2019沪科版高中物理选修3-1第5章《磁场与回旋加速器》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-1第5章《磁场与回旋加速器》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.关于磁场对通电直导线作用力的大小，下列说法中正确的是(　　)
A． 通电直导线跟磁场方向平行时作用力最小，但不为零
B． 通电直导线跟磁场方向垂直时作用力最大
C． 作用力的大小跟导线与磁场方向的夹角大小无关
D． 通电直导线跟磁场方向不垂直时肯定无作用力
2.如图所示，在x>0、y>0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B.现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子，从x轴上到原点的距离为x0的P点，以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场．不计重力的影响．由这些条件可知(　　)

A． 不能确定粒子通过y轴时的位置
B． 不能确定粒子速度的大小
C． 不能确定粒子在磁场中运动所经历的时间
D． 以上三个判断都不对
3.如图所示，光滑的金属轨道分为水平段和圆弧段两部分，O点为圆弧的圆心，N为轨道交点．两轨道之间宽度为0.5 m，匀强磁场方向竖直向上，大小为0.5 T．质量为0.05 kg的金属细杆置于轨道上的M点．当在金属细杆内通以电流强度为2 A的恒定电流时，其可以沿轨道由静止开始向右运动．已知MN＝OP＝1.0 m，金属杆始终垂直轨道，OP沿水平方向，则(　　)

A． 金属细杆在水平段运动的加速度大小为5 m/s2
B． 金属细杆运动至P点时的向心加速度大小为10 m/s2
C． 金属细杆运动至P点时的速度大小为0
D． 金属细杆运动至P点时对每条轨道的作用力大小为0.75 N
4.如图所示，无限长水平直导线中通有向右的恒定电流I，导线正上方沿竖直方向有一绝缘细线悬挂着的正方形线框．线框中通有沿逆时针方向的恒定电流I，线框的边长为L，线框下边与直导线平行，且到直导线的距离也为L.已知在长直导线的磁场中距长直导线r处的磁感应强度大小为B＝k(k为常量)，线框的质量为m，则剪断细线的瞬间，线框的加速度为(　　)

A． 0
B．＋g
C．－g
D．＋g
5.如图所示是电磁流量计的示意图．圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场．当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上MN两点的电动势E，就可以知道管中液体的流量Q(单位时间内流过管道横截面的液体的体积)。已知管的直径为d，磁感应强度为B，则关于Q的表达式正确的是（ ）

A．
B．
C．
D．
6.如图甲所示，竖直挡板MN左侧空间有方向竖直向上的匀强电场和垂直纸面的水平匀强磁场，电场和磁场的范围足够大，电场强度E=40N/C，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，选定磁场垂直纸面向里为正方向，t=0时刻，一质量m=8×10﹣4kg、电荷量q=+2×10﹣4C的微粒在O点具有竖直向下的速度v=0.12m/s，O′是挡板MN上一点，直线OO′与挡板MN垂直，取g=10m/s2，则微粒下一次经过直线OO′时与O点的距离为（　　）

A． 1.2 m
B． 0.6 m
C． 2.4 m
D． 1.8 m
7.把小磁针放在环形电流中央，通以图示电流，则小磁针N极指向为(　　)

A． 水平向左
B． 垂直环形电流所在平面向里
C． 水平向右
D． 垂直环形电流所在平面向外
8.磁性水雷是用一个可以绕轴转动的小磁针来控制起爆电路的，军舰被地磁场磁化后变成了一个浮动的磁体，当军舰接近磁性水雷时，就会引起水雷的爆炸，其依据是(　　)
A． 磁体的吸铁性
B． 磁极间的相互作用规律
C． 电荷间的相互作用规律
D． 磁场对电流的作用原理
9.如图所示，把一水平导体棒置于竖直向下的匀强磁场中，棒中分别通有电流I和2I，则棒所受安培力(　　)

A． 通有电流I时小
B． 通有电流2I时小
C． 一样大
D． 不能确定
10.如图所示，将长0.20 m的直导线全部放入匀强磁场中，保持导线和磁场方向垂直．已知磁场磁感应强度的大小为5.0×10－3T，当导线中通过的电流为2.0 A时，该直导线受到安培力的大小是(　　)

A． 2.0×10－3N
B． 2.0×10－2N
C． 1.0×10－3N
D． 1.0×10－2N
11.如图所示，两根间距为d的垂直光滑金属导轨间接有电源E，导轨平面与水平面间的夹角θ＝30°.金属杆ab垂直导轨放置，导轨与金属杆接触良好．整个装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中．当磁场方向垂直导轨平面向上时，金属杆ab刚好处于静止状态．要使金属杆能沿导轨向上运动，可以采取的措施是（　　）

A． 增大磁感应强度B
B． 调节滑动变阻器使电流减小
C． 增大导轨平面与水平面间的夹角θ
D． 将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变
12.一正电荷q在匀强磁场中，以速度v沿x正方向进入垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示，为了使电荷能做直线运动，则必须加一个电场进去，不计重力，此电场的场强应该是(　　)

A． 沿y轴正方向，大小为
B． 沿y轴负方向，大小为Bv
C． 沿y轴正方向，大小为
D． 沿y轴负方向，大小为
13.磁现象可以为我们的生活提供很大的方便，以下这些做法中，不恰当的是(　　)
A． 将磁性材料装在冰箱的门框上，制成“门吸”
B． 利用磁铁制成双面擦窗器
C． 在机械手表旁边放一个强磁性物质
D． 用磁带来记录声音
14.在下图中，标出了磁场的方向、通电直导线中电流I的方向，以及通电直导线所受安培力F的方向，其中正确的是(　　)



A．　　　　B．



C．　　　　D．
15.如图所示，空间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场的方向竖直向下，磁场方向水平（图中垂直纸面向里），一带电油滴P恰好处于静止状态，则下列说法正确的是（ ）

A． 若仅撤去电场，P可能做匀加速直线运动
B． 若仅撤去磁场，P可能做匀加速直线运动
C． 若给P一初速度，P不可能做匀速直线运动
D． 若给P一初速度，P可能做匀速圆周运动
16.下列各图中，用带箭头的细实线表示通电直导线周围磁感线的分布情况，其中正确的是(　　)



A．　　　　B．



C．　　　　D．
17.下列关于磁场的说法中，正确的是(　　)
A． 磁场和电场一样，是客观存在的特殊物质
B． 磁场是为了解释磁极间相互作用而人为规定的
C． 磁极与磁极间是直接发生作用的
D． 磁场只有在磁极与磁极、磁极与电流发生作用时才产生
18.如图所示，带负电的金属圆盘绕轴OO′以角速度ω匀速旋转，在盘左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是(　　)

A． N极竖直向上
B． N极竖直向下
C． N极沿轴线向右
D． N极沿轴线向左
19.斜面顶端在同一高度的三个光滑斜面AB，AC，AD，均处于水平方向的匀强磁场中．一个带负电的绝缘物块，分别从三个斜面顶端A点由静止释放，设滑到底端的时间分别为t1、t2、t3，则(　　)

A．t1＝t2＝t3
B．t1>t2>t3
C．t1D． 无法比较
20.如图，光滑半圆形轨道与光滑曲面轨道在B处平滑连接，前者置于水平向外的匀强磁场中，有一带正电小球从A静止释放，且能沿轨道前进，并恰能通过半圆形轨道最高点C，现若撤去磁场，使球从静止释放仍能恰好通过半圆形轨道最高点，则释放高度H′与原释放高度H的关系是（ ）

A．H′B．H′＝H′
C．H′>H′
D． 无法确定
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，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．
22.如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图．K为电子枪，由枪中沿KA方向射出的电子，速率大小不一．当电子通过方向互相垂直的匀强电场和磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S.设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V，间距为5 cm，垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度为0.06 T，问：

(1)磁场的指向应该向里还是向外？
(2)速度为多大的电子才能通过小孔S?
23.质量为m、带电荷量为＋q的小球，用一长为l的绝缘细线悬挂在方向垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示，用绝缘的方法使小球位于使悬线呈水平的位置A，然后静止释放，小球运动的平面与B的方向垂直，求小球第一次和第二次经过最低点C时悬线的拉力FT1和FT2.

24.一初速度为零的质子(质量m＝1.67×10－27kg，电荷量q＝1.6×10－19C)，经过电压为1880 V的电场加速后，垂直进入磁感应强度为5.0×10－4T的匀强磁场中，质子所受洛伦兹力为多大？




答案
1.【答案】B
【解析】由于安培力F＝BILsinθ，θ为导线和磁场的夹角，当导线的方向与磁场的方向平行时，所受安培力为0；当导线的方向与磁场方向垂直时，安培力最大．
2.【答案】D
【解析】带电粒子以平行于y轴的初速度射入此磁场，在磁场作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场，故带电粒子一定在磁场中运动了周期，从y轴上距O为x0处射出，回旋角为90°，由r＝可得v＝＝，可求出粒子在磁场中运动时的速度大小，另有T＝＝，可知粒子在磁场中运动所经历的时间，故选D.
3.【答案】D
【解析】根据牛顿第二定律得：金属细杆开始运动时的加速度大小为a＝＝m/s2＝10 m/s2；故A错误．
设金属细杆运动到P点时的速度大小为v.
从M到P过程，由动能定理得：
－mgR＋BIL(MN＋OP)＝mv2
则得：v＝＝
m/s＝2m/s；故C错误．
金属细杆运动到P点时的向心加速度大小为a＝＝20 m/s2.故B错误．
在P点，设每一条轨道对细杆的作用力大小为N，由牛顿第二定律得：2N－BIL＝ma
代入数据解得：N＝＝N＝0.75 N
由牛顿第三定律得细杆在P点对每一条轨道的作用力大小为N′＝N＝0.75 N．故D正确．
4.【答案】D
【解析】线框下边受到的安培力的大小为F1＝k·IL＝kI2，方向向下，
线框上边受到的安培力大小F2＝·IL＝kI2，方向向上，
根据牛顿第二定律可得，F1＋mg－F2＝ma
解得：a＝＝＋g，故A、B、C错误，D正确．
5.【答案】B
【解析】a，b两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。到一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a，b两点的电势差达到稳定值E，此时，洛伦兹力和电场力平衡：，圆管的横截面积
故流量。
6.【答案】A
【解析】由题意可知，微粒所受的重力为：G=mg=8×10﹣4×10=8×10﹣3N
电场力大小为：F=Eq=40×2×10﹣4=8×10﹣3N
因此重力与电场力平衡．
微粒先在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则有：
qvB=
解得：R===0.6m
由T=2πR/v=10πs
则微粒在5πs内转过半个圆周，再次经直线OO?时与O点的距离为：l=2R=1.2m

7.【答案】B
8.【答案】B
【解析】军舰被地磁场磁化后变成了磁体，当军舰靠近水雷时，对控制引爆电路的小磁针有力的作用，使小磁针转动引爆水雷．B项正确．
9.【答案】A
【解析】根据F＝BIL可知，当电流增大时，安培力将增大，故B、C、D错误，A正确．
10.【答案】A
【解析】导体棒长为L＝0.2 m，磁感应强度B＝5.0×10－3T，电流为I＝2 A，并且导体棒和磁场垂直，所以导体棒受到的安培力大小为F＝BIL＝5.0×10－3×2×0.2 N＝2.0×10－3N，所以A正确．
11.【答案】A
【解析】根据初始条件受力分析知mgsinθ=BIL，因此增大磁感应强度B，安培力增大，金属棒能沿斜面向上运动，故A正确；若减小电流，则安培力F=BIL将减小，金属棒将向下运动，故B错误；增大倾角θ，重力分力沿斜面向下分力mgsinθ＞BIL，金属棒将向下运动，故C错误；将电源正负极对调使金属杆中的电流方向改变，安培力将沿斜面向下，因此金属棒将向下运动，故D错误．
12.【答案】B
【解析】要使电荷能做直线运动，必须用电场力抵消洛伦兹力，本题正电荷受洛伦兹力的方向沿y轴正方向，故电场力必须沿y轴负方向且qE＝Bqv，即E＝Bv.
13.【答案】C
14.【答案】C
【解析】A项中安培力的方向竖直向下；B项不受安培力；C项安培力方向竖直向下；D项安培力垂直于纸面向外．
15.【答案】D
【解析】由带电油滴P恰好处于静止状态，知mg=qE，油滴带负电，若仅撤去电场，油滴在重力的作用下先加速下落，运动起来以后会受洛伦兹力的作用，故油滴不可能做匀加速运动，所以A错误；若仅撤去磁场，油滴在重力与电场力的作用下保持静止状态，所以B错误；若给P一垂直纸面的初速度，油滴不受洛伦兹力，将做匀速直线运动，所以C错误；若给P一垂直B的初速度，洛伦兹力提供向心力，P可能做匀速圆周运动，所以D正确。
16.【答案】D
【解析】通电导线周围的磁场方向，由右手螺旋定则来确定，伸开右手，大拇指方向为电流方向，四指环绕方向为磁场方向，通电直导线的磁感线是由导线为中心的一系列同心圆，且导线与各圆一定是相互垂直的，故正确的画法只有D.
17.【答案】A
18.【答案】C
【解析】等效电流的方向与转动方向相反，由安培定则知轴线上的磁场方向向右，所以小磁针N极受力向右，故C正确．
19.【答案】C
【解析】带电物块在磁场中的斜面上运动受到重力、支持力和垂直斜面向下的洛伦兹力，设斜面顶端的高度为h，倾角为θ，则物块的加速度为a＝gsinθ，由公式得，知θ越大，t越小，则选项C正确．
20.【答案】C
【解析】有磁场时，设小球刚好通过最高点C时的速度为v，则小球在最高点有：，显然，R为半圆形轨道半径，根据动能定理得，解得.没有磁场时，小球刚好通过最高点时的速度，根据动能定理有：，，所以H’>H，选项C正确．
21.【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＝.
22.【答案】　(1)磁场方向垂直于纸面向里　(2)105m/s
【解析】(1)由题图可知，平行板产生的电场强度E方向向下，带负电的电子受到的电场力FE＝eE，方向向上．若没有磁场，电子束将向上偏转，为了使电子能够穿过小孔S，所加的
磁场对电子束的洛伦兹力必须是向下的．根据左手定则分析得出，B的方向垂直于纸面向里．
(2)电子受到的洛伦兹力为：FB＝evB，它的大小与电子速率v有关．只有那些速率的大小刚好使得洛伦兹力与电场力相平衡的电子，才可沿直线KA通过小孔S.据题意，能够通过小孔的电子，其速率满足下式：evB＝eE，解得：v＝.又因为E＝，所以v＝.将U＝300 V，B＝0.06 T，d＝0.05 m代入上式，得v＝105m/s.即只有速率为105m/s的电子才可以通过小孔S.
23.【答案】　3mg－qB　3mg＋qB
【解析】小球由A运动到C的过程中，洛伦兹力始终与v的方向垂直，对小球不做功，只有重力做功，由动能定理有mgl＝mv，

解得vC＝.
在C点，由左手定则可知洛伦兹力向上，其受力情况如图①所示．
由牛顿第二定律，有
FT1＋F洛－mg＝m.
又F洛＝qvCB，
所以FT1＝3mg－qB.
同理可得小球第二次经过C点时，受力情况如图②所示，所以FT2＝3mg＋qB.
24.【答案】4.8×10－17N
【解析】在加速电场中，由动能定理qU＝mv2
得质子获得的速度：v＝＝6.0×105m/s
质子受到的洛伦兹力：F＝qvB＝4.8×10－17N.