2020--2021教科版物理选修3—1第3章 磁场附答案

2020--2021教科版物理选修3—1第3章
磁场附答案
教科版选修3--1第三章
磁场
1、如图所示，两个相同的带电粒子，不计重力，同时从A孔沿AD方向射入一正方形空腔中，空腔中有垂直纸面向里的匀强磁场，两粒子的运动轨迹分别为a和b，则两粒子的速率和在空腔中运动的时间的关系是(　　)
A．va＝vb，taB．va＞vb，ta>tb
C．va>vb，taD．va2、如图所示，长直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者串联在同一电路中，它们之间相距较远，产生的磁场互不影响，开关S闭合后，图中所示的四个可自由转动的小磁针d、b、c、d的北极(黑色一端)静止时的指向正确的是(　　)
A．a　　
B．b　　　　C．c　　　　D．d
3、(多选)下列图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向的关系正确的是(　　)
4、在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度．具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10
cm处放一个罗盘．导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度．现已测出此地的地磁场水平分量Be＝5.0×10－5
T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置(如图所示)．由此测出该通电直导线在其正下方10
cm处产生磁场的磁感应强度大小为(　　)
A．5.0×10－5
T
B．1.0×10－4
T
C．8.66×10－5
T
D．7.07×10－5
T
5、在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将(　　)
A．向上偏转　　　　
B．向下偏转
C．向纸里偏转
D．向纸外偏转
6、(双选)质谱仪的构造原理如图所示．从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而到达照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x，则以下说法正确的是(　　)
A．粒子一定带正电
B．粒子一定带负电
C．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越大
D．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越小
7、下列关于磁感线的叙述，正确的说法是(　　)
A．磁感线是磁场中真实存在的一种曲线
B．磁感线是根据磁场的性质人为地画出来的曲线
C．磁感线总是从N极指向S极
D．磁感线是由磁场中的铁屑形成的
8、如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力(　　)
A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB
B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB
D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB
9、长10
cm的通电直导线，通过1
A的电流，在磁场强弱、方向都一样的空间(匀强磁场)中某处受到的磁场力为0.4
N，则该磁场的磁感应强度(　　)
A．等于4
T
B．大于或等于4
T
C．小于或等于4
T
D．上述说法都错误
10、(双选)在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直地进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则(　　)
A．粒子的速率加倍，周期减半
B．粒子的速率不变，轨道半径减半
C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的
D．粒子的速率不变，周期减半
11、(双选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是(　　)
A．离子由加速器的中心附近进入加速器
B．离子由加速器的边缘进入加速器
C．离子从磁场中获得能量
D．离子从电场中获得能量
12、正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同．
(
)
(2)通电的导线在磁场中一定受安培力．
(
)
(3)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大．
(
)
(4)用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心．
(
)
(5)当导体在磁场中放置时，导体所受作用力为F＝IBL.
(
)
13、如图所示，有一对平行金属板，两板相距为0.05
m，电压为10
V；两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B0＝0.1
T，方向与金属板平行并垂直于纸面向里．图中右边有一半径R为0.1
m、圆心为O的圆形区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B＝
T，方向垂直于纸面向里．一正离子沿平行于金属板面，从A点垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径CD方向射入圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的F点射出．已知速度的偏向角θ＝，不计离子重力．求：
(1)离子速度v的大小；
(2)离子的比荷；
(3)离子在圆形磁场区域中运动时间t.
2020--2021教科版物理选修3—1第3章
磁场附答案
教科版选修3--1第三章
磁场
1、如图所示，两个相同的带电粒子，不计重力，同时从A孔沿AD方向射入一正方形空腔中，空腔中有垂直纸面向里的匀强磁场，两粒子的运动轨迹分别为a和b，则两粒子的速率和在空腔中运动的时间的关系是(　　)
A．va＝vb，taB．va＞vb，ta>tb
C．va>vb，taD．vaC　[由题图可知，半径Ra＝2Rb，由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径为R＝，又两个带电粒子相同，所以va＝2vb.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T＝，则两带电粒子运动的周期相同，从C孔射出的粒子运动的时间ta＝，从B孔射出的粒子运动的时间tb＝，所以tb＝2ta.故选项C正确．]
2、如图所示，长直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者串联在同一电路中，它们之间相距较远，产生的磁场互不影响，开关S闭合后，图中所示的四个可自由转动的小磁针d、b、c、d的北极(黑色一端)静止时的指向正确的是(　　)
A．a　　
B．b　　　　C．c　　　　D．d
B　[由安培定则判断知只有小磁针b的N极指向正确，B项正确．]
3、(多选)下列图中，表示电流I的方向、磁场B的方向和磁场对电流作用力F的方向的关系正确的是(　　)
BCD　[由左手定则可知，A图中磁场对电流作用力F的方向应竖直向上，所以A错误，而B、C、D都符合左手定则．]
4、在实验精度要求不高的情况下，可利用罗盘来测量电流产生磁场的磁感应强度．具体做法是：在一根南北方向放置的直导线的正下方10
cm处放一个罗盘．导线没有通电时罗盘的指针(小磁针的N极)指向北方；当给导线通入电流时，发现罗盘的指针偏转一定角度，根据偏转角度即可测定电流磁场的磁感应强度．现已测出此地的地磁场水平分量Be＝5.0×10－5
T，通电后罗盘指针停在北偏东60°的位置(如图所示)．由此测出该通电直导线在其正下方10
cm处产生磁场的磁感应强度大小为(　　)
A．5.0×10－5
T
B．1.0×10－4
T
C．8.66×10－5
T
D．7.07×10－5
T
C　[将罗盘放在通电直导线下方，罗盘静止时罗盘指针所指方向为该处的合磁场方向，如图，所以电流在该处产生的磁场的磁感应强度为B1＝Btan
θ，代入数据得：B1＝8.66×10－5
T．C正确．]
5、在阴极射线管中电子流方向由左向右，其上方放置一根通有如图所示电流的直导线，导线与阴极射线管平行，则电子将(　　)
A．向上偏转　　　　
B．向下偏转
C．向纸里偏转
D．向纸外偏转
B　[由题图可知，直线电流的方向由左向右，根据安培定则，可判定直导线下方的磁场方向为垂直于纸面向里，而电子运动方向由左向右，由左手定则知(电子带负电荷，四指要指向电子运动方向的反方向)，电子将向下偏转，故B选项正确．]
6、(双选)质谱仪的构造原理如图所示．从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而到达照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x，则以下说法正确的是(　　)
A．粒子一定带正电
B．粒子一定带负电
C．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越大
D．x越大，则粒子的质量与电量之比一定越小
AC　[根据粒子的运动方向和洛伦兹力方向，根据左手定则，知粒子带正电．故A正确，B错误；根据半径公式r＝知，x＝2r＝，又qU＝mv2，联立解得x＝，知x越大，质量与电量的比值越大．故C正确，D错误．]
7、下列关于磁感线的叙述，正确的说法是(　　)
A．磁感线是磁场中真实存在的一种曲线
B．磁感线是根据磁场的性质人为地画出来的曲线
C．磁感线总是从N极指向S极
D．磁感线是由磁场中的铁屑形成的
B　[磁感线是人们为了方便研究磁场而假想出来的曲线，不是客观存在的，故A错误，B正确；磁感线在磁体外部是从N极指向S极，在磁体内部从S极指向N极，形成一个闭合曲线，C错误；磁感线可以由磁场中的铁屑形成的曲线模拟，但模拟出来的曲线并不是磁感线，因为磁感线并不存在，故D错误．]
8、如图所示，一段导线abcd位于磁感应强度为B的匀强磁场中，且与磁场方向(垂直于纸面向里)垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc＝∠bcd＝135°.流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力(　　)
A．方向沿纸面向上，大小为(＋1)ILB
B．方向沿纸面向上，大小为(－1)ILB
C．方向沿纸面向下，大小为(＋1)ILB
D．方向沿纸面向下，大小为(－1)ILB
A　[将导线分为三段直导线，根据左手定则分别判断出各段所受安培力的方向，计算出安培力的大小，再求合力．导线所受合力F合＝ILB＋2BILsin
45°＝(＋1)ILB，方向沿纸面向上．]
9、长10
cm的通电直导线，通过1
A的电流，在磁场强弱、方向都一样的空间(匀强磁场)中某处受到的磁场力为0.4
N，则该磁场的磁感应强度(　　)
A．等于4
T
B．大于或等于4
T
C．小于或等于4
T
D．上述说法都错误
B　[题目中没有给出导线如何放置，若导线与磁场垂直，则由磁感应强度定义式得出B＝＝
T＝4
T．若导线放置时没与磁场垂直，此时受磁场力为0.4
N，根据磁感应强度定义式B＝可知此处磁感应强度将大于4
T，故B正确．]
10、(双选)在匀强磁场中，一个带电粒子做匀速圆周运动，如果又顺利垂直地进入另一磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则(　　)
A．粒子的速率加倍，周期减半
B．粒子的速率不变，轨道半径减半
C．粒子的速率减半，轨道半径变为原来的
D．粒子的速率不变，周期减半
BD　[由qvB＝m知r＝，由于洛伦兹力不做功，故v不变，而B变为原来的2倍，故r变为原来的二分之一，B正确，C错误；T＝＝，周期也变为原来的二分之一，A错误，D正确．]
11、(双选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是(　　)
A．离子由加速器的中心附近进入加速器
B．离子由加速器的边缘进入加速器
C．离子从磁场中获得能量
D．离子从电场中获得能量
AD　[本题源于课本而又高于课本，既考查考生对回旋加速器的结构及工作原理的掌握情况，又能综合考查磁场和电场对带电粒子的作用规律．由R＝知，随着被加速离子的速度增大，离子在磁场中做圆周运动的轨道半径逐渐增大，所以离子必须由加速器中心附近进入加速器，A项正确，B项错误；离子在电场中被加速，使动能增加；在磁场中洛伦兹力不做功，离子做匀速圆周运动，动能不改变．磁场的作用是改变离子的速度方向，C项错误，D项正确．]
12、正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)通电导线所受安培力的方向与磁场的方向相同．
(
)
(2)通电的导线在磁场中一定受安培力．
(
)
(3)对处于匀强磁场中的某段导线而言，所通电流越大，所受安培力越大．
(
)
(4)用左手定则判断安培力方向时，磁感线只要从掌心进入即可，不一定垂直穿过掌心．
(
)
(5)当导体在磁场中放置时，导体所受作用力为F＝IBL.
(
)
【答案】（1）×
（2）×
（3）×
（4）√
（5）×
13、如图所示，有一对平行金属板，两板相距为0.05
m，电压为10
V；两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B0＝0.1
T，方向与金属板平行并垂直于纸面向里．图中右边有一半径R为0.1
m、圆心为O的圆形区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B＝
T，方向垂直于纸面向里．一正离子沿平行于金属板面，从A点垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径CD方向射入圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的F点射出．已知速度的偏向角θ＝，不计离子重力．求：
(1)离子速度v的大小；
(2)离子的比荷；
(3)离子在圆形磁场区域中运动时间t.
解析：(1)离子在平行金属板之间做匀速直线运动，洛伦兹力与电场力大小相等，即：
B0qv＝qE0
E0＝
解得v＝2
000
m/s.
(2)在圆形磁场区域，离子做匀速圆周运动，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有：
Bqv＝m
由几何关系有：tan
＝
解得离子的比荷为：＝2×104
C/kg.
(3)弧CF对应圆心角为θ，离子在圆形磁场区域中运动时间t，
t＝·T
T＝
解得t＝×10－4
s≈9×10－5
s.
答案：(1)2
000
m/s　(2)2×104
C/kg　(3)9×10－5
s