2020—2021学年高二上学期物理粤教版选修3—1第三章 磁场单元练习(解析版)

2020—2021物理（粤教版）选修3—1第三章 磁场含答案
粤教版选修3--1第三章 磁场
1、如图所示，在一边长为d的正方形区域内，存在垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、电荷量为＋q的带电粒子从AB边的中点O处以速度v0垂直AB边进入磁场做圆周运动，则下列关于粒子运动的说法中正确的是(　　)
A．若带电粒子恰能从D点飞出磁场，则粒子作圆周运动的半径应为d
B．若带电粒子恰能从D点飞出磁场，则该匀强磁场的磁感应强度应为
C．若减小该匀强磁场的磁感应强度B，则该带电粒子在磁场中运动的时间将变长
D．若使带电粒子进入磁场的初速度v0增大，则粒子在该磁场中做圆周运动的周期也将变大
2、中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图所示．结合上述材料，下列说法不正确的是(　　)
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
3、如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为(　　)
A．Fa＞Fb＞Fc B．Fa＝Fb＝Fc
C．Fb＜Fa＜Fc D．Fa＞Fb＝Fc
4、如图所示，取一柔软的铝箔条，把它折成天桥状并用胶纸粘牢两端，使蹄形磁铁横跨过“天桥”．当电池与铝箔接通时(　　)
A．铝箔条中部向磁铁S极运动
B．铝箔条中部向磁铁N极运动
C．铝箔条中部向下方运动
D．铝箔条中部向上方运动
5、如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场．现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段(　　)
A．a对b的压力不变
B．a对b的压力变大
C．a、b物块间的摩擦力变大
D．a、b物块间的摩擦力不变
6、质量分别为m1和m2、电荷量分别为q1和q2的两粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动．已知两粒子的动量大小相等．下列说法正确的是(　　)
A．若q1＝q2，则它们做圆周运动的半径一定相等
B．若m1＝m2，则它们做圆周运动的周期一定相等
C．若q1≠q2，则它们做圆周运动的周期一定不相等
D．若m1≠m2，则它们做圆周运动的周期一定不相等
7、(双选)关于磁场的下列说法中正确的是(　　)
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场最基本的性质是对处于磁场里的磁体或电流有力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用不遵循牛顿第三定律
D．电流与电流之间的相互作用是通过磁场进行的
8、如图所示，abcd为四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L，0)，(L，L，0)，(L，0，0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是(　　)
A．ab边与bc边受到的安培力大小相等
B．cd边受到的安培力最大
C．cd边与ad边受到的安培力大小相等
D．ad边不受安培力作用
9、(多选)如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为(重力加速度为g)(　　)
A．z轴正方向，tan θ B．y轴正方向，
C．z轴负方向，tan θ D．沿悬线向下，sin θ
10、(多选)如图所示，在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带正电荷的小球，管道半径略大于球体半径，整个管道处于方向与管道垂直的水平匀强磁场中；现给球施加一个水平向右的初速度v0，以后小球的速度随时间变化的图象可能正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
11、如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将(　　)
A．沿路径a运动，轨迹是圆
B．沿路径a运动，轨迹半径越来越大
C．沿路径a运动，轨迹半径越来越小
D．沿路径b运动，轨迹半径越来越小
12、正误判断
(1)地球的地磁两极和地理两极重合． ( )
(2)磁场的方向就是小磁针北极受力方向． ( )
(3)磁感线是为描述磁场而虚拟的，实际不存在． ( )
(4)磁感线不同于电场线，磁感线可以相交． ( )
(5)静止的电荷周围既存在电场，又存在磁场． ( )
13、回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压的大小为U0.周期T＝.一束该种粒子在t＝0～时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用．求：
(1)出射粒子的动能Em；
(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0.
2020—2021物理（粤教版）选修3—1第三章 磁场含答案
粤教版选修3--1第三章 磁场
1、如图所示，在一边长为d的正方形区域内，存在垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、电荷量为＋q的带电粒子从AB边的中点O处以速度v0垂直AB边进入磁场做圆周运动，则下列关于粒子运动的说法中正确的是(　　)
A．若带电粒子恰能从D点飞出磁场，则粒子作圆周运动的半径应为d
B．若带电粒子恰能从D点飞出磁场，则该匀强磁场的磁感应强度应为
C．若减小该匀强磁场的磁感应强度B，则该带电粒子在磁场中运动的时间将变长
D．若使带电粒子进入磁场的初速度v0增大，则粒子在该磁场中做圆周运动的周期也将变大
A　[粒子在磁场中做匀速圆周运动，若带电粒子恰能从D点飞出磁场，其运动轨迹如图所示．设轨迹半径为r，则有d2＋(r－0.5d)2＝r2；则r＝d，故A正确．根据qv0B＝m,r)得B＝＝，故B错误．若减小该匀强磁场的磁感应强度B，由T＝知粒子圆周运动的周期T变大．由r＝知轨迹半径变大，轨迹对应的圆心角θ变小，根据t＝T知该带电粒子在磁场中运动的时间不一定变长，故C错误．由T＝知粒子圆周运动的周期T与初速度无关，则知若使带电粒子进入磁场的初速度v0增大，周期不变，故D错误．故选A.]
2、中国宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角：“以磁石磨针锋，则能指南，然常微偏东，不全南也．”进一步研究表明，地球周围地磁场的磁感线分布示意图如图所示．结合上述材料，下列说法不正确的是(　　)
A．地理南、北极与地磁场的南、北极不重合
B．地球内部也存在磁场，地磁南极在地理北极附近
C．地球表面任意位置的地磁场方向都与地面平行
D．地磁场对射向地球赤道的带电宇宙射线粒子有力的作用
C　[地理南、北极与地磁场存在一个夹角，称为磁偏角，故地理南、北极与地磁场的南、北极不重合，A正确；地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理南极附近，B正确；由于地磁场中某点的磁场方向沿该点的磁感线切线方向，故只有赤道处磁场方向与地面平行，C错误；在赤道处磁场方向水平，而射线是带电的粒子，运动方向垂直磁场方向，根据左手定则可得射向赤道的带电宇宙射线粒子受到洛伦兹力的作用，D正确．]
3、如图所示，水平导轨接有电源，导轨上固定有三根导体棒a、b、c，c为直径与b等长的半圆，长度关系为c最长，b最短，将装置置于竖直向下的匀强磁场中，在接通电源后，三导体棒中有等大的电流通过，则三导体棒受到的安培力大小关系为(　　)
A．Fa＞Fb＞Fc B．Fa＝Fb＝Fc
C．Fb＜Fa＜Fc D．Fa＞Fb＝Fc
D　[设a、b两棒的长度分别为La和Lb，c的直径为d.
由于导体棒都与匀强磁场垂直，则a、b、c三棒所受的安培力大小分别为：Fa＝BILa；Fb＝BILb＝BId；
c棒所受的安培力与长度为d的直导体棒所受的安培力大小相等，则有Fc＝BId；
因为La＞d，则有Fa＞Fb＝Fc.故D正确．]
4、如图所示，取一柔软的铝箔条，把它折成天桥状并用胶纸粘牢两端，使蹄形磁铁横跨过“天桥”．当电池与铝箔接通时(　　)
A．铝箔条中部向磁铁S极运动
B．铝箔条中部向磁铁N极运动
C．铝箔条中部向下方运动
D．铝箔条中部向上方运动
D　[由题意，可知，通过“天桥”的电流方向由外向内，而磁场方向由N到S极，根据左手定则，则可知，箔条中部受到的安培力向上，故A、B、C错误，D正确．]
5、如图所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直于纸面向里的匀强磁场．现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左做加速运动，则在加速运动阶段(　　)
A．a对b的压力不变
B．a对b的压力变大
C．a、b物块间的摩擦力变大
D．a、b物块间的摩擦力不变
B　[a、b整体受总重力、拉力F、向下的洛伦兹力qvB、地面的支持力FN和摩擦力f，竖直方向有FN＝(ma＋mb)g＋qvB，水平方向有F－f＝(ma＋mb)a，f＝μFN.在加速阶段，随着v增大，FN增大，f增大，加速度a减小．对a受力分析，a受重力mag、向下的洛伦兹力qvB、b对a向上的支持力FN′、b对a向左的静摩擦力f′，竖直方向有FN′＝mag＋qvB，水平方向有f′＝maa.随着v的增大，FN′增大，选项A错误，B正确．加速度a在减小，所以a、b物块间的摩擦力变小，选项C、D错误．]
6、质量分别为m1和m2、电荷量分别为q1和q2的两粒子在同一匀强磁场中做匀速圆周运动．已知两粒子的动量大小相等．下列说法正确的是(　　)
A．若q1＝q2，则它们做圆周运动的半径一定相等
B．若m1＝m2，则它们做圆周运动的周期一定相等
C．若q1≠q2，则它们做圆周运动的周期一定不相等
D．若m1≠m2，则它们做圆周运动的周期一定不相等
A　[粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，解得r＝＝，由题意可知：粒子动量p相等、磁感应强度B相等，若q1＝q2，则两粒子轨道半径相等，故A正确；粒子在磁场中做圆周运动的周期T＝，若m1＝m2，由于不知两粒子电荷量关系，如果两粒子电荷量相等，则粒子做圆周运动的周期相等，如果两粒子电荷量不相等，则两粒子做圆周运动的周期不相等，故B错误；粒子在磁场中做圆周运动的周期T＝，若q1≠q2，只要两粒子的比荷相等，则粒子做圆周运动的周期相等，故C、D错误．]
7、(双选)关于磁场的下列说法中正确的是(　　)
A．磁场和电场一样，是同一种物质
B．磁场最基本的性质是对处于磁场里的磁体或电流有力的作用
C．磁体与通电导体之间的相互作用不遵循牛顿第三定律
D．电流与电流之间的相互作用是通过磁场进行的
BD　[电场是存在于电荷周围的一种特殊物质，磁场是存在于磁体和电流周围的一种特殊物质，二者虽然都是客观存在的，但有本质的区别，A项错误；磁场最基本的性质是对处于磁场里的磁体或电流有力的作用，B项正确；磁体与磁体、磁体与电流，电流与电流间相互作用的磁场力与其他性质的力一样，都遵循牛顿第三定律，C项错误；电流的周围产生磁场，所以电流与电流之间的相互作用是通过磁场进行的，D项正确．]
8、如图所示，abcd为四边形闭合线框，a、b、c三点坐标分别为(0，L，0)，(L，L，0)，(L，0，0)，整个空间处于沿y轴正方向的匀强磁场中，通入电流I，方向如图所示，关于四边形的四条边所受到的安培力的大小，下列叙述中正确的是(　　)
A．ab边与bc边受到的安培力大小相等
B．cd边受到的安培力最大
C．cd边与ad边受到的安培力大小相等
D．ad边不受安培力作用
B　[因为ab边垂直于磁场，所以其受到的安培力Fab＝BLabI，而bc边平行于磁场，所以其受到的安培力为零，故A错误；ad边与cd边虽然长度相等，且长度最长，但ad边与磁场不垂直，cd边与磁场垂直，即等效长度不同，所以受到的安培力大小不相等，cd边受到的安培力最大，故B正确，C错误；ad边受到安培力作用，故D错误．]
9、(多选)如图所示，质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′，并处于匀强磁场中．当导线中通以沿x轴正方向的电流I，且导线保持静止时，悬线与竖直方向夹角为θ.则磁感应强度方向和大小可能为(重力加速度为g)(　　)
A．z轴正方向，tan θ B．y轴正方向，
C．z轴负方向，tan θ D．沿悬线向下，sin θ
BCD　[磁感应强度方向为z轴正方向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y轴负方向，直导线不能平衡，故A错误；磁感应强度方向为y轴正方向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿z轴正方向，根据平衡条件，当BIL刚好等于mg时，细线的拉力为零，B＝，故B正确；磁感应强度方向为z轴负方向时，根据左手定则，直导线所受安培力方向沿y轴正方向，根据平衡条件BIL＝mg tan θ，所以B＝tan θ，故C正确；磁感应强度方向沿悬线向下时，根据左手定则，直导线所受安培力方向垂直于细线斜向上，根据平衡条件：F＝mg sin θ，得：B＝，故D正确．]
10、(多选)如图所示，在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带正电荷的小球，管道半径略大于球体半径，整个管道处于方向与管道垂直的水平匀强磁场中；现给球施加一个水平向右的初速度v0，以后小球的速度随时间变化的图象可能正确的是(　　)
A　　　　　　　　B
C　　　　　　　　D
ACD　[给小球施加一个水平向右的初速度，小球将受到向上的洛伦兹力，还受重力、可能有向后的滑动摩擦力；若重力小于洛伦兹力，小球受到向下的弹力，则受到摩擦力，做减速运动，洛伦兹力减小，当洛伦兹力等于重力时，做匀速运动，故C正确；若重力大于洛伦兹力，小球受到向上的弹力，则受到摩擦力，将做减速运动，随洛伦兹力的减小，支持力变大，摩擦力变大，加速度逐渐变大，最后速度为零，故D正确；若洛伦兹力等于小球的重力，小球将做匀速直线运动，故A正确．]
11、如图所示，水平导线中有电流I通过，导线正下方的电子初速度的方向与电流I的方向相同，则电子将(　　)
A．沿路径a运动，轨迹是圆
B．沿路径a运动，轨迹半径越来越大
C．沿路径a运动，轨迹半径越来越小
D．沿路径b运动，轨迹半径越来越小
B　[水平导线在导线下方产生的磁场方向垂直纸面向外，由左手定则可判断电子运动轨迹向下弯曲，又由r＝知，B减小，r越来越大，故电子的径迹是a.故选B.]
12、正误判断
(1)地球的地磁两极和地理两极重合． ( )
(2)磁场的方向就是小磁针北极受力方向． ( )
(3)磁感线是为描述磁场而虚拟的，实际不存在． ( )
(4)磁感线不同于电场线，磁感线可以相交． ( )
(5)静止的电荷周围既存在电场，又存在磁场． ( )
【答案】（1）× （2）√ （3）√ （4）× （5）×
13、回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压的大小为U0.周期T＝.一束该种粒子在t＝0～时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零．现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用．求：
(1)出射粒子的动能Em；
(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0.
[解析]　(1)粒子运动半径为R时
qvB＝m
且Em＝mv2
解得Em＝.
(2)粒子被加速n次达到动能Em，则Em＝nqU0
粒子在狭缝间做匀加速运动，设n次经过狭缝的总时间为Δt，加速度a＝匀加速直线运动nd＝a·Δt2
由t0＝(n－1)·＋Δt，解得t0＝－.
[答案]　(1)　(2)－