2017-2018学年高二物理粤教版选修3-1单元测试：第三章 磁场2（含解析）

本章测评
(90分钟，100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48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以下情况中能比较正确反映奥斯特实验结果的是…
(　　)
A．电流由南向北时，其下方的小磁针N极偏向东边
B．电流由东向西时，其下方的小磁针N极偏向南边
C．电流由南向北时，其下方的小磁针N极偏向西边
D．电流由东向西时，其下方的小磁针N极偏向北边
3有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是(　　)
A．通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用
B．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现
C．带电粒子在匀强磁场中运动受到洛伦兹力做正功
D．通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行
4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
5如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直，则穿过两环的磁通量Φa和Φb大小关系为(　　)
A．Φa＞Φb
B．Φa＜Φb
C．Φa＝Φb
D．无法比较
6如图所示，在竖直放置的条形磁铁的外面，水平放着一个不大的圆环线圈，当圆环从磁铁的N极向下移到S极的过程中，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三位置穿过的磁通量为
…
(　　)
A．Ⅰ、Ⅲ位置较大，Ⅱ位置较小
B．Ⅰ、Ⅲ位置较小，Ⅱ位置较大
C．Ⅰ、Ⅲ位置相同，但磁感线穿过圆环的方向相反
D．Ⅰ、Ⅲ位置相同，且磁感线穿过圆环的方向相同
7来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将(　　)
A．竖直向下沿直线射向地面
B．相对于预定地点向东偏转
C．相对于预定点，稍向西偏转
D．相对于预定点，稍向北偏转
8磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，目的是(　　)
A．使磁场成圆柱形，以便框转动
B．使线圈平面在水平位置与磁感线平行
C．使线圈平面始终与磁感线平行
D．为了使磁场分布规则
9如图所示，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
10关于磁感强度B，下列说法中正确的是(　　)A．磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关
B．磁场中某点B的方向，跟该点处试探电流元所受磁场力方向一致
C．在磁场中某点试探一次电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零
D．在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大
11如图所示，带电平行板中匀强电场竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，某带电小球从光滑绝缘轨道上的a点自由滑下，经过轨道端点P进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，现使小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经P点进入板间的运动过程中不可能的是(　　)
A．其动能将会增大
B．其电势能将会增大
C．小球所受的洛伦兹力将会增大
D．小球所受的电场力将会增大
12矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图所示．若规定顺时针方向为感应电流I的正方向，下列各图中正确的是(　　)
二、填空题(共2小题，每小题6分，共12分)
13一根导线长0.2
m，通过3
A的电流，垂直放入磁场中某处受到的磁场力是6×10－2
N，则该处的磁感应强度B的大小是______
T；如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度的大小是______
T.
14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______，a是电源的______极．
三、计算题(共40分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤．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(8分)如图，金属杆ab的质量为m，长为L，通过的电流为I，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，结果ab静止且紧压于水平导轨上．若磁场方向与导轨平面成θ角，求：
(1)棒ab受到的摩擦力；
(2)棒ab对导轨的压力．
16(8分)如图所示直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场．正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场(电子质量为m，电荷为e)，求：
(1)它们从磁场中射出时相距多远？
(2)射出的时间差是多少？
17(10分)如图所示，质量m＝1.0×10－4
kg的小球放在绝缘的水平面上，小球带电荷量q＝2.0×10－4
C，小球与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，外加水平向右的匀强电场E＝5
V/m，垂直纸面向外的匀强磁场B＝2
T，小球从静止开始运动．
(1)小球具有最大加速度的值为多少？
(2)小球的最大速度为多少？(g取10
m/s2)
18(14分)如图甲所示，在两平行金属板的中线OO′某处放置一个粒子源，粒子源沿OO′方向连续不断地放出速度v0＝1.0×105
m/s的带正电的粒子．在直线MN的右侧分布范围足够大的匀强磁场，磁感应强度B＝0.01π
T，方向垂直纸面向里，MN与中线OO′垂直．两平行金属板的电压U随时间变化的Ut图线如图乙所示．已知带电粒子的荷质比＝1.0×108
C/kg，粒子的重力和粒子之间的作用力均可忽略不计，若t＝0.1
s时刻粒子源放出的粒子恰能从平行金属板边缘离开电场(设在每个粒子通过电场区域的时间内，可以把板间的电场看作是恒定的)．求：
图甲
　　图乙
(1)在t＝0.1
s时刻粒子源放出的粒子离开电场时的速度大小和方向；
(2)从粒子源放出的粒子在磁场中运动的最短时间和最长时间．
答案
1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．答案：B
2解析：在做奥斯特实验时，为排除地球磁场的影响，小磁针应南北放置，通电导线也南北放置．
答案：C
3答案：B
4解析：磁感线在靠近导线处密集，在远离导线处稀疏．
答案：B
5解析：考查条形磁铁磁感线分布，考查合磁通量的相关知识．B线圈中磁感线抵消的多，磁通量小．答案：A
6解析：Ⅰ、Ⅲ的磁场比Ⅱ的小，磁通量小；Ⅰ、Ⅲ的磁场方向都是竖直向下，磁感线穿过圆环的方向相同．选项BD正确．
答案：BD
7解析：地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核带正电．根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东．
答案：B
8解析：磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的，目的是使线圈平面始终与磁感线平行．答案：C
9解析：这是直线电流在螺线管产生的磁场中的问题，利用右手螺旋定则判断磁场，利用左手定则判断受力方向．将a接正、b接负，电流方向为M→N.c接正、d接负极，由右手螺旋定则可知，线圈上端为N极．由左手定则可知MN向外运动，A正确．b接正极时，电流方向N→M，d接正极时线圈下端为N极，由此可判断MN向外运动，B正确．a接正极时电流方向为M→N，d接正极时线圈下端为N极，可判断MN向里运动，C错误．MN中与线圈中虽然通以交流电，但由于ab与cd是并联在电源上，当电流为M→N时，线圈中电流为c→d，而当电流为N→M时，线圈中电流为d→c，由以上判断A、B的方法可知D正确．
答案：ABD
10解析：考查磁感应强度，磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况无关；磁场中某点B的方向，由安培定则可知跟该点处试探电流元所受磁场力方向是垂直的；在磁场中某点试探一次电流元不受磁场力作用时，该点B值大小不一定为零；选项ABC错误．在磁场中磁感线越密集的地方，磁感应强度越大，选项D正确．
答案：D
11解析：由题意可知，小球带正电，小球从稍低些的b点开始自由滑下，在经P点进入板间的运动的初速度变小了，初始洛伦兹力也小．但是在复合场中运动时，偏离直线向下运动，电场力和重力都做正功，速度增加，动能增加，洛伦兹力也增加，选项A、B、C是正确的．电场力与运动电荷的速度无关，大小计算式为：F＝qE，所以电场力大小不变，选项D符合题意．答案：D
12答案：D
13解析：由磁感应强度的定义式B＝，得B＝
T＝0.1
T．当导线的长度和电流都减小一半，磁感应强度的大小不变，仍为0.1
T.
答案：0.1　0.1
14解析：最后等离子体匀速通过电磁场，所以有qvB＝q，所以v＝.由左手定则可知a是电源的正极．
答案：　正
15解析：由题意可知，安培力大小F安＝BIL，方向与磁场方向垂直向上，与竖直方向成θ角，还受竖直向下的重力mg，水平导轨的支持力FN，静摩擦力的作用．金属杆ab静止，合外力为零，则有：F＝BILsinθ，FN＋BILcosθ＝mg，所以棒ab对导轨的压力F压＝mg－BILcosθ.
答案：(1)BILsinθ　(2)mg－BILcosθ
16解析：正负电子的半径和周期是相同的．只是偏转方向相反．先确定圆心，画出半径，由对称性知：射入、射出点和圆心恰好组成正三角形．所以两个射出点相距2r，由图还看出经历时间相差2T/3.
答案：射出点相距s＝，时间差为Δt＝.
17解析：小球受到的电场力F电水平向右，洛伦兹力F洛竖直向下，滑动摩擦力F滑水平向左．当刚开始运动时，速度为零，洛伦兹力为零，滑动摩擦力最小，合外力最大，小球具有的加速度最大，mamax＝qE－μmg，所以amax＝8
m/s2.当速度增大时，洛伦兹力增大，滑动摩擦力增大，合外力减小，加速度减小，速度增加，当电场力等于滑动摩擦力时，加速度为零，达到最大速度vmax.则有：μ(mg＋qvmaxB)＝qE，所以：vmax＝10
m/s.
答案：(1)8
m/s2
(2)10
m/s
18解析：(1)设板间距为d，t＝0.1
s时刻释放的粒子在板间做类平抛运动
在沿电场方向上＝t2①
粒子离开电场时，沿电场方向的分速度
vy＝
t②
粒子离开电场时的速度v＝③
粒子在电场中的偏转角为θ　tanθ＝④
由①②③④得v＝＝1.4×105
m/s
tanθ＝＝1　θ＝45°.
说明：用q＝mv2－mv和cosθ＝联立求出正确结果．
(2)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T＝＝2×10－6
s.
不同时刻释放的粒子在电场中的偏转角θ不同，进入磁场后在磁场中运动的时间不同，θ大的在磁场中的偏转角大，运动时间长．
t＝0时刻释放的粒子，在电场中的偏转角为0，在磁场中运动的时间最短：
t1＝＝1×10－6
s
t＝0.1
s时刻释放的粒子，在电场中的偏转角最大为45°，在磁场中运动的时间最长：
t2＝T＝1.5×10－6
s.
答案：(1)1.4×105
m/s
(2)1×10－6
s
1．5×10－6
s