高中物理人教版1第三章磁场单元测试【区一等奖】

章末质量评估(三)(时间：90分钟分值：100分)一、单项选择题(每题3分，本题共10小题，共30分．每小题中只有一个选项是正确的，选对得3分，错误、不选或多选均不得分)1．下列关于磁场和磁感线的描述中正确的是()A．磁感线可以形象地描述各点磁场的方向B．磁感线是磁场中客观存在的线C．磁感线总是从磁铁的N极出发，到S极终止D．实验中观察到的铁屑的分布就是磁感线解析：磁感线是为了形象描述磁场而引入的假想线，它可以描述磁场的强弱和方向，A对，B错．磁铁的外部，磁感线从N极到S极，内部从S极到N极，内外部磁感线为闭合曲线，C错．实验中观察到的铁屑的分布只是模拟磁感线的形状，不是磁感线，磁感线是看不到的，D错．答案：A2．如图，两根互相平行的长直导线过纸面上的M、N两点，且与直面垂直，导线中通有大小相等、方向相反的电流．a、O、b在M、N的连线上，O为MN的中点，c、d位于MN的中垂线上，且a、b、c、d到O点的距离均相等．关于以上几点处的磁场，下列说法正确的是()A．O点处的磁感应强度为零B．a、b两点处的磁感应强度大小相等，方向相反C．c、d两点处的磁感应强度大小相等，方向相同D．a、c两点处磁感应强度的方向不同解析：由安培定则可知，两导线在O点产生的磁场均竖直向下，选项A错；由安培定则，两导线在a、b两处产生磁场方向均竖直向下，由于对称性，电流M在a处产生磁场的磁感应强度等于电流N在b处产生磁场的磁感应强度，同时电流M在b处产生磁场的磁感应强度等于电流N在a处产生磁场的磁感应强度，所以a、b两处磁感应强度大小相等方向相同，选项B错；根据安培定则，两导线在c、d处产生磁场垂直c、d两点与导线连线方向向下，且产生的磁场的磁感应强度相等，由平行四边形定则可知，c、d两点处的磁感应强度大小相同，方向相同，选项C正确．a、c两处磁感应强度的方向均竖直向下，选项D错．答案：C3.如图，条形磁铁放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根长直导线，导线与磁铁垂直．给导线通以垂直纸面向里的电流，用FN表示磁铁对桌面的压力，用Ff表示桌面对磁铁的摩擦力，则导致通电后与通电前相比较()A．FN减小，Ff＝0 B．FN减小，Ff≠0C．FN增大，Ff＝0 D．FN增大，Ff≠0解析：由于磁铁在导线所在处的磁感应强度方向水平向左，由左手定则知，磁铁对通电导线的作用力竖直向上，由牛顿第三定律可知，通电导线对磁铁的作用力竖直向下，使磁铁与桌面间的压力变大；由于通电导线对磁铁的作用力竖直向下，因此磁铁没有水平运动趋势，故C正确．答案：C4.一带电粒子，沿垂直于磁场方向射入匀强磁场，粒子运动的一段径迹如图所示，径迹上每一小段都看成圆弧，由于带电粒子使周围空气电离粒子能量不断变小(带电量不变)，则()A．粒子带负电，从B射入B．粒子带负电，从A射入C．粒子带正电，从B射入D．粒子带正电，从A射入解析：由于带电粒子使沿途的空气电离，粒子的能量逐渐减小，速度逐渐减小，根据粒子在磁场中运动的半径公式r＝eq\f(mv,qB)可知，粒子的半径逐渐的减小，所以粒子的运动方向是从A到B，再根据左手定则可知，粒子带负电，所以B正确，A、C、D错误．答案：B5．每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，如图所示，地磁场可以改变射线中大多数带电粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义．假设有一个带正电的宇宙射线粒子正垂直于地面向赤道射来，在地磁场的作用下，它将()A．向东偏转B．向南偏转C．向西偏转D．向北偏转解析：赤道附近的地磁场方向水平向北，一个带正电的射线粒子竖直向下运动时，据左手定则可以确定，它受到水平向东的洛伦兹力，故它向东偏转，A正确．答案：A6．长为L的通电直导线放在倾角为θ的光滑斜面上，并处在磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，当B方向竖直向上，电流为I1时导体处于平衡状态，若B方向改为垂直斜面向上，则电流为I2时导体处于平衡状态，电流比值eq\f(I1,I2)应为()A．cosθ \f(1,cosθ)C．sinθ \f(1,sinθ)解析：磁场方向竖直向上，安培力水平方向．由平衡条件可得，mgtanθ＝BI1L；磁场方向垂直于斜面向上，安培力沿斜面向上．由平衡条件可得，mgsinθ＝BI2L，联立解得，I1∶I2＝1∶cosθ，答案：B7.如图所示，一束粒子(不计重力，初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域Ⅰ，再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域Ⅱ，其中磁场的方向如图所示，收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上．则()A．该装置可筛选出具有特定质量的粒子B．该装置可筛选出具有特定电量的粒子C．该装置可筛选出具有特定速度的粒子D．该装置可筛选出具有特定动能的粒子解析：粒子要想无偏转的通过区域Ⅱ，进入收集室的小孔O3，需要满足qE＝qvB，即粒子的速度v＝eq\f(E,B)，C正确．答案：C二、多项选择题(本题共4小题，每题4分，共16分，每小题有多个选项是正确的，全选对得4分，少选得2分，选错、多选或不选得0分)8．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abcd所受到的磁场的作用力的合力()A．方向竖直向上，大小为(eq\r(2)＋1)BILB．方向竖直向上，大小为(eq\r(2)－1)BILC．方向竖直向下，大小为(eq\r(2)＋1)BILD．方向竖直向下，大小为(eq\r(2)－1)BIL解析：导线abcd的有效长度为线段ad，由几何知识知Lad＝(eq\r(2)＋1)L，故线段abcd所受磁场力的合力大小F＝BILad＝(eq\r(2)＋1)BIL，导线有效长度的电流方向为a→d，据左手定则可以确定导线所受合力方向竖直向上，故A项正确．答案：A9．两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子a、b，以不同的速率沿着AO方向射入圆形匀强磁场区域，其运动轨迹如图所示．若不计粒子的重力，则下列说法正确的是()A．a粒子带正电，b粒子带负电B．a粒子在磁场中所受的洛伦兹力较大C．b粒子的动能较大D．b粒子在磁场中运动的时间较长解析：由左手定则可知，a粒子带负电，b粒子带正电，A错误；由qvB＝meq\f(v2,r)得r＝eq\f(mv,qB)，故运动的轨迹半径越大，对应的速率越大，所以b粒子的速率较大，在磁场中所受洛伦兹力较大，B错误；由Ek＝eq\f(1,2)mv2可得b粒子的动能较大，C正确；由T＝eq\f(2πm,qB)知两者的周期相同，b粒子运动的轨迹对应的圆心角小于a粒子运动的轨迹对应的圆心角，所以b粒子在磁场中运动的时间较短，D错误．答案：C10.如图所示，套在足够长的绝缘粗糙直棒上的带正电小球，其质量为m，所带的电荷量为q，小球可在棒上滑动，现将此棒竖直放入沿水平方向且相互垂直的匀强磁场和匀强电场中，电场方向水平向右，磁场方向垂直纸面向外，设小球的电荷量不变，小球由静止下滑的过程中()A．小球加速度一直增加B．小球速度一直增加C．棒对小球的弹力一直减小D．小球所受洛伦兹力一直增大，直到最后不变解析：小球由静止开始下滑，受到向左的洛伦兹力不断增加．在开始阶段，洛伦兹力小于向右的静电力，棒对小球有向左的弹力，随着洛伦兹力的增加，棒对小球的弹力减小，小球受到的摩擦力减小，所以在竖直方向上小球受到重力和摩擦力作用做加速运动，其加速度逐渐增加．当洛伦兹力等于静电力时，棒对小球没有弹力，摩擦力随之消失，小球在竖直方向上受到的合力最大，加速度最大．随着小球速度继续增加，洛伦兹力大于静电力，棒对小球又产生向右的弹力，随着速度增加，洛伦兹力增加，棒对小球的弹力增加，小球受到的摩擦力增加，于是小球在竖直方向受到的合力减小，加速度减小，小球做加速度减小的加速运动，当加速度减小为零时，小球的速度不再增加，以此时的速度做匀速运动．综上所述，选项D正确．答案：D三、计算题(共54分)11．如图所示，在正交的匀强电场和磁场的区域内(磁场水平向内)，有一粒子恰能沿直线飞过此区域(不计粒子重力)，则()A．若粒子带正电，E方向应向下B．若粒子带负电，E方向应向上C．若粒子带正电，E方向应向上D．不管粒子带何种电，E方向都向下解析：若粒子带正电，所受洛伦兹力向上，电场力与其平衡，应该向下，E方向应向下，当粒子带负电时，电场力、洛伦兹力方向都与带正电荷时相反，也能沿直线做匀速直线运动，A、D对．答案：AD12．2023年，上海成功举办盛大的世界博览会．回眸一下历届世博会，很多科技成果从世博会上走向世界．例如：1873年奥地利维也纳世博会上，线路意外搭错造就“偶然发明”，导致发电机变成了电动机．如图所示，是著名的电磁旋转实验，这一装置实际上就是最早的电动机．图中A是可动磁铁，B是固定导线，C是可动导线，D是固定磁铁．图中黑色部分表示汞(磁铁和导线的下半部分都浸没在汞中)，下部接在电源上．请你判断这时自上向下看，A和C转动方向为()A．可动磁铁A转动方向为逆时针B．A和C转动方向均为逆时针C．可动导线C转动方向为顺时针D．A和C转动方向均为顺时针解析：根据电流的方向判定可以知道B中的电流方向是向上的，那么在B导线附近的磁场方向为逆时针方向，即为A磁铁N极的受力方向；由于D磁铁产生的磁场呈现出由N极向外发散，C中的电流方向是向下的，由左手定则可知C受到的安培力方向为顺时针．故选项A、C正确．答案：AC13．2023年“3·15”到来之际，平板电视终于纳入“三包”当中，显示屏等关键零部件包修3年．如图所示，电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的．电子束经过加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，磁场方向垂直于圆面．不加磁场时，电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的中心M，加磁场后电子束偏转到P点外侧．现要使电子束偏转回到P点，A．增大加速电压B．增加偏转磁场的磁感应强度C．将圆形磁场区域向屏幕靠近些D．将圆形磁场的半径增大些解析：若电子束的初速度不为零，则qU＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)，v＝eq\r(veq\o\al(2,0)＋\f(2qU,m))，轨道半径R＝eq\f(mv,qB)，增大偏转磁场的磁感应强度，轨道半径减小，增大磁场半径电子束均偏转到P点外侧；增大加速电压，轨道半径增大，电子束偏转回到P点；将圆形磁场区域向屏幕靠近些，电子束偏转回到P点．正确答案选A、C.答案：AC14．如图所示，相距为d的两带电平行板间同时存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，一质量为m、带电荷量为q的小球由下板边缘沿水平方向射入该区域，带电小球恰能在两板间做匀速圆周运动，则()A．小球一定带负电B．小球一定带正电C．两板间电压为eq\f(mgd,q)D．小球在两板间的运动时间为eq\f(2πm,qB)解析：要使小球在复合场中做匀速圆周运动，必须满足重力与电场力平衡，即mg＝Eq，方向相反，所以电场方向向上，故小球一定带正电，A错误，B正确；根据E＝eq\f(U,d)可得mg＝eq\f(U,d)q，所以U＝eq\f(mgd,q)，C正确；小球在两板间的运动时间为整个圆周运动周期的一半，即t＝eq\f(πm,Bq)，D错误．答案：BC三、计算题(共54分)15.(12分)中国电磁炮研制方面与欧美西方国家在同一起跑线上，限于技术和人才原因，中国电磁炮研制稍比西方国家慢几年，但在某些技术上将会比美国电磁炮更精进．电磁炮是利用磁场对电流的作用力把电能转化为机械能，使炮弹发射出去的．如图所示，把两根长为s，互相平行的铜制轨道放在磁场中，轨道之间放有质量为m的炮弹，炮弹架在长为L、质量为M的金属架上，已知金属架与炮弹在运动过程中所受的总阻力与速度平方成正比，当有恒定的大电流I1通过轨道和炮弹时，炮弹与金属架在磁场力的作用下，获得速度v1时加速度为a，当有恒定的大电流I2通过轨道和炮弹时，炮弹最终以最大速度v2脱离金属架并离开轨道，则垂直于轨道平面的磁感强度B是多少？解析：由题意知，当通以电流I1时，安培力为F1＝BI1L由牛顿第二定律有：F1－f1＝(M＋m)a.又f1＝kveq\o\al(2,1)，三式解得：k＝eq\f(BI1L－（M＋m）a,veq\o\al(2,1)).当电流为I2时，安培力为F2＝BI2Lf2＝kveq\o\al(2,2).由题知：F2＝f2.解得：B＝eq\f(（M＋m）aveq\o\al(2,2),I1Lveq\o\al(2,2)－I2Lveq\o\al(2,1)).16．(12分)如图所示，通电金属杆ab质量m＝12g，电阻R＝Ω，水平地放置在倾角θ＝30°的光滑金属导轨上．导轨宽度d＝10eq\r(3)cm，导轨电阻、导轨与金属杆的接触电阻忽略不计，电源内阻r＝Ω.匀强磁场的方向竖直向上，磁感应强度B＝T，g＝10m/s2，若金属杆ab恰能保持静止，(1)金属杆ab受到的安培力大小；(2)电源的电动势大小E.解析：(1)对金属杆受力分析如图，由平衡条件可知：F＝mgtan30°，解得：F＝mgtan30°＝12×10－3×10×eq\f(\r(3),3)N＝4eq\r(3)×10－2N.(2)导线受到的安培力为：F＝BId，又：E＝I(R＋r)，联立解得电动势：E＝eq\f(F,Bd)·(R＋r)＝eq\f(4\r(3)×10－2,×10\r(3)×10－2)×＋V＝V.17．(12分)电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的．电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示，磁场方向垂直于圆面．磁场区的中心为O，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点．为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？解析：电子在磁场中沿圆弧ab运动，圆心为C，半径为R.以v表示电子进入磁场时的速度，m、e分别表示电子的质量和电荷量，则eU＝eq\f(1,2)mv2，evB＝eq\f(mv2,R)，又有taneq\f(θ,2)＝eq\f(r,R)，由以上各式解得B＝eq\f(1,r)eq\r(\f(2mU,e))t