2020高中物理 第5、6章 磁場 磁場對電流和運動電荷的作用 4單元測試 魯科版選修3-1

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1、第5、6章《磁場》《磁場對電流和運動電荷的作用》單元測試 一、選擇題 1．關(guān)于磁場和磁感線的下列說法中，正確的是 A．磁極對磁極、電流對電流及磁極對電流的作用力都是通過磁場發(fā)生的 B．磁感線總是從磁北極出發(fā)，到磁南極終止 C．磁場中某點的磁場方向就是小磁針在該點時北極的指向 D．磁場中某點磁場方向就是小磁針北極在該點的受力方向 圖11.5-9 2．如圖11.5-9所示，垂直紙面放置的兩根直導(dǎo)線a和b，它們的位置固定并通有相等的電流I；在a、b沿紙面的連線的中垂線上放有另一直導(dǎo)線c，c可以自由運動。當(dāng)c中通以電流I1時，c并未發(fā)生運動，則可以判定a、b中的電流 A．方向相同都

2、向里 B．方向相同都向外 C．方向相反 D．只要a、b中有電流，c就不可能靜止 圖11.5-10 3．如圖11.5-10所示，單擺的擺線是絕緣的，長L，擺球帶正電，擺懸掛于O點，當(dāng)它擺過豎直線OC時便進(jìn)入勻強磁場，磁場方向垂直于單擺的擺動平面，下列說法正確的是 A．A與B處于同一水平面 B．在A與B點，線上張力相等 C．單擺的振動周期T＞2π D．單擺連續(xù)兩次通過p點時，擺線的張力一樣大 圖11.5-11 4．如圖11.5-11所示，條形磁鐵放在水平桌面上，在其正中央的上方固定一根直導(dǎo)線，導(dǎo)線與磁場垂直，給導(dǎo)線通以垂直紙面向外的電流，則 A．磁鐵對桌面壓力減小，不受

3、桌面的摩擦力作用 B．磁鐵對桌面壓力減小，受到桌面的摩擦力作用 C．磁鐵對桌面壓力增大，不受桌面的摩擦力作用 D．磁鐵對桌面壓力增大，受到桌面的摩擦力作用 圖11.5-12 5．如圖11.5-12所示，有一三角形線圈ABC，通以逆時針方向的電流，現(xiàn)有一水平勻強磁場沿BC方向向右則線圈運動情況是 A．以底邊BC為軸轉(zhuǎn)動，A向紙面外 B．以中心G為軸，在紙面逆時針轉(zhuǎn)動 C．以中線AM為軸，逆時針轉(zhuǎn)動(俯視) D．受合力為零，故不轉(zhuǎn)動 6．質(zhì)子和粒子由靜止出發(fā)經(jīng)同一加速電場加速后，沿垂直磁感線方向進(jìn)入同一勻強磁場，則它們在磁場中的各個運動參量間的關(guān)系為 A．動能之比為1∶2

4、 B．速率之比為2∶1 C．軌道半徑之比為∶2 D．運動周期之比為1∶2 圖11.5-13 7．如圖11.5-13所示，半徑為R的絕緣筒中為勻強磁場區(qū)域，磁感應(yīng)強度為B，磁感線垂直紙面向里，一個質(zhì)量為m、電量為q的正離子，以速度v從圓筒上C孔處沿直徑方向射入筒內(nèi)，如果離子與圓筒碰撞二次（碰撞時不損失能量，且碰撞所用的時間不計），又從C孔飛出，則離子在磁場中運動的時間為 A．2πR/v B．πR/v C．πm/Bq D．2πm/Bq 圖11.5-14 8．如圖11.5-14所示，帶電平行板中勻強電場方向豎直向上，勻強磁

5、場方向水平向里，某帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點自由滑下，經(jīng)過軌道端點p進(jìn)入板間后恰好沿水平方向做直線運動?，F(xiàn)使小球從軌道上的較低點b開始下滑，經(jīng)過p點進(jìn)入板間后，在板間運動過程中 A．小球動能將會增大 B．小球電勢能將會增大 C．小球所受的洛倫茲力將會增大 D．因不知小球帶電性質(zhì)，無法判定小球的動能如何變化 9．如圖11.5-15所示，平行于紙面水平向右的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B1＝1T。位于紙面內(nèi)的細(xì)直導(dǎo)線，長L＝1m，通有I＝1A的恒定電流。當(dāng)導(dǎo)線與B成600夾角時，發(fā)現(xiàn)其受到的安培力為零。則該區(qū)域同時存在的另一勻強磁場的磁感應(yīng)強度B2大小可能值 圖11.5-16 圖11.5

6、-15 A．T B．T C．1 T D．T 10．如圖11.5-16所示，一帶正電小球穿在一根絕緣的粗糙直桿上，桿與水平方向成角，整個空間存在著豎直向上的勻強電場和垂直于桿方向斜向上的勻強磁場，小球沿桿向下運動，在A點時的動能為100J，在C點時的動能減為零，B為AC的中點，在運動過程中 A．小球在B點時的動能為50J B．小球電勢能的增加量等于重力勢能的減少量 C．小球在AB段克服摩擦力做功與在BC段克服摩擦力做功相等 D．到達(dá)C點后小球可能沿桿向上運動 二、本題共2小題。答案填在題中的橫線上或按題目要求作圖。 11．20世紀(jì)40年代，我國

7、物理學(xué)家朱洪元先生提出，電子在加速器中會發(fā)出“同步輻射光”，光的頻率是電子的回轉(zhuǎn)頻率的n倍，現(xiàn)在“同步輻射光”已被應(yīng)用于大規(guī)模集成電路的光刻工藝中。設(shè)同步輻射光的頻率為f，電子質(zhì)量為m、電荷量為e，則加速器磁場的磁感強度B的大小為_________；若電子的回轉(zhuǎn)半徑為R，則它的速率為__________。 12．物理實驗中,常用一種叫”沖擊電流計”的儀器測定通過電路的電量.如圖所示,探測線圈和沖擊電流計串聯(lián)后,可用來測定磁場的磁感應(yīng)強度.已知線圈的匝數(shù)為n,面積為s,線圈與沖擊電流計組成的回路電阻為R,把線圈放在被測勻強磁場中,開始線圈平面與磁場垂直,現(xiàn)把探測線圈轉(zhuǎn)動180°,沖擊電流計測出

8、通過線圈的電量為q,由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應(yīng)強度應(yīng)為 　 ． 三、本題共6小題。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟。有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位。 圖11.5-17 1３．如圖11.5-17所示，用長為L的細(xì)線把小球懸掛起來做一單擺，球的質(zhì)量為M，帶電量為-q，勻強磁場的磁感應(yīng)強度方向垂直紙面向里，大小為B。小球始終在垂直于磁場方向的豎直平面內(nèi)往復(fù)擺動，其懸線和豎直方向的最大夾角是600。試計算小球通過最低點時對細(xì)線拉力的大小。 14．帶電量為q的粒子（不計重力），勻速直線通過速度選擇器（電場強度為E，磁感應(yīng)強

9、度為B1），又通過寬度為l，磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場，粒子離開磁場時速度的方向跟入射方向間的偏角為θ，如圖11.5-18所示.試證明：入射粒子的質(zhì)量m=. 圖11.5-18 圖11.5-19 15．如圖11.5-19所示，半徑為R=10cm的圓形勻強磁場，區(qū)域邊界跟y軸相切于坐標(biāo)原點O，磁感應(yīng)強度B = 0.332T，方向垂直紙面向里，在O處有一放射源S，可沿紙面向各個方向射出速率均為v=3.2×106m/s的α粒子，已知α粒子質(zhì)量為m=6.64×10-27kg，電荷量q=3.2×10-19C。 (1)畫出α粒子通過磁場空間做圓周運動的圓心點的連線線形狀； (2

10、)求出α粒子通過磁場的最大偏向角； (3)再以過O并垂直紙面的直線為軸旋轉(zhuǎn)磁場區(qū)域，能使穿過磁場區(qū)域且偏轉(zhuǎn)角最大的α粒子射出磁場后，沿y軸正方向運動，則圓形磁場直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過多大角度？ １6．如圖11.5-20所示，空間分布著有理想邊界的勻強電場和勻強磁場。左側(cè)勻強電場的場強大小為E、方向水平向右，電場寬度為L；中間區(qū)域勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直紙面向里。一個質(zhì)量為m、電量為q、不計重力的帶正電的粒子從電場的左邊緣的O點由靜止開始運動，穿過中間磁場區(qū)域進(jìn)入右側(cè)磁場區(qū)域后，又回到O點，然后重復(fù)上述運動過程。求： B B E L d O 圖11.5-20 （1）

11、中間磁場區(qū)域的寬度d； （2）帶電粒子從O點開始運動到第一次回到O點所用時間t。 17．如圖11.5-21所示，坐標(biāo)系xoy在豎直平面內(nèi)，空間有沿水平方向垂直于紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，在x < 0的空間里有沿x軸正方向的勻強電場，場強的大小為E，一個帶正電的小球經(jīng)過圖中x軸上的A點，沿著與水平方向成θ = 30°角的斜向下直線做勻速運動，經(jīng)過y軸上的B點進(jìn)入x < 0的區(qū)域，要使小球進(jìn)入x<0區(qū)域后能在豎直面內(nèi)做勻速圓周運動，需在x < 0區(qū)域內(nèi)另加一勻強電場。若帶電小球做圓周運動通過x θ A B x y O 圖11.5-21 軸上的C

12、點且OA = OC，設(shè)重力加速度為g，求： （1）小球運動速率的大小。 （2）在x < 0的區(qū)域所加電場大小和方向。 （3）小球從B點運動C點所用時間及OA的長度。 圖11.5-22 18．如圖11.5-22所示，在Oxyz坐標(biāo)系所在的空間中，可能存在勻強電場或磁場，也可能兩者都存在或都不存在。但如果兩者都存在，已知磁場平行于xOy平面?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m帶正電q的點電荷沿z軸正方向射入此空間中，發(fā)現(xiàn)它做速度為v0的勻速直線運動。若不計重力，試寫出電場和磁場的分布有哪幾種可能性。要求對每一種可能性，都要說出其中能存在的關(guān)系。不要求推導(dǎo)或說明理由。

13、 參考答案 1．AD 2．C 3．AC 4．A 5．C 6．ACD 7．BC 8．ABC 9．BCD 10．D 11 ．， 12．qR/2ns 13．解：小球從靜止開始運動到最低點的過程中，利用動能定理 mgL（1—cos600）=mv2/2 得v= 當(dāng)小球從左向右通過最低點時 T1—qvB—mg=mv2/L 得 T1=2mg+qB。 當(dāng)小球從右向左通過電低點時，洛侖茲力反向，有 T2+qvB—mg=mv2/L 得T1=2mg—qB。 14．解：小球在下滑過程中，從圖中A→C

14、電場力先做正功，后做負(fù)功，而重力一直做正功，在C點時重力與電場力合力為徑向，沒有切向分力，故此時動能最大，此后切向分力與線速度反向，動能將減小，故C點受磁場力最大，由受力分析知： mg=Eq ① mg=tanαEq ② 由①②得 α＝45° 由圖知 θ＝α＋90°＝135° 故小球運動的弧長與周長之比為： 所以運動的弧長為周長的 . v＝，sinθ＝， 所以 m= 15．解： (1)根據(jù)圓周運動知識 qvB＝mv2／r，得R＝mv／Bq代入數(shù)據(jù)后得α粒子的軌道半徑R=0.2m，由此可知α粒子通過磁場空間作勻速圓

15、運動的圓心軌跡應(yīng)是以原點為圓心，半徑r=0.2m的一個半圓. (2)欲使α粒子通過磁場的偏向角最大，應(yīng)使粒子經(jīng)過磁場區(qū)域的圓弧線所夾的弦最長，顯然直徑OA就是最長的弦，此時 sin(／2)＝R／r＝ 得＝60° (3)欲使穿過磁場且偏轉(zhuǎn)角最大的α粒子能沿y軸正方向運動，圓形磁場的直徑OA至少應(yīng)轉(zhuǎn)過60°角. 16．解： （1）帶電粒子在電場中加速，由動能定理，可得： 帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)，由牛頓第二定律，可得： 由以上兩式，可得 。 可見在兩磁場區(qū)粒子運動半徑相同，如圖所示，三段圓弧的圓心組成的三角形ΔO1O2O3是等邊三角形，其邊長為2R。所以中間磁場區(qū)域的寬度為 O

16、 O3 O1 O2 600 （2）在電場中 ， 在中間磁場中運動時間 在右側(cè)磁場中運動時間 ， 則粒子第一次回到O點的所用時間為 17．解： （1）油滴從A運動到B的過程中，油滴受重力、電場力和洛侖茲力作用而處于平衡狀態(tài)，由題設(shè)條件知 sin30° = ① 所以油滴的運動速率為 υ = ② （2）油滴在x<0的區(qū)域作勻速圓周運動，則油滴的重力與所受的電場力平衡，洛侖茲力提供油滴作圓周運動的向心力。 所以mg=qE′ 又tan30° = 所以E′ =E 方向豎直向上 （3）如上圖所示，連接BC，過B作AB的

17、垂線交x軸于O′。因為 ∠θ=30°，所以在△ABO′中,∠AO′B=60°, 又OA= OC 故∠OCB=θ=30°, 所以∠CBO′=30°，O′C=O′B, 則O′為油滴作圓周運動的圓心。 設(shè)油滴作圓周運動的半徑為R，周期為T，則 θ A B C x y O′ O O′C=O′B=R 且 qυB= m R = T = = 由于∠CO′B=120° ，油滴從B運動到C的時間為 t1=T = 又∠O′BO = 30° 所以O(shè)′O = O′B = R 所以O(shè)C = R + R =R 即OA =R = 由①知=，所以t1= OA= 18．解：以E和B分別表示電場強度和磁感強度，有以下幾種可能： （1）E＝0，B＝0 （2）E＝0，B≠0。 B的方向與z軸的正方向平行或反平行。B的大小可任意。 （3）E≠0，B≠0。磁場方向可在平行于xy平面的任何方向。 電場E 方向平行于xy平面，并與B的方向垂直。當(dāng)迎著z軸正方向看時，由B的方向沿順時針轉(zhuǎn)90°后就是E的方向，E和B的大小可取滿足關(guān)系式的任何值。