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- 2021-06-01 发布
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第三章 章末检测
一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分.其中1~5小题为单选题,6~8小题为多选题)
1.在如图所示的四幅图中,正确标明了带正电的粒子在磁感应强度为B的磁场中以速度v运动时所受洛伦兹力F的方向的是( )
解析:磁感线穿过手心,四指指向正粒子运动的方向,拇指所指的方向就是正粒子所受洛伦兹力的方向,即为左手定则.在A中,粒子所受洛伦兹力的方向应竖直向下;B中,粒子所受洛伦兹力的方向竖直向上;C中,粒子所受洛伦兹力的方向应垂直纸面向里;D中,粒子所受洛伦兹力的方向应垂直纸面向外,故选B.
答案:B
2.如图所示,弹簧测力计下挂一铁球,将弹簧测力计自左向右逐渐移动时,弹簧测力计的示数( )
A.不变 B.逐渐减小
C.先减小后增大 D.先增大后减小
解析:磁体上磁极的磁性最强,对铁球的吸引力最大,所以铁球自左向右逐渐移动时,所受磁体的引力先减小后增大,弹簧测力计的示数也随之先减小后增大.
答案:C
3.在赤道上空,水平放置一根通以由西向东的电流的直导线,则此导线( )
A.受到竖直向上的安培力
B.受到竖直向下的安培力
C.受到由南向北的安培力
D.受到由西向东的安培力
解析:
赤道上空的地磁场方向是由南向北的,电流方向由西向东,画出此处磁场和电流的方向图如图所示,由左手定则可判断出导线受到的安培力的方向是竖直向上的,选项A正确.
答案:A
4.
如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与水平方向的夹角为30°,图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中,并绕着它的一条边从水平位置转到竖直位置(图中虚线位置).则在此过程中磁通量的变化量的大小为( )
A.BS B.BS
C.BS D.2BS
解析:取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正,则Φ1=BSsin30°=BS
线圈处于竖直位置,磁感线从线圈另一面穿过,磁通量Φ2=-BScos30°=-BS
故磁通量的变化为ΔΦ=Φ2-Φ1=-BS
即变化量的大小为|ΔΦ|=BS.
答案:C
5.(2017·北京市昌平区高二联考)如图所示,质量为m、长度为L的金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂在O、O′点,处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B;棒中通以某一方向的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ,重力加速度为g.则( )
A.金属棒中的电流方向由N指向M
B.金属棒MN所受安培力的方向垂直于OMNO′平面向上
C.金属棒中的电流大小为tanθ
D.每条悬线所受拉力大小为mgcosθ
解析:平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ,故导线受到安培力,根据左手定则,可判断金属棒中的电流方向由M指向N,故A错误;金属棒MN所受安培力的方向垂直于MN和磁场方向向右,故B错误;由受力分析可知,Tcosθ=mg,Tsinθ=BIL,得I=tanθ,故C正确;由受力分析可知,Tcosθ=mg,T=,故D错误.
答案:C
6.(多选)(2017·汕头测试)
如图是自动跳阐的闸刀开关,闸刀处于垂直纸面向里匀强磁场中,当CO间的闸刀刀片通过的直流电流超过额定值时,闸刀A端会向左弹开断开电路.以下说法正确的是( )
A.闸刀刀片中的电流方向为C至O
B.闸刀刀片中的电流方向为O至C
C.跳闸时闸刀所受安培力没有做功
D.增大匀强磁场的磁感应强度,可使自动跳闸的电流额定值减小
解析:当MN通电后,闸刀开关会自动跳开,可知安培力应该向左,由左手定则判断,电流方向O→C,故A错误、B正确.跳闸时闸刀受到安培力而运动断开,故跳闸时闸刀所受安培力做正功,故C错误.跳闸的作用力是一定的,依据安培力F=BIL可知,增大匀强磁场的磁感应强度,电流I变小,故D正确.故选BD.
答案:BD
7.(多选)用回旋加速器加速质子时,所加交变电压的频率为f,为了使质子获得的最大动能增加为原来的4倍,下列方法不可取的是( )
A.将其磁感应强度增大为原来的2倍
B.将D形金属盒的半径增大为原来的2倍
C.将两D形金属盒间的加速电压增大为原来的4倍
D.将交变电压的频率增大为原来的4倍
答案:ACD
8.
(多选)目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,如图表示它的原理:将一束等离子体(包含正、负离子)喷射入磁场,在磁场中有两块金属板A、B,于是金属板上就会聚集电荷,产生电压.以下说法正确的是( )
A.B板带正电
B.A板带正电
C.其他条件不变,只增大射入速度,UAB增大
D.其他条件不变,只增大磁感应强度,UAB增大
解析:根据左手定则,正离子进入磁场受到的洛伦兹力向下,A正确、B错误.最后,离子受力平衡有qBv=q,可得UAB=Bvd,C、D正确.
答案:ACD
二、非选择题(本题共4小题,共52分)
9.(12分)
长L=60 cm、质量m=6.0×10-2 kg、粗细均匀的金属棒,两端用完全相同的弹簧挂起,放在磁感应强度B=0.4 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,如图所示,若不计弹簧重力(g取10 m/s2),问:
(1)要使弹簧不伸长,金属棒中电流的大小和方向如何?
(2)若在金属棒中通入自左向右、大小为I=0.2 A的电流,金属棒下降x1=1 cm;若通入金属棒中的电流仍为0.2 A,但方向相反,这时金属棒下降了多少?
解析:(1)要使弹簧不伸长,则重力应与安培力平衡,所以安培力应向上,据左手定则可知电流方向应向右,因mg=BLI,所以I==2.5 A.
(2)
因在金属棒中通入自左向右、大小为I=0.2 A的电流,金属棒下降x1=1 cm,由平衡条件得mg=BLI+2kx1.当电流反向时,由平衡条件得mg=-BLI+2kx2.
解得x2=1.17 cm.
答案:(1)2.5 A 向右 (2)1.17 cm
10.(12分)
如图所示,在xOy平面内,y≥0的区域有垂直于xOy平面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,一质量为m、带电荷量大小为q的粒子从原点O沿与x轴正方向成60°角方向以v0射入,粒子的重力不计,求带电粒子在磁场中运动的时间和带电粒子离开磁场时的位置.
解析:当带电粒子带正电时,轨迹如图中OAC
,对粒子,由于洛伦兹力提供向心力,则qv0B=m,R=,T=
故粒子在磁场中的运动时间t1=T=
粒子在C点离开磁场OC=2R·sin60°=
故离开磁场的位置为
当带电粒子带负电时,轨迹如图中ODE所示,同理求得粒子在磁场中的运动时间t2=T=
离开磁场时的位置为.
答案:(1) 或
11.(12分)(2016·北京高考)
如图所示,质量为m,电荷量为q的带电粒子,以初速度v沿垂直磁场方向射入磁感应强度为B的匀强磁场,在磁场中做匀速圆周运动.不计带电粒子所受重力.
(1)求粒子做匀速圆周运动的半径R和周期T.
(2)为使该粒子做匀速直线运动,还需要同时存在一个与磁场方向垂直的匀强电场,求电场强度E的大小.
解析:(1)粒子做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,有F
洛=qvB=m
解得粒子做匀速圆周运动的半径R=
粒子做匀速圆周运动的周期
T==
(2)粒子受电场力F=qE,
洛伦兹力F洛=qvB,
粒子做匀速直线运动,由二力平衡可知,
qE=qvB.
解得电场强度的大小E=vB.
答案:(1) (2)vB
12.(16分)(2017·邯郸高二检测)如图所示,在平面直角坐标系xOy内,第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限以ON为直径的半圆形区域内存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,从y轴正半轴上y=h处的M点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x=2h处的P点进入磁场,最后以垂直于y轴的方向射出磁场.不计粒子重力.求:
(1)电场强度的大小E.
(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r.
(3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t.
解析:(1)设粒子在电场中运动的时间为t1
则有2h=v0t1,①
h=at②
根据牛顿第二定律得Eq=ma③
解得E=.④
(2)设粒子进入磁场时速度为v,
在电场中,由动能定理得
Eqh=mv2-mv⑤
由④⑤得v=v0⑥
由几何关系知,粒子射入磁场速度与x轴夹角为45°.
粒子的运动轨迹如图所示
又Bqv=⑦
联立⑥⑦,解得r=.⑧
(3)粒子在电场中运动的时间t1=⑨
粒子在磁场中运动的周期T=⑩
设粒子在磁场中运动的时间为t2,由几何关系可得
t2=·T=T,⑪
联立⑨⑩⑪解得
t=t1+t2=+.
答案:(1) (2) (3)+
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