第1章 磁场力与现代科技-单元测试(word版含答案)

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名称 第1章 磁场力与现代科技-单元测试(word版含答案)
格式 docx
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资源类型 教案
版本资源 沪科版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-02-26 18:04:58

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第1章磁场力与现代科技
一、选择题(共15题)
1.如图所示,放在台秤上的条形磁铁两极未知,为了探明磁铁的极性,在它中央的正上方固定一导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向外的电流,则( )
A.如果台秤的示数增大,说明磁铁左端是N极
B.如果台秤的示数增大,说明磁铁右端是N极
C.无论如何台秤的示数都不可能变化
D.台秤的示数随电流的增大而增大
2.目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机.右图表示它的发电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,而从整体来说呈中性),喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就聚集电荷,两板间形成一定的电压,A、B两板相当于电源的正负极,闭合开关S后,电阻R上有电流通过.下列说法正确的是( )
A.A板为正极,通过电阻R的电流从上到下
B.A板为正极,通过电阻R的电流从下到上
C.B板为正极,通过电阻R的电流从上到下
D.B板为正极,通过电阻R的电流从下到上
3.关于洛伦兹力做功的情况,下列说法中正确的是( )
A.洛伦兹力可能做正功 B.洛伦兹力可能做功
C.洛伦兹力可能做负功 D.洛伦兹力一定不做功
4.把轻质导线圈用细线挂在磁铁N极附近,磁铁的轴线穿过线圈中心,且在线圈平面内.当线圈通以图示方向的电流时线圈将 ( )
A.发生转动,同时靠近磁铁 B.发生转动,同时远离磁铁
C.不发生转动,只靠近磁铁 D.不发生转动,只远离磁铁
5.下面四幅图表示了电场强度E、磁感应强度B、通电直导线电流Ⅰ、电荷速度v、电场力和磁场力F的方向之间的关系,其中正确的是(  )
A. B.
C. D.
6.下列说法中正确的是:( )
A.一小段通电导线在空间某点如果不受安培力作用,则该点的磁感应强度一定为零
B.一小段通电导线在空间某点如果受安培力作用,则该点的磁感应强度可能为零
C.一小段通导线在磁感应强度为零的位置,它受的安培力一定为零
D.一小段通导线在磁感应强度为零的位置,它受的安培力不一定为零
7.在x轴上方有垂直于纸面的匀强磁场,同一种带电粒子从O点射入磁场.当入射方向与x轴的夹角时,速度为v1、v2的两个粒子分别从a、b两点射出磁场,如图所示,当时,为了使粒子从ab的中点c射出磁场,则速度应为( )
A. B.
C. D.
8.如图所示的平行金属板中,有相互正交的电磁场,场强分别为E和B.具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同.这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.已知带电粒子具有速度v0 =时,才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器.现有一个带负电的粒子以速度v(vA.粒子将在虚线上端某点射出场区
B.粒子将在虚线下端某点射出场区
C.粒子一定沿虚线射出场区
D.粒子射出场区时,电势能增加
9.如图所示,在一个半径为R的半圆区域内有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B.O点是该半圆的圆心,OP是垂直于直线边界的半径.两个完全相同的质量为m、电量为+q的基本粒子以相同的速率v分别从O点沿OP和从P点沿PO射入磁场区域,对于两个粒子的运动情况下列分析正确的是( )
A.从O点沿OP射入磁场的粒子将向上偏转
B.两粒子通过磁场的时间相等
C.如果,则从O点沿OP射入磁场的粒子通过磁场的时间为
D.如果,则从O点沿OP射入磁场的粒子通过磁场的时间较长
10.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.下列说法正确的是(    )
A.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
B.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B / E
C.比荷(q/m)越大的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P
D.粒子从P点运动到胶片A1A2的时间为2πm/qB0
11.如图所示,一个带正电粒子,从静止开始经加速电压U1加速后,水平进两平行金属板间的偏转电场中,偏转电压为U2,射出偏转电场时以与水平方向夹角为θ的速度进入金属板右侧紧邻的有界匀强磁场,磁感应强度为B,虚线为磁场的左边界,磁场范围足够大,粒子经磁场偏转后又从磁场左边界射出。粒子在磁场中运动的时间为t,粒子进入磁场和射出磁场的位置之间的距离为l,下列说法正确的是(  )
A.只减小电压U2,距离l不变
B.只增大电压U1,距离l变小
C.只减小电压U1,变小
D.只增大磁感应强度B,t不变
12.如图所示,在第一象限内有垂直纸而向里的匀强磁场,正、负电子分别以相同速度沿与轴成60°角从原点射入磁场,则正、负电子在磁场中运动时间之比为(  )
A. B. C. D.
13.目前,世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图表示了它的原理:将一束等离子体喷射入磁场,在场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压,以下说法正确的是(  )
A.B板为正极
B.A板为正极
C.其他条件不变,只增大入射速度,UAB将增大
D.其他条件不变,只增大磁感应强度,UAB将增大
14.如图所示为磁流体发电机的发电原理:将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正电和带负电的微粒,而从整体来说呈电中性)沿图示方向喷射入磁场,磁场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷。在磁极配置如图中所示的情况下,下列说法正确的是(  )
A.A板带负电
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的洛伦兹力大于所受的静电力
15.如图所示,一个质量为m、带电荷量为+q的圆环,套在一根固定的足够长的水平粗糙绝缘直杆上,环直径略大于杆直径。直杆处于磁感应强度为B的水平匀强磁场中,圆环以初速度使其向右运动,最终圆环处于平衡状态,已知重力加速度为g,则(  )
A.圆环向右运动过程中受到竖直向下的洛伦兹力
B.圆环运动过程中可能不受摩擦力
C.圆环最终可能会停下来
D.圆环克服摩擦力做的功可能为
二、填空题
16.磁场对通电导体的作用力叫安培力,通电导体垂直于磁场方向放置时,安培力的大小有如下规律:_______越强,_______越大,_______越长,安培力就越大.
17.在赤道附近的地磁场可看做是沿南北方向的匀强磁场,磁感应强度的大小是0.5×10-4T。如果赤道上有一根沿东西方向的直导线,长15m,通有从东向西的电流10A,问地磁场对这根导线的作用力大小为______,方向为______。
18.一质量为m、电荷量为q、速率为v的带电粒子,在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为r=________,周期为T=________.
19.一导体材料的样品的体积为a×b×c, A′、C、A、C′为其四个侧面,如图所示.已知导体样品中载流子是自由电子,且单位体积中的自由电子数为n,电阻率为ρ,电子的电荷量为e,沿x方向通有电流I.
(1)导体样品A′、A两个侧面之间的电压是________,导体样品中自由电子定向移动的速率是________.
(2)将该导体样品放在匀强磁场中,磁场方向沿z轴正方向,则导体侧面C的电势________(填“高于”、“低于”或“等于”)侧面C′的电势.
(3)在(2)中,达到稳定状态时,沿x方向的电流仍为I,若测得C、C′两侧面的电势差为U,则匀强磁场的磁感应强度B的大小为____________.
三、综合题
20.如图所示,两平行光滑导轨相距0.2m,与水平面夹角为45°,金属棒MN的质量为0.1kg,处在竖直向上磁感应强度为1T的匀强磁场中,电源电动势为6V,内阻为1Ω,为使MN处于静止状态,则电阻R应为多少?(其他电阻不计)
21.如图所示的xoy坐标系中,在第I象限内存在沿y轴负向的匀强电场,第IV象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场.一个比荷q/m=102c/kg的带正电粒子从y轴上的P点垂直进入匀强电场,经过x轴上的Q点以速度v=2m/s进入磁场,方向与x轴正向成30°.若粒子在磁场中运动后恰好能再回到电场,已知OQ长L=6m,粒子的重力不计,电场强度E和磁感应强度B大小均未知.求:
(1)OP的距离
(2)磁感应强度B的大小
(3)若在O点右侧44m处放置一平行于y轴的挡板,粒子能击中挡板并被吸收,求粒子从P点进入电场到击中挡板的时间.
22.如图所示,在0≤x≤d的一、四象限范围内分布着一个匀强磁场,方向垂直于xOy平面向里,在d(1)磁感应强度B;
(2)电场强度E;
(3)粒子恰好不离开电场的位置坐标。
23.回旋加速器的工作原理如图1所示,置于高真空中的D形盒半径为R,两盒间距很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压u随时间的变化关系如图2所示,加速过程中不考虑相对论效应和变化电场对磁场分布的影响。出口处与圆心距离为R。
(1)估算该离子离开加速器出口处时获得的动能EK;
(2)求粒子开始从静止被加速到出口,和粒子从静止开始加速到出口处所需的时间之比;
(3)若D形盒足够大,粒子在开始从静止加速,请写出第一次加速后在磁场中做圆周运动的圆心到A点的距离和第n次加速后在磁场中做圆周运动的圆心到A点的距离;
(4)实际使用中,磁感应强度B会出现波动,若在时粒子第一次被加速,要实现连续n次加速,求B可波动的最大范围。
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.A
【详解】
试题分析:如果台秤的示数增大,则导线给磁铁一个向下的力,即导线受到向上的安培力,则导线所处磁场方向为水平向右,即磁铁的右端为S极,所以左端为N极,故A正确B错误;由于磁铁极性未知,所以磁铁受到的力的方向未知,根据安培力公式可知,电流增大,安培力增大,但台秤的示数可能增大,也可能减小,故CD错误
2.A
【详解】
根据左手定则,微粒垂直进入磁场,在磁场中运动受到洛伦兹力,正电荷打到A板,负电荷打到B板,所以A板为正极,通过电阻R的电流从上到下,A正确.
3.D
【详解】
试题分析:因洛伦兹力总垂直于电荷运动方向,故洛伦兹力的瞬时功率为零,故洛伦兹力对运动电荷一定不做功,故D正确;
4.A
【详解】
由右手螺旋定则可知,线圈向外一面为S极,因为异名磁极相互吸引,因此从上往下看,线圈做顺时针方向转动,同时靠近磁铁,故A正确,BCD错误。
故选A。
5.B
【详解】
A.正电荷受力方向与电场方向相同,应该水平向右,故A错误;
B.由左手定则可知,电荷受到洛伦兹力方向向下,故B正确;
C.由左手定则可知,负电荷受到的洛伦兹力方向向下,故C错误;
D.由左手定则可知,导线受到安培力方向向上,故D错误;
故选B。
6.C
【详解】
当导体方向与磁场方向在一条线上时,导体不受磁场力作用,此时磁感应强度并非为零,故A错误;一小段通电导线在空间某点如果受安培力作用,由公式可知F=BIL,则该点的磁感应强度一定不为零,故B错误;根据F=BIL可知,当磁感应强度为零处,它所受磁场力一定为零,故C正确、D错误.故选C.
7.B
【详解】
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=m,粒子轨道半径:R=;设a、b、c三点的坐标分别为x1,x2,x3,当α=60°时,粒子从a点射出磁场,如图所示,
x1=2R1sin60°=R1=,当α=60°时,粒子从b点射出磁场,如图所示,x2=2R2sin60°=R2=,当α=45°时,粒子从c点射出磁场,如图所示,x3=2R3sin45°=R3=,因为2x3=x1+x2,解得:v3=(v1+v2).故选B.
8.A
【详解】
试题分析:当粒子的速度满足时,此时qv0B=Eq,粒子沿直线通过速度选择器;当一个带负电的粒子以速度v(v9.C
【详解】
试题分析:根据左手定则可得从O点沿OP射入磁场的粒子受到向下的洛伦兹力,将向下偏转,A错误;由于两粒子轨迹的圆心角不同,所以所用时间不同,B错误;若从O点沿OP射入磁场的粒子恰好从正下方射出磁场,则有,解得,速度增大,则半径增大,所以若,则粒子都是从O点正下方射出磁场,故所用时间为,C正确;如果,从O点沿OP射入磁场的粒子的圆心角为180°,从P点沿PO射入磁场的粒子所对应的圆心角大于180°,故从P点沿PO射入磁场的粒子通过磁场的时间较长,D错误
10.C
【详解】
粒子在磁场中向左偏转,根据左手定则知该粒子带正电,在速度选择器中,所受的电场力水平向右,则洛伦兹力水平向左,根据左手定则,磁场的方向垂直纸面向外,A错误;
粒子在速度选择器中做匀速直线运动,有qE=qvB,解得v=,B错误;进入偏转磁场后,有qvB0=m,解得R=.知R越小,比荷越大,C正确;粒子从P点运动到胶片A1A2的时间是整个圆周运动周期的一半,为,D错误.
11.A
【详解】
C.作出粒子的运动轨迹,如图所示
粒子在加速电场中有
粒子在偏转电场中有
,,,
联立解得
只减小电压,变大,C错误;
AB.粒子在磁场中做匀速圆周运动,则有
根据几何关系有
根据速度关系有

联立解得
所以只增大电压U1,距离变大;只减小电压U2,距离l不变,A正确,B错误;
D.粒子在磁场中运动的时间为
只增大磁感应强度B,t变小,D错误。
故选A。
12.A
【详解】
根据左手定则,正电子在洛伦兹力的作用下逆时针做匀速圆周运动,弦切角等于30°,圆心角等于60°,在磁场中的运动时间为
根据左手定则,负电子在洛伦兹力的作用下顺时针做匀速圆周运动,弦切角等于60°,圆心角等于120°,在磁场中的运动时间为
根据 ,正电子和负电子的周期相同,则正、负电子在磁场中运动时间之比为
故选A。
13.ACD
【详解】
AB. 由左手定则,正电荷向下偏转,负电荷向上偏转,B板为正极,A板为负极,B错误,A正确;
CD. 稳定时,带电粒子所受的电场力和洛伦兹力平衡
解得
其他条件不变,只增大入射速度,UAB将增大,C正确;其他条件不变,只增大磁感应强度,UAB将增大,D正确。
故选ACD。
14.ABD
【详解】
A.根据左手定则可知,正电荷向下偏转,负电荷向上偏转,则A板带负电,故A正确;
B.因为B板带正电,A板带负电,所以电流的流向为从b经用电器流向a,故B正确;
C.因为B板带正电,A板带负电,所以金属板间的电场方向向上,故C错误;
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,故D正确。
故选ABD.
15.BCD
【详解】
A.根据左手定则可知圆环向右运动过程中受到竖直向上的洛伦磁力,故A错误;
B.根据平衡条件可知,当圆环的初速度时,圆环运动过程中不受摩擦力,故B正确;
C.当圆环的初速度时,圆环运动过程中将始终受到摩擦力作用,最终会停下来,故C正确;
D.当圆环的初速度时,圆环先做减速运动,当速度减小至时,圆环不再受摩擦力作用,将一直匀速运动下去,圆环减速过程中克服摩擦力做的功为
故D正确。
故选BCD。
16. 磁感应强度 电流 导线
【详解】
根据得,磁感应强度越强,电流越大,导线越长,安培力就越大.
故答案为磁感应强度,电流,导线.
17. 7.5×10-3N 竖直向下
【详解】
安培力的公式可得
地球的磁场的方向向北,电流的方向向西,由左手定则可得,安培力的方向竖直向下。
18. r=mv/qB T=2πm/qB
【详解】
粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则有:,解得:,粒子的周期:.
19. 高于
【详解】
试题分析:(1)由欧姆定律U=IR可知A′、A两个侧面之间的电压,由电流的围观表达可知,自由电子定向移动的速率为 (2)由左手定则可以判断自由电子所受洛仑兹力方向向下,上极板带正电,下极板带负电(3)由
20.R=0.2Ω
【详解】
对导体棒进行受力分析,如下图
由受力平衡可知,导体棒所受的安培力
代入数据解得
21.(1) (2) B=5×10-3T (3)
【详解】
(1) 粒子在Q点进入磁场时,vx=vcos30°,
vy=vsin30°,
粒子从P点运动到Q点时间
t=L/vx
OP间距离
解得:;
(2) 粒子恰好能回到电场,即粒子在磁场中轨迹的左侧恰好与y轴相切,设半径为R
R+Rsin30°=L
联立解得:B=5×10-3T ;
(3) 粒子在电场和磁场中做周期性运动,轨迹如图
一个周期运动过程中,在x轴上发生的距离为
△L=L+L-2Rsin30°=8m
P点到挡板的距离为44m,所以粒子能完成5个周期的运动,然后在电场中沿x轴运动4m时击中挡板.
5个周期的运动中,在电场中的时间为
磁场中运动的时间
剩余中的运动时间
总时间 .
22.(1);(2);(3)(2d,1.5d)。
【详解】
(1)画出粒子的运动轨迹示意图如图所示
根据几何关系得粒子在磁场中运动时轨道半径
联立两式解得
(2)粒子在电场中运动,粒子从位置(d,0)运动到位置P(2d,yp)的逆过程是类平抛运动
联立三式解得
(3)从位冒(d,0)到位冒P经历的时间为
位置P的纵坐标为
即粒子恰好不离开电场的位置坐标为
P(2d,1.5d)
23.(1);(2);(3);(4)(n=2、3)
【详解】
(1)圆周运动的最大半径约为R
(2)两次加速的电压比为1:2,设加速n次

(3)设第一、二次圆周运动的半径为r1和r2
第一次加速
第二次加速
第三次加速
可知经过n次加速后
若加速次数为奇数次,故
若加速次数为偶数次,故
(4)设磁感应强度偏小时为B1,圆周运动的周期为T1
设磁感应强度偏大时为B2,圆周运动的周期为T2
故B的波动范围为
(n=2、3)