2017-2018学年高二物理人教选修3-1测评：第三章 磁场A（含解析）
文档属性
| 名称 | 2017-2018学年高二物理人教选修3-1测评：第三章 磁场A（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-06-07 07:37:33 | ||
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文档简介
第三章测评A(基础过关卷)
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分；其中第1至6题为单选题；第7至10题为多选题，全部选对得5分，选不全得2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电场力的作用
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
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
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( )
5．带电粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动，现欲缩短其旋转周期，下列可行的方案是( )
A．减小粒子的入射速率
B．减小磁感应强度
C．增大粒子的入射速率
D．增大磁感应强度
6．如图1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. B.
C.
D.
7．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
8．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( )
9．回旋加速器是获得高能粒子的重要工具，其原理如图所示，D1和D2是两个半圆形金属盒，处于与盒面垂直的匀强磁场中，接电压为U、周期为T的交变电流。位于D1圆心处的粒子源A能释放出初速为零的质子，进入电场被电场加速。当质子获得的动能达到最大后，用特殊装置将质子引出来。不考虑质子在电场中的运动时间，则( )
A．质子在磁场中做圆周运动的周期为2TB．若只增大交变电流的周期T，则质子最终获得的最大动能将增大
C．若只增大交变电流的电压U，则质子在回旋加速器中的运动时间将减小
D．若用此装置加速α粒子，则交变电流的周期应变为2T
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
二、实验题(本题共2小题，共16分．把答案填在题中的横线上)
11．(6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______________，磁感应强度的表达式为B＝____________.
12．(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Δx＝__________，方向__________．
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．)
13．(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)
14．(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.15．(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.
参考答案
1．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电场力的作用，选项C错误，选项D正确．
答案：D
2．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．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．
答案：A
4．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．解析：由T＝＝可知，粒子运动的周期与其入射速率无关．只有D方案可行．
答案：D
6．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．
答案：D
7．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
8．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
9．解析：质子在磁场中的周期与交变电流的变化周期相等时，才能保证质子每次经过电场时都被加速，A项错误；由R＝＝可得，质子获得的最大动能Ek＝＝，与交变电流的周期无关，B项错误；增大交变电流的电压U，因质子的最大动能不变，又Ek＝＝nqU，则质子被加速的次数减少，所以在回旋加速器中的运动时间将减小，C项正确；由T′＝＝可知，α粒子在磁场中的运动周期是质子运动周期的2倍，故加速α粒子时，交变电流的周期应变为2T，D项正确．
答案：CD
10．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
11．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＝＝Bxtanθ.
答案：罗盘上指针的偏转角 Bxtanθ
12．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Δx＝＝x2－x1＝＝＝＝，方向向下．
答案： 向下
13．解析：根据动能定理得，
BILs＝＝mv2
解得，B＝＝5.5×104
T
速度最大时磁场力的功率最大，则
P＝＝BILv＝＝5.5×104×10×2×104
W＝＝1.1×1010
W.
答案：5.5×104T 1.1×1010
W
14．解析：(1)粒子运动轨迹如图所示，由图示的几何关系可知：
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)
15．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＝mv2
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)
一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分；其中第1至6题为单选题；第7至10题为多选题，全部选对得5分，选不全得2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电场力的作用
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
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
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( )
5．带电粒子在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动，现欲缩短其旋转周期，下列可行的方案是( )
A．减小粒子的入射速率
B．减小磁感应强度
C．增大粒子的入射速率
D．增大磁感应强度
6．如图1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. B.
C.
D.
7．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
8．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( )
9．回旋加速器是获得高能粒子的重要工具，其原理如图所示，D1和D2是两个半圆形金属盒，处于与盒面垂直的匀强磁场中，接电压为U、周期为T的交变电流。位于D1圆心处的粒子源A能释放出初速为零的质子，进入电场被电场加速。当质子获得的动能达到最大后，用特殊装置将质子引出来。不考虑质子在电场中的运动时间，则( )
A．质子在磁场中做圆周运动的周期为2TB．若只增大交变电流的周期T，则质子最终获得的最大动能将增大
C．若只增大交变电流的电压U，则质子在回旋加速器中的运动时间将减小
D．若用此装置加速α粒子，则交变电流的周期应变为2T
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
二、实验题(本题共2小题，共16分．把答案填在题中的横线上)
11．(6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______________，磁感应强度的表达式为B＝____________.
12．(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Δx＝__________，方向__________．
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．)
13．(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)
14．(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.15．(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.
参考答案
1．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电场力的作用，选项C错误，选项D正确．
答案：D
2．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．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．
答案：A
4．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．解析：由T＝＝可知，粒子运动的周期与其入射速率无关．只有D方案可行．
答案：D
6．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．
答案：D
7．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
8．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
9．解析：质子在磁场中的周期与交变电流的变化周期相等时，才能保证质子每次经过电场时都被加速，A项错误；由R＝＝可得，质子获得的最大动能Ek＝＝，与交变电流的周期无关，B项错误；增大交变电流的电压U，因质子的最大动能不变，又Ek＝＝nqU，则质子被加速的次数减少，所以在回旋加速器中的运动时间将减小，C项正确；由T′＝＝可知，α粒子在磁场中的运动周期是质子运动周期的2倍，故加速α粒子时，交变电流的周期应变为2T，D项正确．
答案：CD
10．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
11．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＝＝Bxtanθ.
答案：罗盘上指针的偏转角 Bxtanθ
12．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Δx＝＝x2－x1＝＝＝＝，方向向下．
答案： 向下
13．解析：根据动能定理得，
BILs＝＝mv2
解得，B＝＝5.5×104
T
速度最大时磁场力的功率最大，则
P＝＝BILv＝＝5.5×104×10×2×104
W＝＝1.1×1010
W.
答案：5.5×104T 1.1×1010
W
14．解析：(1)粒子运动轨迹如图所示，由图示的几何关系可知：
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)
15．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＝mv2
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)