高中物理粤教版1第三章磁场【全国一等奖】

章末质量评估(三)一、单项选择题(本题共10小题，每题3分，共30分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得3分，错选不选或多选均不得分．)1．如图所示的四个实验现象中，不能表明在电流周围能产生磁场的是()A．图甲中，导线通电后磁针发生偏转B．图乙中，通电导线在磁场中受到力的作用C．图丙中，当电流方向相同时，导线相互靠近D．图丁中，当电流方向相反时，导线相互远离答案：B2．如图所示，E、F分别表示蓄电池两极，P、Q分别表示螺线管两端．当闭合开关时，发现小磁针N极偏向螺线管Q端．下列判断正确的是()A．F为蓄电池负极B．螺线管P端为S极C．流过电阻R的电流方向向下D．管内磁场方向由Q指向P答案：D3．如图所示，有一根直导线上通以恒定电流I，方向垂直指向纸内，且和匀强磁场B垂直，则在图中圆周上，磁感应强度数值最大的点是()A．a点 B．b点C．c点 D．d点答案：A4．下列四幅图关于各物理量方向间的关系中，正确的是()解析：由左手定则可知，安培力的方向总是与磁感应强度的方向垂直，A错误；磁场的方向向下，电流的方向向里，由左手定则可知安培力的方向向左，B正确；由左手定则可知，洛伦兹力的方向总是与磁感应强度的方向垂直，C错误；通电螺线管产生的磁场的方向沿螺线管的轴线的方向，由题图可知电荷运动的方向与磁感线的方向平行，不受洛伦兹力，D错误．答案：B5．如图所示，在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．在导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是()A．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向上B．B＝mgeq\f(sinα,IL)，方向垂直斜面向下C．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向下D．B＝mgeq\f(cosα,IL)，方向垂直斜面向上解析：外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向上，则沿斜面向上的安培力、支持力与重力，处于平衡状态．答案：A6．如图所示，在光滑水平面上放根固定的通电直导线，并在它旁边与它在同一水平面内放一通电矩形导线框，则导线框的运动情况是()A．线框静止 B．线框向右匀速运动C．线框向左匀速运动 D．线框向右加速运动解析：直导线中的电流方向由下向上，根据安培定则，导线右侧区域磁感应强度方向向内，根据左手定则，左边受向右的安培力，右边受到向左的安培力，上边受到向上的安培力，下边受到向下的安培力；离通电导线越远的位置，磁感应强度越小，故根据安培力公式F＝BIL，左边受到的安培力大于右边，上边受到的安培力等于下边受到的安培力，故线圈受通电直导线作用后将向右运动．故D正确，A、B、C错误．答案：D7．带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹，如图是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少．下列说法正确的是()A．粒子先经过a点，再经过b点B．粒子先经过b点，再经过a点C．粒子可以带正电也可以带负电D．粒子带正电解析：粒子在云室中运动时，速度逐渐减小，根据r＝eq\f(mv,qB)可知其运动轨迹的半径逐渐减小，故粒子运动方向为由a到b，故A正确，B错误；运动方向由a到b，磁场垂直纸面向里，所受洛伦兹力方向指向运动轨迹内侧，故由左手定则可知该电荷带负电，故C、D错误．答案：A8．环形对撞机是研究高能粒子的重要装置．正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B，两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞，为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是()A．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感应强度B越大B．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感应强度B越小C．对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越大D．对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变解析：由题意知道正负电子经加速后进入匀强磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律推导出电子圆周运动的半径和周期表达式，再进行分析．电子在加速电场中，根据动能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2，电子在匀强磁场中由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，电子圆周运动的半径r＝eq\f(mv,qB)，周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB).A、B对于给定的加速电压，v不变，又由题意得知，r不变，则带电粒子的比荷eq\f(q,m)越大，则B越小．故A错误，B正确．C、D由上可知，加速电压U越大，电子获得的速度v越大，要保持半径r不变，B应增大，则T会减小．故C、D错误．答案：B9．回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，在两盒间的窄缝中形成交变电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出，如果用同一回旋加速器分别加速氚核(eq\o\al(3,1)H原子核)和α粒子(eq\o\al(4,2)He原子核)，比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，可知()A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大解析：因为加速器所加的高频交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相等，而粒子在磁场中做圆周运动的周期与粒子的运动速度没关系，故由公式T＝eq\f(2πm,qB)可知，氚核的交流电源的周期较大，故C、D均错误；再根据最大动能Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m·eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(BqR,m)))eq\s\up12(2)＝eq\f(B2q2R2,2m)，将氚核与氦核的相关电荷量与质量代入，发现氚核获得的最大动能较小，故A正确，B错误．答案：A10．如图，某带电粒子由静止开始经电压为U的电场加速后，射入水平放置、电势差为U′的两导体板间的匀强电场中，带电粒子沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁感线方向射入边界线竖直的匀强磁场中，则粒子进入磁场和射出磁场的M，N两点间的距离d随着U和U′的变化情况为(不计重力，不考虑边缘效应)()A．d随U变化，d随U′变化B．d随U变化，d与U′无关C．d与U无关，d与U′无关D．d与U无关，d随U′变化解析：对于加速过程，有qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，得v0＝eq\r(\f(2qU,m))，带电粒子在电场中做类平抛运动，可将射出电场的粒子速度v分解成初速度方向与加速度方向，设出射速度与水平夹角为θ，则有v0＝vcosθ；而在磁场中做匀速圆周运动，设运动轨迹对应的半径为R，由几何关系可得，半径与直线MN夹角正好等于θ，则eq\f(\f(1,2)d,R)＝cosθ，所以d＝eq\f(2Rv0,v)，又因为半径公式R＝eq\f(mv,qB)，所以d＝eq\f(2mv0,qB)＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q)).故d随U变化，d与U′无关．所以B正确，A、C、D错误，故选B.答案：B二、多项选择题(本题共4小题，每题6分，共24分．每小题有多个选项是正确的，全选对得6分，少选得3分，选错、多选或不选得0分．)11．如图所示是用电子射线管演示带电粒子在磁场中受洛伦兹力的实验装置，图中虚线是带电粒子的运动轨迹，那么下列关于此装置的说法正确的有()A．A端接的是高压直流电源的正极B．A端接的是高压直流电源的负极C．C端是蹄形磁铁的N极D．C端是蹄形磁铁的S极解析：由图可知，电子是从A端射出，则A端是高压直流电源的负极，故A错误，B正确；电子是从A向B运动，且洛伦兹力向下，则由左手定则可得磁场方向由C向D，故C正确，D错误．答案：BC12．如图所示，竖直向下的匀强磁场穿过光滑的绝缘水平面，平面上一个钉子O固定一根细线，细线的另一端系一带电小球，小球在光滑水平面内绕O做匀速圆周运动．在某时刻细线断开，小球仍然在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法错误的是()A．速率变小，半径变小，周期不变B．速率不变，半径不变，周期不变C．速率变小，半径变大，周期变大D．速率不变，半径变小，周期变小解析：线断后，小球只受洛伦兹力作用，由于洛伦兹力不做功，所以小球的速率一定不变，故A、C错误；若线断前，线中无拉力，只有洛伦兹力提供向心力，则线断后无影响，小球的轨迹不变，半径不变，周期也不变，故B正确；若线断前，绳中有拉力F且F－qvB＝meq\f(v2,r)时，线断后qvB＝meq\f(v2,r)，小球做圆周运动的绕行方向发生变化，当F－qvB＝qvB，即F＝2qvB时，半径、周期都不变；当F－qvB＞qvB，即F＞2qvB时，半径、周期都变大；当F－qvB＜qvB，即F＜2qvB时，半径、周期都变小，故D正确．答案：AC13．如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M、N两小孔中，O为M、N连线中点，连线上a、b两点关于O点对称．导线均通有大小相等、方向向上的电流．已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度，式中k是常数、I是导线中电流、r为点到导线的距离B＝keq\f(I,r).一带正电的小球以初速度v0从a点出发沿连线运动到b点．关于上述过程，下列说法正确的是()A．小球先做加速运动后做减速运动B．小球一直做匀速直线运动C．小球对桌面的压力先减小后增大D．小球对桌面的压力一直在增大解析：据题意，由于通过M和N的导线电流方向都向上且大小相等，在M、N周围产生逆时针方向磁场，由于磁场的叠加，从a到b合磁场磁感应强度方向先向里后向外且大小先减小后增加，带电小球受到的洛伦兹力据f＝qvB可知先向上后向下且先减小后增加，而带电小球对桌面的压力为：N＝G－f，则压力大小为：一直增加；由于洛伦兹力方向与带电小球运动方向垂直，小球运动速度不变，故选项B、D正确．答案：BD14．用相同金属材料制成的两根粗细均匀的电阻丝，质量分别为m1、m2，横截面积分别为S1、S2.若电阻丝两端加相同的电压，垂直于磁场方向放入同一匀强磁场中，两电阻丝所受的安培力F1、F2的大小关系为()A．若m1＞m2，S1＝S2，则F1＞F2B．若m1＜m2，S1＝S2，则F1＝F2C．若m1＝m2，S1＞S2，则F1＝F2D．若m1＝m2，S1＜S2，则F1＜F2解析：导线的长度为L＝eq\f(m,ρ密度S)，电阻阻值为R＝ρ电·eq\f(m,ρ密度S2)，所以电流为I＝eq\f(U,R)＝eq\f(Uρ密度S2,mρ电)，安培力为F＝BIL＝eq\f(BUS,ρ)，所以安培力与电阻丝的质量无关，与其横截面积成正比；A．若m1＞m2，S1＝S2，则F1＝F2，故A错误；B．若m1＜m2，S1＝S2，则F1＝F2，故B正确；C．若m1＝m2，S1＞S2，则F1＞F2，故C错误；D．若m1＝m2，S1＜S2，则F1＜F2，故D正确．答案：BD三、非选择题(共4小题，共46分)15．(10分)最近研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示．炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接．开始时炮弹静止在轨道的一端，通以电流后炮弹会被磁力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出．设两导轨之间的距离d＝0.10m，导轨长L＝5.0m，炮弹质量m＝0.30kg.导轨上的电流I的方向如图中箭头所示．可认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝T，方向垂直于纸面向里．若炮弹出口速度为v＝×103m/s，忽略摩擦力与重力的影响以及发射过程中电流产生的焦耳热(1)通过导轨的电流I；(2)发射过程中电源的最大输出功率P.解析：(1)炮弹的加速度为：a＝eq\f(IdB,m)，炮弹做匀加速运动，有：v2＝2aL，代入题给数据得I＝×105A.(2)电源的最大输出功率：P＝IdB·v，解得：P＝×108W.答案：(1)×105A(2)×1016．(10分)如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长方体形的厚度为d、左右侧面的表面积为S的绝缘容器，容器内装满密度为ρ的导电液体，容器两侧面中心处连有两竖直放置的玻璃管T1和T2，容器的上、下两个面均是用不能和导电液体发生化学反应的铂金制成的极板A、K，并与开关S、电动势为E的无内阻电源相接组成电路，容器的两侧面均和磁感线方向平行．当合上开关S后，发现两玻璃管中导电液体液面的高度差为h.(1)判断两个玻璃管T1和T2液面哪个高，简要说明理由；(2)求导电液体的电阻R.解析：(1)导电液体中电流由下向上，磁场方向向里，由左手定则知安培力方向向左，故T1的液面较高．(2)设导电液体受到的安培力在液体中产生的附加压强为p1，则安培力F＝p1S.由液体内压强公式知p1＝ρgh，解得安培力F＝ρghS，又有安培力公式F＝BId，电流I＝eq\f(E,R)，联立解得：R＝eq\f(BEd,ρghS).答案：(1)导电液体中电流由下向上，磁场方向向里，由左手定则知安培力方向向左，故T1的液面较高(2)eq\f(BEd,ρghS)17．(12分)电子(e，m)以速度v0与x轴成30°角垂直射入磁感强度为B的匀强磁场中，经一段时间后，打在x轴上的P点，如图所示，求：P点到O点的距离是多大？电子由O点运动到P点所用的时间是多大？解析：电子在磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，轨迹如图所示，由图可知：弦切角为30°，所以圆心角为60°，P点到O点的距离等于半