2021-2022学年高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 测评A（含解析）沪科版选修3-1.docx

1、第5章测评A(基础过关卷)一、选择题(本题包含8小题,每小题6分,共48分。在每小题给出的四个选项中,第15题只有一个选项符合题目要求,第68题有多个选项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有错选的得0分)1.下列四个实验现象中,不能表明电流能产生磁场的是()解析:A、C、D中小磁针或导线所受磁场力都是导线中产生的磁场施加的,但选项B中的磁场是磁铁产生的。答案:B2.关于磁感应强度的概念,下列说法中正确的是()A.由磁感应强度的定义式B=FIL可知,磁感应强度与磁场力成正比,与电流和导线长度的乘积成反比B.一小段通电导线在空间某处不受磁场力的作用,那么该处的磁感应强度一定为零C

2、.一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置上,它受到的磁场力一定等于零D.磁场中某处的磁感应强度的方向,跟电流在该处所受磁场力的方向相同答案:C3.为了测量某化肥厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口,在垂直于上下表面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个内侧面固定有金属板作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法正确的是()A.若污水中正离子较多,则前内侧面比后内侧面电势高B.前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势

3、,与哪种离子多无关C.污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大D.污水流量Q与电压U成正比,与a、b有关解析:由左手定则可判断:若流动的是正离子,则正离子向里偏,前内侧面电势低于后内侧面电势;若流动的是负离子,则负离子向外偏,仍然是前内侧面电势低于后内侧面的电势,故选项A错误,选项B正确。污水稳定流动时,对任一离子有qvB=qE=qUb,所以U=Bbv,电势差与浓度无关,故选项C错误。流量Q=Sv=bcUBb=cUB,可以看出流量与a、b均无关,故选项D错误。正确选项为B。答案:B4.如图所示,一段导线abcd位于磁感应强度大小为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

4、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(2+1)ILBB.方向沿纸面向上,大小为(2-1)ILBC.方向沿纸面向下,大小为(2+1)ILBD.方向沿纸面向下,大小为(2-1)ILB解析:本题考查磁场对通电直导线的作用、安培力、左手定则和力的合成与分解等知识点,意在考查通过力的合成运动将通电弯曲导线受力问题转化为直导线受力问题的能力。将导线分为三段直导线,根据左手定则分别判断出安培力的大小,根据F=BIL计算出安培力的大小,再求合力。导线所受合力F=BIL+2BILsin45=(

5、2+1)ILB。答案:A5.如图所示,有一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场,一束电子流以初速度v从水平方向射入,为了使电子流经过磁场时不偏转(不计重力),则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场,这个电场的电场强度大小和方向是()A.Bv,竖直向上B.Bv,水平向左C.Bv,垂直纸面向里D.Bv,垂直纸面向外解析:由左手定则可知,电子流所受洛伦兹力的方向垂直纸面向里,因此,要求电场力的方向垂直纸面向外,因电子带负电,所以,匀强电场的方向为垂直纸面向里。由qvB=qE得E=vB。答案:C6.电磁轨道炮工作原理如图所示,待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道

6、流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是()A.只将轨道长度L变为原来的2倍B.只将电流I增加至原来的2倍C.只将弹体质量减至原来的一半D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其他量不变解析:由题意可知,B=kI,设轨道宽为d,则F安=BId=kI2d,由动能定理得,F安L=12mv2,联立以上式子解得,v=2kI2dLm,选项B、D正确。答案:BD7.如图,质量为m、长为L的直导线用两绝缘

7、细线悬挂于O、O,并处于匀强磁场中,当导线中通以沿x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。则磁感应强度方向和大小可能为()A.沿z正向,mgILtan B.沿y正向,mgILC.沿z负向,mgILtan D.沿悬线向上,mgILsin 解析:如图为沿x轴负方向观察时的侧面图,由平衡条件可知,导线静止时,导线所受安培力F在重力和绝缘细线的拉力T的反向延长线之间,如图所示。由左手定则可知,磁感应强度不可能沿z轴正向和沿悬线向上,即选项A、D错误;当磁感应强度沿y轴正方向时,有F=BIL=mg,则B=mgIL,选项B正确;当磁感应强度沿z轴负方向时,F=BIL=mgtan,则B=m

8、gtanIL,选项C正确。答案:BC8.利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子。图中板MN上方是磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,板上有两条宽度分别为2d和d的缝隙,两缝近端相距为L。一群质量为m、电荷量为q,具有不同速度的粒子从宽度为2d的缝隙垂直于板MN进入磁场,对于能够从宽度为d的缝隙射出的粒子,下列说法中正确的是()A.粒子带正电B.射出粒子的最大速度为qB(3d+L)2mC.保持d和L不变,增大B,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D.保持d和B不变,增大L,射出粒子的最大速度与最小速度之差增大解析:带电粒子能够从右缝中射出,进入磁场时所受洛伦兹力方向应向右

9、,由左手定则可判定粒子带负电,选项A错误;由qvB=mv2r得,v=qBrm,射出粒子运动的最大半径为rmax=3d+L2,射出粒子运动的最小半径为rmin=L2,故射出粒子的最大速度为vmax=qB(3d+L)2m,选项B正确;射出粒子的最小速度为vmin=qBL2m,v=vmax-vmin=3qBd2m,若保持d和L不变,增大B时,v增大,选项C正确;若保持d和B不变,增大L时,v不变,选项D错误。答案:BC二、填空题(本题包含2小题,共16分)9.(8分)实验室里可以用图甲所示的小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

10、),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=。解析:根据题意,指针指向条形磁铁磁场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,则B=Bxtan。答案:罗盘上指针的偏转角Bxtan 10.(8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

11、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x=,方向。解析:设线框的质量为m,bc边受到的安培力为F=nBIL。当电流如图所示时,设弹簧伸长量为x1,平衡时mg-F=kx1,当电流反向后,设弹簧伸长量为x2,平衡时mg+F=kx2,所以线圈中电流反向后线框的位移大小为x=x2-x1=2Fk=2nIBLk,方向向下。答案:2nIBLk向下三、计算题(本题包含3小题,共36分。解题时要有必要的步骤和文字说明)11.(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.

12、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为多大?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)解析:根据动能定理有BILs=12mv2解得B=5.5104T速度最大时磁场力的功率最大,则P=BILv=5.5104102000W=1.11010W。答案:5.5104 T1.11010 W12.(12分)从粒子源射出的带电粒子的质量为m、电荷量为q,它以速度v0经过电势差为U的带窄缝的平行板电极S1和S2间的电场,并从O点沿Ox方向进

13、入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场,Ox垂直平行板电极S2,当粒子从P点离开磁场时,其速度方向与Ox方向的夹角=60,如图所示,整个装置处于真空中。求:(1)粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R。(2)粒子在磁场中运动所用的时间t。解析:(1)设粒子离开电场时的速度为v,由动能定理得,qU=12mv2-12mv02粒子在磁场中有qvB=mv2R由得R=mqB2qUm+v02(2)粒子做圆周运动的周期T=2Rv=2mqB粒子在磁场中运动时间t=16T由得t=m3qB。答案:(1)mqB2qUm+v02(2)m3qB13.(14分)如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴

14、下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴正方向夹角为。不计空气阻力,重力加速度为g,求:(1)电场强度E的大小和方向。(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小。(3)A点到x轴的高度h。解析:本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡(恒力不能充当圆周运动的向心力),有qE=mgE=mgq重力的方向竖直向下,电场力方向只能向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。(2)小球做匀速圆周运动,O为圆心,MN为弦长,MOP=,如图所示。设半径为r,由几何关系知L2r=sin小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,设小球做圆周运动的速率为v,有qvB=mv2r由速度的合成与分解知v0v=cos由式得v0=qBL2mcot。(3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为vy=v0tan由匀变速直线运动规律v2=2gh由式得h=q2B2L28m2g。答案:(1)mgq,方向竖直向上(2)qBL2mcot (3)q2B2L28m2g