变安培力的方向,选项 A 、C 正确。 答案:AC 7.如图所示的四种情况中,对各粒子所受洛伦兹力方向的描述正确的是( )

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解析:由左手定则可判断 A 图中洛伦兹力的方向垂直于 v 向左上方,B 图中洛伦兹力的方向垂直于纸 面向里,C 图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里,D 图中洛伦兹力的方向垂直于纸面向里,故选项 B、 D 正确。 答案:BD 8.如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内 相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E。平板 S 上有可让粒子通过的狭缝 P 和记录粒 子位置的胶片 A1A2。平板 S 下方有磁感应强度为 B0 的匀强磁场。下列表述正确的 是( )

A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C.能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P,粒子的比荷越小 解析:由加速电场可见粒子所受静电力向下,即粒子带正电,在速度选择器中,静电力水平向右,洛伦 兹力水平向左,因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外;经过速度选择器时满足 qE=qvB,可知能通 过狭缝 P 的带电粒子的速率等于,带 电粒子进入磁场做匀速圆周运动,则有 R=,可见当 v 相同时,R∝, 所以可以用来区分同位素,且 R 越大,比荷就越小,D 错误。 答案:ABC 二、实验题(本题共 2 小题,共 18 分。把答案填在题中的横线上) 9.(8 分)实验室里可以用图甲所示的罗盘估测条形磁铁磁场的磁感应强度。方法如图乙所示, 调整 罗盘,使小磁针静止时 N 极指向罗盘上的零刻度(即正北方向),将条形磁铁放在罗盘附近,使罗盘所 在处条形磁铁的方向处于东西方向上,此时罗盘上的小磁针将转过一定角度。若已知地磁场的水平 分量 Bx,为计算罗盘所在处条形磁铁磁场的磁感应强度 B,则只需知道 的表 达式为 B= 。 ,磁感应强度

解析:根据题意,指针指向条形磁铁磁场与与地磁场水平分量磁场的合磁场方向。条形磁铁磁场在 小磁针处的磁感应强度方向为正东方向,设小磁针静止时 N 极与正北方向的夹角为 θ ,则 B=Bxtan θ 。 答案:罗盘上指针的偏转角 Bxtan θ 10.(10 分)一劲度系数为 k 的轻质弹簧,下端挂有一匝数为 n 的矩形线框 abcd,bc 边长为 L,线框的 下半部处在匀强磁场中,磁感应强度大小为 B,方向与线框平面垂直,在图中垂直于纸面向里。线框

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中通以电流 I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态。令磁场反向,磁感应强度的大小为 B,线框 达到新的平衡。在此过程中线框位移的大小 Δ x= ,方向 。

解析:设线框的质量为 m,bc 边受到的安培力为 F=nIBL。当电流如图所示时,设弹簧伸长量为 x1,平 衡时 mg-F=kx1,当磁场反向后,设弹簧伸长量为 x2,平衡时 mg+F=kx2,所以磁场反向后线框的位移大 小为 Δ x=x2-x1=,方向向下。 答案: 向下 三、解答题(本题共 3 小题,共 34 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有 数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位) 11.(10 分)电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图所示。1982 年澳大利亚制成了能把 2.2 kg 的弹体(包括金属杆 EF 的质量)加速到 10 km/s 的电磁炮(常规炮弹的速度约为 2 km/s)。若轨道宽 为 2 m,长 100 m,通过的电流为 10 A,则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度多大?磁场力的最大功率 为多大?(轨道摩擦不计,不考虑导体棒切割磁感线)

解析:根据动能定理得

BILs=mv2
解得 B=5.5×10 T 速度最大时磁场力的功率最大,则
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P=BILv=5.5×104×10×2×104 W=1.1×1010 W。
答案:5.5×10 T 1.1×10
4 10

W

12.(10 分)如图所示,直线 MN 上方存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,现有一质 量为 m、电荷量为+q 的粒子在纸面内以某一速度从 A 点射入,其方向与 MN 成 30°角,A 点到 MN 的 距离为 d,带电粒子重力不计。

(1)当 v 满足什么条件时,粒子能回到 A 点; (2)粒子在磁场中运动的时间 t。 解析:(1)粒子运动轨迹如图所示,由图示的几何关系可知

4

r=2×=2d
粒子在磁场中的轨道半径为 r,则有 qvB=m 联立两式得 v= 此时粒子可按图中轨迹回到 A 点。 (2)由图可知,粒子在磁场中运动的圆心角为 300° 所以 t=T=。 答案:(1) (2) 13.(14 分)如图所示,两平行金属板间距为 d,电势差为 U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有 一磁感应强度为 B 的匀强磁场。电荷量为+q、质量为 m 的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场 加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响,求:

(1)匀强电场场强 E 的 大小; (2)粒子从电场射出时速度 v 的大小; (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径 R。 解析:(1)由平行板电容器电场强度的定义式可知,电场强度的大小为 E=。 (2)根据动能定理得 qU=mv 解得 v=。 (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力得 qvB=m 解得 R=。 答案:(1) (2) (3)
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