2017-2018学年高二物理粤教版选修3-1单元测试：第三章 磁场1（含解析）

物理粤教版选修3—1第三章磁场单元检测（时间：45分钟　满分：100分）
一、单项选择题（4×6分＝24分）
1．关于磁感线的认识下列说法正确的是（　　）．
A．磁感线从磁体的N极出发，终止于磁体的S极
B．磁感线可以表示磁场的强弱和方向
C．电流在磁场中的受力方向，即为该点磁感线的切线方向D．沿磁感线的方向，磁感应强度减弱
2．如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框逐渐远离（平动）通电导线，则穿过线框的磁通量将（　　）．
A．逐渐增大　　　　B．逐渐减小
C．保持不变
D．不能确定
3．如图所示，在同一匀强磁场中放入通有相同电流的三条不同形状的导线，每条导线的两个端点A、B间的距离相等，且导线垂直于磁场，则三条导线所受磁场力的情况是（　　）．
A．甲导线最大　　　　　B．乙导线最大
C．丙导线最大
D．三根导线一样大
4．如图所示，三个速度大小不同的同种带电粒子沿同一方向从图示长方形区域的匀强磁场边缘射入，当它们从下边缘飞出时对入射方向的偏角分别为90°、60°、30°，则它们在磁场中运动时间之比为（　　）．
A．1∶1∶1
B．1∶2∶3
C．3∶2∶1
D．
二、双项选择题（4×6分＝24分）
5．如图所示，螺线管、蹄形铁芯、圆导线三者相距较远；小磁针N极（黑色的一端），指向正确的是（　　）．
A．a
B．b
C．c
D．d
6．如图所示，竖直向上的匀强磁场中，水平放置一根长直通电导线，电流方向外，a、b、c、d是以直导线上的点为圆心的同一个圆周上的四个点，则（　　）．
A．四个点不可能在磁感应强度为零的点
B．a点的磁感应强度最小
C．b、d两点磁感应强度相同
D．c点的磁感应强度最大7．在xOy平面中有一通电直导线ab与Ox、Oy轴相交，导线中的电流方向如图所示．该区域有匀强磁场，通电直导线所受安培力的方向与Oz轴的正方向相同，该磁场的方向可能是（　　）．
A．沿x轴负方向
B．沿y轴负方向
C．沿z轴正方向
D．沿z轴负方向
8．如图所示，套在足够长的绝缘粗糙直棒上的带正电小球，其质量为m，带电荷量为q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放入沿水平方向且相互垂直的匀强磁场和匀强电场中，设小球电荷量不变，小球由静止下滑的过程中（　　）．
A．小球加速度一直增大
B．小球速度先增大，直到最后匀速
C．杆对小球的弹力一直减小
D．小球所受洛伦兹力一直增大，直到最后不变
三、填空题（共2小题，每小题10分，共20分，把答案写在相应的横线上）
9．一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子（）加速到v，使它获得的动能为Ek，则：
（1）能把α粒子（）加速到的速度为________．
（2）能使α粒子获得的动能为________．
（3）加速α粒子的交变电压频率与加速质子的交变电压频率之比为________．
10．如图所示是等离子体发电机的示意图，磁感应强度为B，两板间距离为d，要使输出电压为U，则等离子的速度为________，a是电源的__________极．
四、计算题（共2小题，每小题16分，共32分）
11．如图所示，在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源，在相距1
m的平行导轨上放一重为3
N的金属棒ab，棒上通过3
A的电流，磁场方向竖直向上，这时棒恰好静止，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度大小．
（2）ab棒对导轨的压力大小．（3）若要使B取值最小，其方向应如何调整？并求出最小值．
12．如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy平面向里．一带正电的粒子（不计重力）从O点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t0时间从P点射出．
（1）求电场强度的大小和方向．
（2）若仅撤去磁场，带电粒子仍从O点以相同的速度射入，经时间恰从半圆形区域的边界射出．求粒子运动加速度的大小．
（3）若仅撤去电场，带电粒子仍从O点射入，但速度为原来的4倍，求粒子在磁场中运动的时间．
参考答案
1．答案：B　解析：依据磁感线的特点可知：磁感线在磁体外从N极到S极，在磁体的内部从S极到N极，是一簇闭合曲线，因此A选项是错误的．磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线某点的切线方向，即为该点的磁场的方向，所以选项B是正确的，而C、D是错误的．
2．答案：B　解析：磁感线在靠近导线处密集，在远离导线处稀疏．
3．答案：D　解析：安培力公式F＝BIL中L指的是导线在磁场中的有效长度，即导线在垂直于磁场方向投影的两端点间的长度．
4．答案：C　解析：如图所示，设带电粒子在磁场做圆周运动的圆心为O，由几何关系知，圆弧MN所对应的粒子运动的时间，因此，同种粒子以不同速度射入磁场，经历时间与它们的偏角α成正比，即t1:t2:t3＝90°:60°:30°＝3:2:1．
5．答案：BC　解析：小磁针N极静止指向为该外的磁场方向，即磁感线切线方向，根据安培定则，蹄形铁芯磁化后右端为N极，左端为S极，C正确；通电螺线管的磁场分布和条形磁铁相似，内部应向左，下方磁场向右，所以B正确，A错误；此处要注意b的方向判断不要用同名磁极排斥，异名磁极吸引的规律，因为此规律适用于在外部时；圆形电流磁场的方向在圆面内为大拇指指向，磁感线在外部则反向，形成闭合曲线，所以D错误．
6．答案：BD　解析：通电导线在周围各点B等大，在a点通电导线磁场与匀强磁场反向，有可能抵消，A错；b、d两点对应的两磁场垂直，所以b、d两点总是磁感应强度大小相等，方向相反，C错；c点两磁场同向，所以c点磁感应强度最大．
7．答案：AB　解析：当电流方向与磁场方向不垂直时，可以将磁感应强度进行分解，分解为与电流方向垂直的分量和与电流方向平行的分量．根据左手定则，手心应与磁感应强度、垂直电流方向的分量垂直．当磁感应强度的方向为x轴负方向或y轴负方向时，都有与电流垂直的分量，根据左手定则，受力方向都沿z轴正方向，如图所示．A、B正确．
8．答案：BD　解析：小球由静止开始下滑，受到向左的洛伦兹力不断增大．在开始阶段，洛伦兹力小于向右的电场力，棒对小球有向左的弹力，随着洛伦兹力的增大，棒对小球的弹力减小，小球受到的摩擦力减小，所以在竖直方向的重力和摩擦力作用下加速运动的加速度增大．
当洛伦兹力等于电场力时，棒对小球没有弹力，摩擦力随之消失，小球受到的合力最大，加速度最大．
随着速度继续增大，洛伦兹力大于电场力，棒对小球又产生向右的弹力，随着速度增大，洛伦兹力增大，棒对小球的弹力增大，小球受到的摩擦力增大，于是小球在竖直方向受到的合力减小，因此加速度减小，小球做加速度减小的加速运动，当加速度减小为零时，小球的速度不再增大，此后做匀速运动．综上所述，故答案为B、D．
9．答案：（1）　（2）Ek　（3）1:2
解析：（1）设加速器D形盒半径为R，磁场的磁感应强度为B，由，得，，所以α粒子获得的速度．
（2）由动能，得，所以α粒子获得的动能也为Ek．
（3）交变电压频率与粒子在磁场中的回旋频率相等，，．α粒子与质子所需交变电压频率之比为1:2．
10．答案：　正
解析：最后等离子体匀速通过电磁场，所以有，所以．由左手定则可知a是电源的正极．
11．答案：（1）（2）6
N（3）B应垂直斜面向上　
解析：（1）棒静止时，其受力如图所示
则有：F＝Gtan
60°
即BIL＝Gtan
60°
．
（2）ab棒对导轨的压力与N大小相等N′＝N＝＝6
N．
（3）若要使B取值最小，即安培力F最小．显然当F平行于斜面向上时，F有最小值，此时B应垂直斜面向上，且有：F＝Gsin
60°
所以BminIL＝Gsin
60°
．
12．答案：（1）　电场沿x轴正方向
（2）　（3）
解析：（1）设带电粒子的质量为m，电荷量为q，初速度为v，电场强度为E．可判断出粒子受到的洛伦兹力沿x轴负方向，于是可知电场强度沿x轴正方向且有qE＝qvB①
又R＝vt0②则．③
（2）仅有电场时，带电粒子在匀强电场中做类平抛运动在y轴方向位移大小为④由②④式得⑤
设在x轴方向位移大小为x，因射出位置在半圆形区域边界上，于是
又由⑥
得．⑦
（3）仅有磁场时，入射速度v′＝4v，带电粒子在匀强磁场中作匀速圆周运动，设轨道半径为r，由牛顿第二定律有
⑧
又qE＝ma⑨
由③⑦⑧⑨式得⑩
由几何知识
即，
带电粒子在磁场中运动周期
则带电粒子在磁场中运动时间
所以．