第六章《磁场对电流和运动电荷的作用》章末测试题 word版含答案

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2019鲁科版高中物理选修3-1第六章《磁场对电流和运动电荷的作用》章末测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题，每小题3.0分,共60分)
1.如图所示，金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂，处于竖直向上的匀强磁场中，棒中通以由M向N的电流，平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ，如果仅改变下列某一个条件，θ角的相应变化情况是(　　)

A．棒中的电流变大，θ角变大
B．两悬线等长变短，θ角变小
C．金属棒质量变大，θ角变大
D．磁感应强度变大，θ角变小
【答案】A
2.带电粒子垂直匀强磁场方向运动时，会受到洛伦兹力的作用．下列表述正确的是(　　)
A．洛伦兹力对带电粒子做功
B．洛伦兹力不改变带电粒子的动能
C．洛伦兹力的大小与速度无关
D．洛伦兹力不改变带电粒子的速度方向
【答案】B
【解析】洛伦兹力的方向总跟速度方向垂直，所以洛伦兹力永不做功，不会改变粒子的动能，因此B正确．
3.图为带电微粒的速度选择器示意图，若使之正常工作，则以下叙述哪个是正确的（ ）

A．P1的电势必须高于P2的电势
B．从S2出来的只能是正电荷，不能是负电荷
C．如果把正常工作时的B和E的方向都改变为原来的相反方向，选择器同样正常工作
D．匀强磁场的磁感应强度B、匀强电场的电场强度E和被选择的速度v的大小应满足v=BE
【答案】C
【解析】速度选择器的原理是要选择的粒子受力平衡，做匀速直线运动，从进从出，即，那么被选择的粒子速度，选项D错。若进入速度选择器的粒子带正电，则洛伦兹力水平向右，要满足平衡，电场力水平向左，即电场线水平向左，即板电势高，若粒子带负电，洛伦兹力水平向左，电场力就要水平向右，电场线水平向左，即板电势高，选项AB错。如果把正常工作时的B和E的方向都改变为原来的相反方向，使得粒子的电场力和洛伦兹力方向都变为相反方向，仍然能够平衡，仍然可以正常工作，选项C对。
4.下列有关运动电荷和通电导线受到磁场对它们的作用力方向判断正确的是（ ）

【答案】B
【解析】让磁感线垂直穿过左手手心，四指指向运动方向，拇指指向为洛伦兹力方向，所以A图中的洛伦兹力方向竖直向下，A错误；B图中的洛伦兹力方向竖直向下，B正确，C中的洛伦兹力方向竖直向下，C错误；D图中的洛伦兹力方向竖直向上，D错误
5.显像管原理的示意图如图所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使电子打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是(　　)



【答案】A
【解析】电子偏转到a点时，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，对应的B－t图的图线就在t轴下方；电子偏转到b点时，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，对应的B－t图的图线应在t轴上方，A正确．
6.如图是磁流体泵的示意图，已知磁流体泵是高为h的矩形槽，槽左右正对的两壁是导电的，它们的间距为L，两导电壁加上电压U.平行于纸面的前后两绝缘壁间有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场．槽的下部分与水银面接触，上部与竖直的绝缘管相连．已知水银的电阻率为ρ1，水银的密度为ρ2，重力加速度为g，磁流体泵正常工作时，水银上升，则下列说法正确的是(　　)

A．水平槽的左壁应该接电源负极，右壁接电源正极
B．电压一定时，水银槽的长度L越长，受到的安培力越大
C．电压一定时，水银槽的左侧面面积越大，受到的安培力越大
D．若U＞，则磁流体泵无法工作
【答案】C
【解析】根据题意可知，安培力方向向上，结合左手定则，则电流方向由左向右，
那么水平槽的左壁应该接电源正极，右壁接电源负极，故A错误；
设磁流体泵的厚度为d，两极间的电阻为：R＝ρ1，
电流大小为：I＝，
受到的安培力为：F＝BIL，方向向上，大小为F＝，由此可知，安培力大小与L无关，而与槽侧面面积有关，即面积越大时，安培力也越大，故B错误，C正确，
要使水银上升，则F＞mg，即B··L＞ρ2gLdh，解得：U＞，故D错误．
7.如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小可调的均匀磁场（环形区域的宽度非常小）。质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A，B为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而在环形磁场中绕行半径R不变。（设极板间距远小于R）下列说法正确的是（　 ）

A．粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqU
B．粒子在绕行的整个过程中，每一圈的运动时间不变
C．为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场的磁感应强度大小必须周期性递减
D．粒子绕行第n圈时的磁感应强度为
【答案】D
【解析】带电粒子每一次经过电场AB，获得动能为qu,经过n圈后获得的动能为EK=nqu,所以A选项错误；由T=2πm/qB和v=qBR/m可知，带电粒子的运动周期逐渐减小，所以B选项错误；由R=mv/qB可知，要使半径不变，速度v增加时磁感应强度B也要增加，所以C选项错误；由EK=nqu=mv2/2和v=qBR/m可的B=，所以D选项正确。
8.初速为v0的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如右图所示，则(　　)

A．电子将向右偏转，速率不变
B．电子将向左偏转，速率改变
C．电子将向左偏转，速率不变
D．电子将向右偏转，速率改变
【答案】A
【解析】由安培定则可知导体右侧磁场方向垂直纸面向里，然后跟左手定则可知运动电子所受洛伦兹力向右，因此电子将向右偏转，洛伦兹力不做功，故其速率不变，故BCD错误，A正确．
故选A．
9.一个质量为m、电荷量为q的粒子，在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，则下列说法中正确的是(　　)
A．它所受的洛伦兹力是恒定不变的
B．它的速度是恒定不变的
C．它的速度与磁感应强度B成正比
D．它的运动周期与速度的大小无关
【答案】D
【解析】粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时洛伦兹力提供向心力，沦伦兹力的大小不变，方向始终指向圆心，不断改变，所以A错．速度的大小不变，方向不断改变，所以B错．由于粒子进入磁场后洛伦兹力不做功，因此粒子的速度大小不改变，粒子速度大小始终等于其进入磁场时的值，与磁感应强度B无关，所以C错．由运动周期公式T＝，可知T与速度v的大小无关．即D正确．
10.如图所示，无限长、质量为m的通电细导体棒a，水平放置在倾角为45°的光滑斜面上，为使棒a能在斜面上保持静止，可将无限长、电流方向与a棒相同的通电细导体棒b，固定在以细导体棒a为中心的圆(如图虚线所示)上的(　　)

A．HGFE区域内
B．AHG区域内
C．ABCD区域内
D．EFGH区域内
【答案】C
【解析】以a棒为研究对象，受到重力、斜面的支持力、和b棒电流对a棒的作用力，根据同向电流相互吸引，且A棒静止，可知b棒如果在竖直线AE左边，合力不可能为0，所以b棒不可能在AE竖直线的左边，可能在ABCDE区域；
要使a棒静止，b棒不可能在HD的下方，否则合力不为0，可能在HABCD区域；
取交集，即b棒只可能在ABCD区域，故C正确．

11.如图所示，xOy坐标平面在竖直面内，x轴沿水平方向，y轴正方向竖直向上，在图示空间内有垂直于xOy平面的水平匀强磁场．一带电小球从O点由静止释放，运动轨迹如图中曲线．关于带电小球的运动，下列说法中正确的是（ ）

A．OAB轨迹为半圆
B．小球运动至最低点A时速度最大，且沿水平方向
C．小球在整个运动过程中机械能增加
D．小球在A点时受到的洛伦兹力与重力大小相等
【答案】B
【解析】因小球受到重力和洛仑兹力作用，为重力改变速度的大小，而洛伦兹力仅改变速度的方向，又洛伦兹力大小随随速度的变化而变化，故电荷运动的轨迹不可能是圆，故A错误；因为系统只有重力做功，机械能守恒，最低点A处，重力势能最小，动能最大，速度最大，曲线运动的速度方向为该点的切线方向，是低点的切线方向在水平方向，故B正确，C错误；若最低点洛伦兹力与重力大小相等，根据平衡可知电荷将水平向右做匀速直线运动，故不可能沿轨迹AB运动，故D错误。
12.如图所示，在平行线MN、PQ之间存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面的磁场(未画出)，磁场的磁感应强度从左到右逐渐增大。一带电微粒进入该区域时，由于受到空气阻力作用，恰好能沿水平直线OO′通过该区域。带电微粒所受的重力忽略不计，运动过程带电荷量不变。下列判断正确的是（ ）

A．微粒从右到左运动，磁场方向向里
B．微粒从右到左运动，磁场方向向外
C．微粒从左到右运动，磁场方向向外
D．微粒从左到右运动，磁场方向向里
【答案】C
【解析】带电粒子受到空气阻力作用下，运动速度会变小，由于粒子做直线运动，则电场力与洛伦兹力平衡．而磁感应强度从左到右逐渐增大，则已确定粒子运动的方向为从左向右．虽然粒子电性不知，但不影响电场力与洛伦兹力平衡关系．因此可假设粒子带正电，则电场力竖直向上，那么洛伦兹力一定竖直向下．由于运动的速度方向从左向右，根据左手定则可判定磁场方向是向外．故C正确，
13.如图所示，矩形线框abcd与条形磁铁的中轴线位于同一平面内，线框内通有电流I，则线框受磁场力的情况(　　)

A．ab和cd受力，其它二边不受力
B．ab和cd受到的力大小相等方向相反
C．ad和bc受到的力大小相等，方向相反
D．以上说法都不对
【答案】D
【解析】各边都处在磁场中，各边电流方向都与磁场方向不平行，都受到安培力的作用，故A错误；
ab边所处位置磁感应强度大，cd边所处位置磁感应强度小，而两边电流大小相等，由F＝BILsinθ可知两边所受安培力不相等，故B错误；
ad边与bc边关于条形磁铁对称，它们所处的磁场强度大小相等，两边长度与电流大小相等，由F＝BILsinθ可知，两边所受安培力大小相等，由左手定则可知安培力的方向相同，故C错误；
由上可知，故D正确．
14.如图所示是电子射线管示意图．接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出．在荧光屏上会看到一条亮线．要使荧光屏上的亮线向下(z轴负方向)偏转，在下列措施中可采用的是(　　)

A．加一磁场，磁场方向沿z轴负方向
B．加一磁场，磁场方向沿y轴正方向
C．加一电场，电场方向沿z轴负方向
D．加一电场，电场方向沿y轴正方向
【答案】B
【解析】根据左手定则可知，A所述情况电子受力沿y轴负向，故A错；B所述情况，电子受洛伦兹力沿z轴负方向，B对；C所述电场会使电子向z轴正方向偏转，C错；D所述电场使电子向y轴负方向偏转，D错．
15.如图所示，正方形区域abcd中充满匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．一个氢核从ad边中点m沿着既垂直于ad边，又垂直于磁场方向以一定速度射入磁场，正好从ab边中点n射出磁场．若将磁场的磁感应强度变为原来的2倍，其他条件不变，则这个氢核射出磁场的位置是(　　)

A．在b、n之间某点
B．在n、a之间某点
C．a点
D．在a、m之间某点
【答案】C
【解析】选C.因为氢核是一带正电微粒，不计重力，在匀强磁场中做匀速圆周运动，由左手定则知其向上偏转．因为正好从n点射出，则可知其运行轨迹为1/4圆周．当磁感应强度B变为原来的2倍时，由半径公式r＝可知，其半径变为原来的，即射出位置为a点，故C选项正确．
16.MN板两侧都是磁感强度为B的匀强磁场，方向如图所示，带电粒子从a位置以垂直磁场方向的速度开始运动，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．
【答案】A
【解析】选A.粒子从a运动到d依次经过小孔B，C，D，经历的时间t为3个，由t＝3×和T＝.可得：＝，故A正确．
17.如图所示，其中A，B图已知电流方向及其所受磁场力的方向，试判断并在图中标出磁场方向．C，D图已知磁场方向及其对电流作用力的方向，试判断电流方向并在图中标出（ ）
A．　　　　
B．
C．
D．
【答案】A图磁场方向垂直纸面向外；B图磁场方向在纸面内垂直F向下；C、D图电流方向均垂直于纸面向里．
【解析】
18.一台用非铁磁性物质制成的天平（包括天平盘），可认为它不受磁力影响．左盘中央放一铁块A：其上方不远处有一固定在支架上的电磁铁B（支架也放在左盘上）．未通电时，天平平衡；给B通电后，在铁块A被吸起离开天平盘但未碰到B的上升过程中，天平的状态为（　　）

　
A．右盘下降
B．仍保持平衡
C．左盘下降
D．无法判断
【答案】C
【解析】电磁铁通电后，铁块由原先静止到向上运动，显然是向上作加速运动，会导致超重现象．因而可知铁块受到的向上的电磁力F必然大于铁块的重力G．当铁块离开盘而又还未到达电磁铁的过程中，虽然铁块对盘的压力没有了，但由牛顿第三定律可知，铁块对电磁铁有向下的吸引力，因此通过左盘电磁铁支架向下压左盘的力比电磁铁未通电时铁块压左盘的力还大，故左盘将下沉．
19.在匀强磁场中有一用相同材料制成的导体框abc，b为半圆弧的顶点．磁场方向垂直于导体框平面，在ac两端接一直流电源，如图所示，则(　　)

A．导体框abc所受安培力的合力为零
B．导体框abc的圆弧段所受安培力为零
C．导体框abc所受安培力的合力垂直于ac向下
D．导体框abc所受安培力的合力垂直于ac向上
【答案】D
【解析】图中ac段电流向右，根据左手定则，安培力垂直于ac向上；
图中abc段，可以采用微元法分割为n段，每段看作直线电流，根据左手定则并结合对称性，其受安培力的合力垂直于ac向上；
故导体框abc所受安培力的合力垂直于ac向上，故A、B、C错误，D正确．
20.如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线MN为理想边界，磁感应强度分别为B1、B2．今有一个质量为m、电荷量为e的电子从MN上的P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线．则以下说法正确的是（　　）

A．电子的运行轨迹为PENCMD
B．电子运行一周回到P用时为
C．B1=2B2
D．B1=4B2
【答案】C
【解析】电子为负电荷，从P点水平向左射出后，根据左手定则判断洛伦兹力向上，即电子向上偏转，所以运动轨迹为PDMCNEP，选项A错。粒子在匀强磁场中做圆周运动周期，根据运动轨迹，电子运动轨迹经历三个半圆，即三个半周期，所以电子运行一周回到P用时为t=, 选项B错。根据运动轨迹判断，左右两个磁场中圆周运动半径比为1:2，根据可得，根据R1:R2=1:2可得,B1:B2=2:1选项C对D错。

第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题，每小题10.0分,共40分)
21.如图所示，在x轴下方存在着正交的电场与磁场，电场沿x轴正方向，电场强度E1=20N/C，磁场垂直纸面向里，磁感应强度B1=5T．一个质量m=3g，带电荷量q=2×10﹣3C的带电小球自y轴上的M点沿直线匀速运动到x轴上的N点，且已知OM=4m．在x轴上方存在正交的电场E2与磁场B2（图中均未画出），小球在x轴上方做圆周运动，恰好与y轴相切，运动轨迹如图所示．（g=10m/s2，sin37°=0.6），试求：?
（1）小球运动的速率v；?
（2）电场E2的大小与方向；?
（3）磁场B2的大小与方向．?

【答案】（1）小球运动的速率为5m/s?
（2）电场E2的大小为15N/C，方向为沿y轴的正方向．?
（3）磁场B2的大小为4.5T，方向为垂直纸面向里．
【解析】（1）小球从M向N做匀速直线运动，可知小球所受合外力为零，对小球受力分析（如图一所示），
受到重力、电场力和洛伦兹力作用，由小球的受力可知小球带正电，有：
所以θ=53°
洛伦兹力的大小与电场力和重力的合力大小相等，有：
得：v=5m/s

（2）小球x轴上方做匀速圆周运动（如图二所示），可知电场力与重力平衡，所以有：
E2=mg/q=15N/C
因小球带正电，所以E2方向沿y轴正方向．
（3）设小球在x轴上方做匀速圆周运动的半径为R，
由几何关系（如图二）可得：Rsin53°+R=ON

则：ON=OMtan37°
解得R=5/3
小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，由牛顿第二定律有：
得：B2=4.5T
因小球带正电，由左手定则可知磁感应强度B2的方向垂直纸面向里．
22.如图，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面（xy平面）向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负向。在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在（d，0）点沿垂直于x轴的方向进人电场。不计重力。若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为θ，求：

（1）电场强度大小与磁感应强度大小的比值；
（2）该粒子在电场中运动的时间。
【答案】（1）；（2）t＝
【解析】（1）设磁感应强度的大小为B，粒子质量与所带电荷量分别为m和q，粒子进入磁场后做匀速圆周运动，并设其圆周运动的半径为r，根据牛顿第二定律和向心力公式有：①
由题设条件和图中几何关系可知：r＝d②
设电场强度大小为E，粒子进入电场后沿x轴负方向运动的速度大小为vx，由牛顿第二定律有：qE＝max③
根据运动学公式有：vx＝axt，＝d④
由于粒子在电场中做类平抛运动（如图），有：tanθ＝⑤

由①②③④⑤式联立解得：
（2）由④⑤式联立解得：t＝
23.如图所示，分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里．电量为q、质量为m的带正电的粒子从磁场边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了60°角．(不计粒子的重力)求：

(1)粒子做圆周运动的半径．(2 )粒子的入射速度．
【答案】(1)r　(2)
【解析】(1)设带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径为R，如图所示，∠OO′A＝ 30°，由图可知，圆运动的半径R＝O′A＝r

(2)根据牛顿运动定律，
有：Bqv＝m
有：R＝
故粒子的入射速度v＝.
24.如图所示，在同一水平面的两导轨相互平行，并处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度为0.2 T，一根质量为0.6 kg，有效长度为2 m的金属棒放在导轨上，当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速直线运动；当金属棒中的电流突然增大为8 A时，求金属棒能获得的加速度的大小．

【答案】2 m/s2
【解析】当金属棒中的电流为5 A时，金属棒做匀速运动，有I1BL＝Ff①
当金属棒中的电流为8 A时，金属棒能获得的加速度为a，则
I2BL－Ff＝ma②
联立①②解得a＝＝2 m/s2.