湖南省邵阳市隆回县万和实验学校高中物理 第三章 磁场单元测试试题（答案不全）新人教版选修3-1 16页

‎2020年下学期万和实验学校高二物理磁场单元测试试题 ‎ ‎ 时间：110分钟 满分；120分 一、选择题（每小题4分，共60分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确的，全部选对得4分，对而不全得2分。请将正确的答案填在答卷的表格内。）‎ ‎1．关于磁场、磁感应强度和磁感线的描述，下列叙述正确的是（ ）‎ ‎ A．磁感线可以形象地描述磁场的强弱和方向，在磁场中是客观存在的 ‎ B．磁极间的相互作用是通过磁场发生的 C．磁感线总是从磁体的N极指向S极 ‎ D．不论通电导体在磁场中如何放置，都能够检测磁场的存在 ‎2、有关电荷所受电场力和洛仑兹力的说法中,正确的是: （　　）‎ A、电荷在磁场中一定受磁场力的作用 B、电荷在电场中一定受电场力的作用 C、电荷受电场力的方向与该处的电场方向一致 D、电荷若受磁场力,则受力方向与该处的磁场方向垂直 ‎3、一根竖直放置的长直导线,通以由下向上的电流,则在它正西方某点所产生的磁场方向是: （　　）‎ A、向东 B、向南 C、向西 D、向北 ‎4、如图所示,电流从A点分两路对称地且电流强度相等地通过圆形支路再汇合于B点,则圆环中心处O点的磁感应强度的方向是: （　　）‎ A、垂直圆环面指向纸内 B、垂直圆环面指向纸外 C、磁感应强度为零 D、条件不足,无法判断 ‎5．根据安培的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对地球定向移动的电荷，那么由此可断定地球应该（　　）‎ ‎ A．带负电　 Ｂ．带正电 C．不带电　　　 Ｄ．无法确定 ‎6．安培的分子环形电流假说不可以用来解释 （ ）‎ ‎ A．磁体在高温时失去磁性； B．磁铁经过敲击后磁性会减弱； ‎ ‎ C．铁磁类物质放入磁场后具有磁性； D．通电导线周围存在磁场。‎ ‎7．磁感应强度，与下列哪个物理量的表达式体现了相同的物理方法 （ ）‎ ‎ A．加速度 B．电场强度 C．电容 D．电阻 ‎8．图为某磁谱仪部分构件的示意图．图中，永磁铁提供匀强磁场，硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹．宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子．当这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是(　　)‎ A．电子与正电子的偏转方向一定不同 B．电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同 C．仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子 D．粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小 ‎9．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是( )‎ A．增大匀强电场间的加速电压 B．增大磁场的磁感应强度 C．减小狭缝间的距离 D．增大D形金属盒的半径 ‎10、如图所示是一带电粒子垂直磁场方向进入磁场后的运动轨迹,已知磁场垂直纸面向内,则关于粒子的运动,下列说法中正确的是: （　　）‎ A、如果是匀强磁场,且粒子运动过程中因受阻力影响，动能越来越小,则粒子一定是从b运动到a,且粒子带正电 B、如果是匀强磁场,且粒子运动过程中因受阻力影响，动能越来越小,则粒子一定是从a运动到b,且粒子带负电 C、如果是非匀强磁场,不考虑能量损失,则磁场的分布应是从左向右逐渐减弱 D、如果是非匀强磁场,不考虑能量损失,则磁场的分布应是从左向右逐渐增强 ‎11.如图所示，用两个一样的弹簧秤吊着一根铜棒（与弹簧秤接触处绝缘），铜棒所在的虚线范围内有垂直于纸面的匀强磁场，棒中通以自左向右的电流，当棒平衡时，弹簧秤的读数都为F1；若将棒中电流反向，当棒再次平衡时，弹簧秤的读数都为F2，且F2 > F1。根据上述信息，可以确定（　　） ‎ A.磁感应强度的方向 B.磁感应强度的大小 C.铜棒所受安培力的大小 D.铜棒的重力 ‎12．如图所示，匀强电场E方向竖直向下，水平匀强磁场B垂直纸面向里，三个油滴a、b、c带有等量同种电荷。已知a静止，b、c在纸面内均做匀速圆周运动（轨迹未画出）。以下说法正确的是 （ ）‎ a b c E A．a的质量最大，c的质量最小，b、c都沿逆时针方向运动 B．b的质量最大，a的质量最小，b、c都沿顺时针方向运动 C．三个油滴质量相等，b沿顺时针方向运动，c沿逆时针方向运动 ‎ D．三个油滴质量相等，b、c都沿顺时针方向运动 ‎13．如图所示，一水平放置的光滑绝缘直槽轨连接一竖直放置的半径为R的绝缘半圆形光滑槽轨。槽轨处在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B。有一个质量为m，带电量为+q的小球在水平轨道上以一定初速度向右运动。若小球恰好能通过最高点，则下列说法正确的是（　　）‎ B m q v0‎ A．小球在最高点只受到洛仑兹力和重力的作用 B．由于无摩擦力，且洛仑兹力不做功，所以小球到达最高点时与小球在水平轨道上的机械能相等 C．如果设小球到达最高点的线速度是v，小球在最高点时式子mg＋qvB＝mv2/R成立 D．小球从最高点脱离轨道后将做平抛运动 ‎14．如图所示，在竖直放置的金属板M上放一个放射源C，可向纸面内各个方向射出速率均为v的粒子，P是与金属板M 平行的足够大的荧光屏，到M的距离为d．现在 P与金属板M间加上垂直纸面的匀强磁场，调整磁感应强度的大小，恰 使沿M板向上射出的粒子刚好垂直打在荧光屏上。若粒子的质量为m，电荷量为+2e。则（ ） ‎ A．磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B的大小为 ‎ B．磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度B的大小为 ‎ C．在荧光屏上能观察到的亮斑区的长度为2d ‎ D．在荧光屏上能观察到的亮斑区的长度为4d ‎15．如图所示，边长为a的等边三角形ABC区域中存在垂直纸面向里的匀强磁场，AC边右侧存在竖直方向的匀强电场，场强为E，一带正电、电量为q的小球以速度v0沿AB边射入匀强磁场中恰能做匀速圆周运动，欲使带电小球能从AC边射出，磁场的磁感应强度B的取值应为（ ）‎ A． B． C．B= D．‎ 二、本题共2小题，共12分．把答案填在题中的横线上或按题目要求作答．‎ ‎16．（4分）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，在科学研究中具有重要应用。如图所示是质谱仪工作原理简图，电容器两极板相距为d，两端电压为U，板间匀强磁场磁感应强度为B1，一束带电量均为q的正电荷粒子从图示方向射入，沿直线穿过电容器后进入另一匀强磁场B2，结果分别打在a、b两点，测得两点间的距离为，由此可知，打在两点的粒子质量差为=____________。（粒子重力不计）‎ ‎17．（8分）某研究性小组的同学们在探究安培力的大小和方向与哪些因素有关时，设计了以下两个实验。‎ 实验一：利用如图所示的安培力演示器先探究影响安培力大小的因素。第一步，当通电导线长度和磁场一定，调节滑动变阻器的滑片改变电流，观察：指针发生偏转，且偏转角度随电流增大而增大。‎ 第二步，当通电电流和磁场一定，改变导线的长度，分别观察：指针发生偏转的角度随导线长度的增大而增大。‎ 第三步，当通电电流和导线长度一定，更换磁铁，再次分别观察：指针发生偏转的角度不同。‎ 实验二：利用安培力演示器对安培力的方向进行对比探究。先后按照下表实验序号1、2、3的图例做实验，观察到的相关现象已分别记录在对应的图例下面的表格里。‎ 实验序号 ‎ 1‎ ‎2‎ ‎3‎ 图 例 B F I F B I I F B 磁场方向 竖直向下 竖直向下 竖直向上 电流方向 水平向里 水平向外 水平向外 受力方向 水平向左 水平向右 水平向左 ‎（1）通过实验一的对比探究，可以得到影响安培力大小的因素有：________________；且安培力大小与这些因素的定性关系是：___________________________________。‎ ‎（2）通过实验二的对比探究，可以得到安培力的方向与______方向、______方向有关；且三者方向的关系是：当I⊥B时，_________________________。‎ ‎（3）通过实验一的对比探究，能否得出安培力大小的计算公式？__________（填“能”或“不能”）通过实验二的对比探究，能否得出安培力方向的规律――左手定则？__ ___（填“能”或“不能”）‎ 三、本题共4小题，满分48分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤。只写出最后答案的不能得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎18．（10分）如图，水平放置的光滑的金属导轨M、N，平行地置于匀强磁场中，间距为d，金属棒ab的质量为m，电阻为r，放在导轨上且与导轨垂直。磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面成夹角α 且与金属棒ab垂直，定值电阻为R，导轨电阻不计。当电键闭合的瞬间，测得棒ab的加速度大小为a，则电源电动势为多大？‎ ‎19、如图所示,PQ和MN为水平、平行放置的金属导轨,相距‎1m,导体棒ab跨放在导轨上,棒的质量为m=‎0.2kg,棒的中点用细绳经滑轮与物体相连,物体的质量M=‎0.3kg,棒与导轨的动摩擦因数为μ=0.5,匀强磁场的磁感应强度B=2T,方向竖直向下.为了使物体匀速上升,应在棒中通入多大的电流?方向如何?(g=‎10m/s2)‎ ‎20. 用一根长L=‎0.8m的轻绳，吊一质量为m=‎1.0g的带电小球，放在磁感应强度B=0.1T，方向如图11-14所示的匀强磁场中，将小球拉到与悬点等高处由静止释放，小球便在垂直于磁场的竖直面内摆动，当球第一次摆到低点时，悬线的张力恰好为零（重力加速度g=‎10m/s2）‎ ‎（1）小球带何种电荷？电量为多少？‎ ‎（2）小球第二次经过最低点时，悬线对小球的拉力多大？‎ ‎21．如图，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负向．在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d，0)点沿垂直于x轴的方向进入电场．不计重力．若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为θ，求：‎ ‎(1 )电场强度大小与磁感应强度大小的比值；‎ ‎(2)该粒子在电场中运动的时间．‎ ‎22．如图所示，某一新型发电装置的发电管是横截面为矩形的水平管道，管道的长为L、宽为d、高为h，上下两面是绝缘板．前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S和定值电阻R相连．整个管道置于磁感应强度大小为B、方向沿z轴正方向的匀强磁场中．管道内始终充满电阻率为ρ的导电液体(有大量的正、负离子)，且开关闭合前后，液体在管道进、出口两端压强差的作用下，均以恒定速率v0沿x轴正向流动，液体所受的摩擦阻力不变．‎ ‎(1)求开关闭合前，M、N两板间的电势差大小U0；‎ ‎(2)求开关闭合前后，管道两端压强差的变化Δp；‎ ‎(3)调整矩形管道的宽和高，但保持其他量和矩形管道的横截面积S＝dh不变，求电阻R可获得的最大功率Pm及相应的宽高比的值．‎ ‎23、如题图所示，在无限长的竖直边界NS和MT间充满匀强电场，同时该区域上、下部分分别充满方向垂直于NSTM平面向外和向内的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B，KL为上下磁场的水平分界线，在NS和MT边界上，距KL高h处分别有P、Q两点，NS和MT间距为1.8h，质量为m，带电荷量为＋q的粒子从P点垂直于NS边界射入该区域，在两边界之间做圆周运动，重力加速度为g.‎ ‎(1)求电场强度的大小和方向．‎ ‎(2)要使粒子不从NS边界飞出，求粒子入射速度的最小值．‎ ‎(3)若粒子能经过Q点从MT边界飞出，求粒子入射速度的所有可能值．‎ ‎2020年下学期万和实验学校高二物理磁场单元测试答卷 班级 班号 姓名 ‎ 一、选择题：在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确的，请将答案填在下表中。‎ 题号 ‎ 1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎ 6‎ ‎7‎ ‎ 8‎ 答案 题号 ‎ 9‎ ‎10‎ ‎ 11‎ ‎12‎ ‎ 13‎ ‎ 14‎ ‎ 15‎ ‎ ‎ 答案 二．实验题：(将答案填在题中的横线上，共12分)‎ ‎ 16、_____ _____ ‎ ‎17、（1）____ __ ____ _ ____‎ ‎ （2）________ ________ __________ （3）_______ _______‎ ‎ 三、计算题：（48分）解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后的答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。‎ ‎18、解：‎ ‎ ‎ ‎19、解：‎ ‎20、解：‎ ‎21、解：‎ 22、 解：‎ ‎23、解：‎ ‎18．（10分）解析：画出导体棒ab受力的截面图，如图所示 导体棒ab所受安培力：F = BIL （2分）‎ 由牛顿第二定律得： Fsinα=ma （4分）‎ 导体棒ab 中的电流： （2分）‎ 得（2分）‎ ‎21．[解析] (1)如图，粒子进入磁场后做匀速圆周运动．设磁感应强度的大小为B，粒子质量与所带电荷量分别为m和q，圆周运动的半径为R0.由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得 qv0B＝m①‎ 由题给条件和几何关系可知R0＝d②‎ 设电场强度大小为E，粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax，在电场中运动的时间为t，离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx.由牛顿定律及运动学公式得Eq＝max③‎ vx＝axt④ t＝d⑤‎ 由于粒子在电场中做类平抛运动(如图)，有tan θ＝⑥‎ 联立①②③④⑤⑥式得＝v0tan2 θ⑦‎ ‎(2)联立⑤⑥式得t＝⑧‎ ‎22．[解析] (1)设带电离子所带的电荷量为q，当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时，U0保持恒定，有qv0B＝q① 得U0＝Bdv0②‎ ‎(2)设开关闭合前后，管道两端压强差分别为p1、p2，液体所受的摩擦阻力均为f，开关闭合后管道内液体受到的安培力为F安，有p1hd＝f③ p2hd＝f＋F安④‎ F安＝BId⑥‎ 根据欧姆定律，有I＝⑥‎ 两导体板间液体的电阻r＝ρ⑦‎ 由②③④⑤⑥⑦式得Δp＝⑧‎ ‎(3)电阻R获得的功率为P＝I2R⑨‎ P＝R⑩‎ 当＝时，⑪‎ 电阻R获得的最大功率Pm＝.⑫‎ ‎23．[答案] (1)E＝，方向竖直向上　(2) (9－6)　(3)可能的速度有三个：，， 本题考查了带电粒子在复合场、组合场中的运动．‎ ‎　　‎ ‎ 答题9图1　　　　　　　　　答题9图2‎ ‎[解析] (1)设电场强度大小为E.‎ 由题意有mg＝qE 得E＝，方向竖直向上．‎ ‎(2)如答题9图1所示，设粒子不从NS边飞出的入射速度最小值为vmin，对应的粒子在上、下区域的运动半径分别为r1和r2，圆心的连线与NS的夹角为φ.‎ 由r＝ 有r1＝，r2＝r1‎ 由(r1＋r2)sinφ＝r2 r1＋r1cosφ＝h vmin＝(9－6) ‎(3)如答题9图2所示，设粒子入射速度为v，粒子在上、下方区域的运动半径分别为r1和r2，粒子第一次通过KL时距离K点为x.‎ 由题意有3nx＝1.8h(n＝1，2，3…) x≥ x＝ 得r1＝，n<3.5‎ 即n＝1时，v＝；‎ n＝2时，v＝；‎ n＝3时，v＝ ‎23．（15分）如图所示，真空室内存在宽度为d=‎8cm的匀强磁场区域，磁感应强度B=0.332T，磁场方向垂直于纸面向里；ab、cd足够长，cd为厚度不计的金箔，金箔右侧有一匀强电场区域，电场强度E=3.32×105 N/C，方向与金箔成37°角。紧挨边界ab放一点状粒子放射源S，可沿纸面向各个方向均匀放射初速率相同的粒子，已知：mα =6.64×10‎-27Kg,　qα=3.2×10‎-19C,初速率v=3.2×‎106 m/s . （sin37°=0.6,cos37°=0.8）求：‎ B E a c S d N b ‎37°‎ ‎ ⑴粒子在磁场中作圆周运动的轨道半径R；‎ ‎⑵金箔cd被 粒子射中区域的长度L；‎ ‎⑶ 设打在金箔上d端离cd中心最远的粒子沿直线穿出金箔进入电场，在电场中运动通过N点，SN⊥ab且SN=‎40cm,则此 粒子从金箔上穿出时，损失的动能为多少？‎ ‎23．（15分）解：（1）粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即 ‎ （2分）‎ 则 （2分）‎ ‎（2）设cd中心为O，向c端偏转的粒子，当圆周轨迹与cd相切时偏离O最远，‎ Q O1‎ P B E a c S d N b ‎37°‎ M O 设切点为P，对应圆心O1，如图所示，则由几何关系得：‎ ‎ （3分）‎ 向d端偏转的粒子，当沿Sb方向射入时，偏离O最远，设此时圆周轨迹与cd交于Q点，对应圆心O2，如图所示，则由几何关系得：‎ ‎ （3分）‎ 故金箔cd被粒子射中区域的长度L= （1分）‎ ‎（3）设从Q点穿出的粒子的速度为，因半径O2Q∥场强E，则⊥E ‎，故穿出的粒子在电场中做类平抛运动，轨迹如图所示。 （1分）‎ 沿速度方向做匀速直线运动,‎ 位移， （1分） ‎ 沿场强E方向做匀加速直线运动，‎ 位移，‎ 则由（1分）（1分）‎ ‎（1分）得： ‎ A 故此粒子从金箔上穿出时，损失的动能为 （2分）‎