高中物理 阶段验收评估（三）磁场 教科3-1

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGEPAGE1学必求其心得，业必贵于专精阶段验收评估（三）磁场(时间:50分钟满分:100分)一、选择题（本题共8小题,每小题6分，共48分，第1~5小题中只有一个选项符合题意，第6~8小题中有多个选项符合题意,全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是()A．安培力的方向可以不垂直于直导线B．安培力的方向总是垂直于磁场的方向C．安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D．将直导线从中点折成直角，安培力的大小一定变为原来的一半解析：选B根据左手定则可知：安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面,即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A错误,B正确；当电流I的方向平行于磁场B的方向时，直导线受到的安培力为零，当电流I的方向垂直于磁场B的方向时，直导线受到的安培力最大,可见，安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关，C错误;如图所示，电流I和磁场B垂直,直导线受到的安培力F＝BIL，将直导线从中点折成直角，分段研究导线受到的安培力，电流I和磁场B垂直，根据平行四边形定则可得，导线受到的安培力的合力为F′＝eq\f（\r（2），2）BIL,D错误.2．下列说法正确的是（）A．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受到洛伦兹力的作用B．洛伦兹力既不能改变带电粒子的速度，也不能改变带电粒子的动能C．安培力的方向一定垂直于直导线与磁场方向所确定的平面；洛伦兹力的方向一定平行于电荷相对于磁场的速度方向与磁场方向所确定的平面D．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的合力解析：选D运动电荷在磁感应强度不为零的地方，不一定受到洛伦兹力的作用，例如当粒子运动的方向与磁场平行时受洛伦兹力为零,选项A错误;洛伦兹力可以改变粒子运动的速度方向，但不能改变带电粒子的速度大小，故不能改变带电粒子的动能,选项B错误；安培力的方向一定垂直于直导线与磁场方向所确定的平面;洛伦兹力的方向一定垂直于电荷相对于磁场的速度方向与磁场方向所确定的平面，选项C错误;安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，故选项D正确。3。每时每刻都有大量宇宙射线向地球射来，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,下列有关说法正确的是(）图1A．在北极竖直向下射向地球的带电粒子不会发生偏转B．在赤道竖直向下射向地球的带正电的粒子会向南偏转C．在赤道竖直向下射向地球的带负电的粒子会向东偏转D．在南极竖直向下射向地球的带电粒子会向北发生偏转解析：选A在北极竖直向下射向地球的带电粒子由于运动方向沿磁场方向，故不受洛伦兹力,故粒子不会偏转，故A正确；赤道上地球的磁场由南向北，由左手定则可知，在赤道竖直向下射向地球的带正电的粒子会向东偏转，故B错误;由左手定则可知，在赤道竖直向下射向地球的带负电的粒子会向西偏转，故C错误;在南极竖直向下射向地球的带电粒子的运动方向与磁场方向平行，故粒子不会发生偏转，故D错误。4.如图2所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，经过Δt时间从C点射出磁场,OC与OB成60°角。现将带电粒子的速度变为eq\f(v，3），仍从A点沿原方向射入磁场,不计重力，则粒子在磁场中的运动时间变为（）图2A。eq\f（1,2)Δt B．2ΔtC。eq\f（1,3）Δt D．3Δt解析：选B设带电粒子以速度v进入磁场做圆周运动，圆心为O1，半径为r1，则根据qvB＝eq\f(mv2，r）,得r1＝eq\f（mv，qB）,根据几何关系得eq\f（R，r1）＝taneq\f（φ1,2）,且φ1＝60°当带电粒子以eq\f(1，3)v的速度进入时，轨道半径r2＝eq\f（m·\f(1,3)v，qB)＝eq\f(mv,3qB)＝eq\f（1,3）r1，圆心在O2，则eq\f(R，r2)＝taneq\f(φ2，2)。即taneq\f(φ2，2)＝eq\f(R,r2)＝eq\f（3R，r1）＝3taneq\f(φ1，2）＝eq\r(3）.故eq\f（φ2,2）＝60°,φ2＝120°；带电粒子在磁场中运动的时间t＝eq\f(φ，360°）T，所以eq\f(Δt2，Δt1)＝eq\f(φ2，φ1)＝eq\f（2,1)，即Δt2＝2Δt1＝2Δt，故选项B正确,选项A、C、D错误。5。如图3所示，在x轴上方存在垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。在xOy平面内,从原点O处沿与x轴正方向成θ角（0＜θ＜π）以速率v发射一个带正电的粒子(重力不计）。则下列说法正确的是(）图3A．若v一定,θ越大,则粒子在磁场中运动的时间越短B．若v一定，θ越大，则粒子离开磁场的位置距O点越远C．若θ一定,v越大，则粒子在磁场中运动的角速度越大D．若θ一定,v越大，则粒子在磁场中运动的时间越短解析：选A若磁场确定，则B确定，而粒子的速度v又确定，则说明粒子在磁场中做圆周运动的半径能够确定；当θ越大时，粒子在磁场中运动的圆心角就越小,而粒子的周期是不变的,所以粒子的运动时间就越短,选项A正确；当θ＝0时,粒子运动一周又会回到O点，粒子离开磁场的位置距O点的距离为零，当θ＝90°时,粒子运动的直径在x轴上,此时粒子离开磁场的位置距O点的距离最大，为直径，当θ＞90°时,粒子离开磁场的位置距O点的距离又会变小，所以当θ越大时，该距离先变大后变小，选项B错误；当θ一定，v越大时,粒子运动的周期是不变的，所以粒子在磁场中运动的角速度也是不变的,选项C错误；v越大，则粒子在磁场中运动的半径越大，但因为θ一定,故粒子在磁场中的圆心角是不变的，所以粒子在磁场中运动的时间不变，选项D错误.6.如图4所示，两根平行长直导线相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定电流，a、b、c是导线所在平面内的三点，左侧导线与它们的距离分别为eq\f(l，2）、l和3l。关于这三点处的磁感应强度，下列判断正确的是()图4A．a处的磁感应强度大小比c处的大B．b、c两处的磁感应强度大小相等C．a、c两处的磁感应强度方向相同D．b处的磁感应强度为零解析：选AD根据通电直导线的磁场，利用右手螺旋定则，可知b处场强为零，两导线分别在a处产生的场强大于在c处产生的场强,a、c两处的场强叠加都是同向叠加，选项A、D正确。7.如图5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()图5A．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解析：选AC根据左手定则，电子、正电子进入磁场后所受洛伦兹力的方向相反，故两者的偏转方向不同,选项A正确；根据qvB＝eq\f（mv2，r），得r＝eq\f（mv,qB),若电子与正电子在磁场中的运动速度不相等,则轨迹半径不相同，选项B错误;对于质子、正电子，它们在磁场中运动时不能确定mv的大小，故选项C正确；粒子的mv越大，轨道半径越大，而mv＝eq\r(2mEk)，粒子的动能大，其mv不一定大，选项D错误。8。如图6所示，在x＞0、y＞0的空间中有恒定的匀强磁场，磁感应强度的方向垂直于xOy平面向里，大小为B。现有一质量为m、电量为q的带正电粒子,从在x轴上的某点P沿着与x轴成30°角的方向射入磁场。不计重力影响,则下列说法中正确的是()图6A．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为eq\f（5πm，3Bq)B．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为eq\f(πm,2Bq）C．粒子在磁场中运动所经历的时间可能为eq\f(πm,Bq)D．粒子一定不能通过坐标原点解析：选ACD由于P点的位置不定，所以粒子在磁场中的运动圆弧对应的圆心角也不同，圆弧与y轴相切时即最大圆心角为300°，则运动的时间为eq\f(5,6）T＝eq\f（5πm，3qB）；而最小的圆心角为P点从坐标原点出发，圆心角为120°，所以运动时间为eq\f(T，3)＝eq\f(2πm,3qB），故粒子在磁场中运动所经历的时间为eq\f（2πm,3qB）≤t≤eq\f（5πm，3qB),故A正确,B错误,C正确；粒子由P点与x轴成30°角入射,则圆心在过P点与速度方向垂直的方向上，如图所示。粒子在磁场中要想到达O点，转过的圆心角肯定大于180°，而因磁场为有界，故粒子不可能通过坐标原点，故D正确。二、计算题(本题共3小题，共52分）9．（14分)(2015·重庆高考)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。图7是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L,匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计。线圈左边始终在磁场外,右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等.某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I.图7(1）求此时线圈所受安培力的大小和方向。(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v,求安培力的功率。解析:(1)由安培力表达式F＝BIL可知，线圈所受的安培力F＝nBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右。（2）由功率公式P＝Fv可知，安培力的功率P＝nBILv.答案：(1)安培力的大小：nBIL方向:水平向右（2)安培力的功率：nBILv10．（18分）在一半径为R圆形区域内有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向外.一束质量为m、电量为q带正电的粒子沿平行于直径MN的方向进入匀强磁场，粒子的速度大小不同，重力不计。入射点P到直径MN的距离为h，求:图8（1)某粒子经过磁场射出时的速度方向恰好与其入射方向相反,求粒子的入射速度是多大?（2)恰好能从M点射出的粒子速度是多大？解析:(1）粒子出射方向与入射方向相反，在磁场中运动了半周，其半径r1＝h,qv1B＝meq\f（v\o\al（2,1),r1），所以v1＝eq\f（qBh,m)。（2)粒子从M点射出，其运动轨迹如图，在△MQO1中，req\o\al(2，2)＝(R－eq\r（R2－h2））2＋(h－r2）2得r2＝eq\f(R2－R\r(R2－h2)，h）qv2B＝meq\f（v\o\al(2,2),r2)所以v2＝eq\f（qBRR－\r（R2－h2）,mh)。答案：(1)eq\f(qBh,m)（2）eq\f(qBRR－\r（R2－h2)，mh)11．（20分)如图9所示，在x轴上方存在匀强磁场,磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外；在x轴下方存在匀强电场，电场方向与xOy平面平行，且与x轴成45°夹角。一质量为m、电荷量为q(q＞0)的粒子以初速度v0从y轴上的P点沿y轴正方向射出，一段时间后进入电场，进入电场时的速度方向与电场方向相反；又经过一段时间T0，磁场的方向变为垂直于纸面向里，大小不变。不计重力。图9（1）求粒子从P点出发至第一次到达x轴时所需的时间；(2)若要使粒子能够回到P点，求电场强度的最大值。解析:（1)带电粒子在磁场中做圆周运动,设运动半径为R，运动周期为T,根据洛伦兹力公式及圆周运动规律，有qv0B＝meq\f（v\o\al（2,0)，R）T＝eq\f（2πR,v0)依题意，粒子第一次到达x轴时,运动转过的角度为eq\f（5，4)π，所需时间t1为t1＝eq\f(5，8）T，求得t1＝eq\f(5πm,4qB)。（2）粒子进入电场后,先做匀减速运动,直到速度减小为0，然后沿原路返回做匀加速运动，到达x轴时速