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2019-2020年高考物理 第八章 磁場復習達標測評 新人教版
1. 如圖所示,在傾角為α的光滑斜面上,垂直紙面放置一根長為L、質量為m的直導體棒.當導體棒中的電流I垂直紙面向里時,欲使導體棒靜止在斜面上,可將導體棒置于勻強磁場中,當外加勻強磁場的磁感應強度B的方向在紙面內(nèi)由豎直向上逆時針轉至水平向左的過程中,關于B的大小的變化,正確的說法是( )
A. 逐漸增大
B. 逐漸減小
C. 先減小后增大
D. 先增大后減小
2. (xx鎮(zhèn)江高三月考)電子在勻強磁場中做勻速圓周運動,下列說法正確的是( )
A. 速率越大,周期越大 B. 速率越小,周期越大
C. 速度方向與磁場方向平行 D. 速度方向與磁場方向垂直
3. 帶電粒子進入云室會使云室中的氣體電離,從而顯示其運動軌跡.如圖所示是在有勻強磁場的云室中觀察到的粒子的軌跡,a和b是軌跡上的兩點,勻強磁場B垂直于紙面向里.該粒子在運動時,其質量和電荷量不變,而動能逐漸減少,下列說法正確的是 ( )
A. 粒子帶正電,先經(jīng)過a點,再經(jīng)過b點
B. 粒子帶負電,先經(jīng)過a點,再經(jīng)過b點
C. 粒子帶負電,先經(jīng)過b點,再經(jīng)過a點
D. 粒子帶正電,先經(jīng)過b點,再經(jīng)過a點
4. 如圖所示,在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場,一個不計重力的帶電粒子從坐標原點O處以速度v進入磁場,粒子進入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成120角,若粒子穿過y軸正半軸后在磁場中到x軸的最大距離為a,則該粒子的比荷和所帶電荷的正負是 ( )
A. ,正電荷
B. ,正電荷
C. ,負電荷
D. ,負電荷
5. (xx福州模擬)目前,世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機.如圖所示表示了它的發(fā)電原理:將一束等離子體噴射入磁場,磁場中有兩塊金屬板A、B,這時金屬板上就會聚集電荷,產(chǎn)生電壓.如果射入的等離子體的初速度為v,兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L,板間距離為d,金屬板的正對面積為S,勻強磁場的磁感應強度為B,方向垂直于離子初速度方向,負載電阻為R,電離氣體充滿兩板間的空間.當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時,電流表的示數(shù)為I.那么板間電離氣體的電阻率為( )
A. B.
C. D.
6. (xx高考寧夏卷)醫(yī)生做某些特殊手術時,利用電磁血流計來監(jiān)測通過動脈的血流速度.電磁血流計由一對電極a和b以及磁極N和S構成,磁極間的磁場是均勻的.使用時兩電極a、b均與血管壁接觸,兩觸點的連線、磁場方向和血流速度方向兩兩垂直,如圖所示.由于血液中的正負離子隨血流一起在磁場中運動,電極a、b之間會有微小電勢差.在達到平衡時,血管內(nèi)部的電場可看做是勻強電場,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零.在某次監(jiān)測中,兩觸點的距離為3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,兩觸點間的電勢差為160 μV,磁感應強度的大小為0.04 T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負為( )
A. 1.3 m/s,a正、b負 B. 2.7 m/s ,a正、b負
C. 1.3 m/s,a負、b正 D. 2.7 m/s,a負、b正
二、多項選擇題(本題共5小題,每小題5分,共計25分,每小題有多個選項符合題意,全部選對的得5分,選對但不全的得2分,錯選或不答的得0分)
7. 關于回旋加速器加速帶電粒子所獲得的能量,下列結論中正確的是( )
A. 與加速器的半徑有關,半徑越大,能量越大
B. 與加速器的磁場有關,磁場越強,能量越大
C. 與加速器的電場有關,電場越強,能量越大
D. 與帶電粒子的質量和電荷量均有關,質量和電荷量越大,能量越大
8. (xx宿遷檢測)如圖是質譜儀的工作原理示意圖.帶電粒子被加速電場加速后,進入速度選擇器.速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E.
平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強度為B0的勻強磁場.下列表述正確的是( )
A. 質譜儀是分析同位素的重要工具
B. 速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外
C. 能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于
D. 粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的比荷越小
9. (xx黃岡模擬)如圖所示,在平面直角坐標系中有一個垂直于紙面向里的圓形勻強磁場,其邊界過原點O和y軸上的點a(0,L).一質量為m、電荷量為e的電子從a點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場,并從x軸上的b點射出磁場,此時速度方向與x軸正方向的夾角為60.下列說法中正確的是 ( )
A. 電子在磁場中運動的時間為
B. 電子在磁場中運動的時間為
C. 磁場區(qū)域的圓心坐標
D. 電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標為(0,-2L)
10. 帶電粒子以速度v沿CB方向射入一橫截面為正方形的區(qū)域.C、B均為該正方形兩邊的中點,如圖所示,不計粒子的重力.當區(qū)域內(nèi)有豎直方向的勻強電場E時,粒子從A點飛出,所用時間為t1;當區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場時,粒子也從A點飛出,所用時間為t2,下列說法正確的是 ( )
A. t1
t2
C. =v
D. =v
11. 用一金屬窄片折成一矩形框架水平放置,框架右邊上有一極小開口.勻強磁場的磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面向里,如圖所示,框架以速度v1向右勻速運動,一帶電油滴質量為m,電荷量為q,以速度v2從右邊開口處水平向左射入,若油滴恰能在框架內(nèi)做勻速圓周運動,則 ( )
A. 油滴帶正電,且逆時針做勻速圓周運動
B. 油滴帶負電,且順時針做勻速圓周運動
C. 圓周運動的半徑一定等于
D. 油滴做圓周運動的周期等于
三、計算題(本大題共4個小題,共51分,解答時應寫出必要的文字說明、方程式和演算步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)
12. (9分)據(jù)報道,最近已研制出一種可以投入使用的電磁軌道炮,其原理如圖所示.炮彈(可視為長方形導體)置于兩固定的平行導軌之間,并與軌道壁密接.開始時炮彈在導軌的一端,通電后炮彈會被磁場力加速,最后從位于導軌另一端的出口高速射出.設兩導軌之間的距離d=0.10 m,導軌長L=5.0 m,炮彈質量m=0.30 kg.導軌上的電流I的方向如圖中箭頭所示.可認為炮彈在軌道內(nèi)運動時,它所在處磁場的磁感應強度始終為B=2.0 T,方向垂直于紙面向里. 若炮彈出口速度為 v=2.0103 m/s,求通過導軌的電流I.(忽略摩擦力與重力的影響)
13. (12分)如圖所示,在豎直平面內(nèi)有一圓形絕緣軌道,半徑R=1 m,勻強磁場垂直于軌道平面向內(nèi),一質量為m=110-3 kg,帶電荷量為q=310-2 C的小球,可沿軌道內(nèi)壁滑動.開始時,在最低點處給小球一個初速度v0,使小球在豎直面內(nèi)逆時針做圓周運動,圖甲是小球在豎直面內(nèi)做圓周運動的速率v隨時間變化的情況,圖乙是小球所受軌道的彈力F隨時間變化的情況,結合圖象所給數(shù)據(jù)(g取10 m/s2),求:
(1)磁感應強度的大?。?
(2)小球初速度大小.
14. (14分)(xx廣州模擬)一帶正電q、質量為m的離子,t=0時從A點進入正交的電場和磁場并存的區(qū)域做周期性運動,圖為其運動軌跡,圖中弧AD和弧BC為半圓弧,半徑均為R;AB、CD為直線段,長均為πR;已知電場強度方向不變(如圖所示)、大小隨時間做周期性變化;磁感應強度大小不變恒為B0,方向垂直紙面隨時間作周期性變化.
(1)計算離子轉一圈的時間.
(2)指出離子運動一圈時間內(nèi)電場和磁場的變化情況.
15. (16分)(xx海南物理)圖中左邊有一對平行金屬板,兩板相距為d.電壓為U;兩板之間有勻強磁場,磁感應強度大小為B0,方向與金屬板面平行并垂直于紙面向里.圖中右邊有一半徑為R、圓心為O的圓形區(qū)域內(nèi)也存在勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直于紙面向里.一電荷量為q的正離子沿平行于全屬板面、垂直于磁場的方向射入平行金屬板之間,沿同一方向射出平行金屬板之間的區(qū)域,并沿直徑EF方向射入磁場區(qū)域,最后從圓形區(qū)城邊界上的G點射出.已知弧PG所對應的圓心角為θ,不計重力.求:
(1)離子速度的大?。?
(2)離子的質量.
達標測評卷(八)
1. 解析:導體棒受三個力,三力構成的矢量三角形如圖所示.安培力的大小變化從圖中即可看出是先減小后增大,由F=BIL可知,B的大小應是先減小后增大,只有C正確.
答案:C
2. 解析:由T=可知,選項A、B錯誤,做勻速圓周運動時,速度方向與磁場方向垂直,選項D正確.
答案:D
3. 解析:由于粒子的速度減小,由R=可知軌道半徑不斷減??;由左手定則得粒子應帶負電,B正確.
答案:B
4. 解析:從“粒子穿過y軸正半軸后……”可知粒子向右側偏轉,洛倫茲力指向運動方向的右側,由左手定則可判定粒子帶負電,作出粒子運動軌跡示意圖如題圖所示.根據(jù)幾何關系有r+rsin 30=a,再結合半徑表達式r=,可得=,故C正確.
答案:C
5. 解析:當發(fā)電機穩(wěn)定時,等離子體做勻速直線運動,所以qvB=qE=q,即U=Bdv,由I=和r=ρ得ρ=(-R),故選項A正確.
答案:A
6. 解析:依據(jù)左手定則,正離子在磁場中受到洛倫茲力作用向上偏,負離子在磁場中受到洛倫茲力作用向下偏,因此電極a、b的正負為a正、b負;當穩(wěn)定時,血液中的離子所受的電場力和磁場力的合力為零,則qE=qvB,可得v=== m/s≈1.3 m/s,A正確.
答案:A
7. 解析:回旋加速器中的帶電粒子旋轉半徑與能量有關,速度越大,半徑越大.達到最大速度v時,半徑增大到最大R,能量最大.粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動,滿足qvB=,則v=,故E=mv2=.R越大,能量越大,A正確;B越大,能量越大,B正確.能量與加速器的電場無關,C錯誤;質量m變大時,能量變小,D錯誤.
答案:AB
8. 解析:由加速電場可見粒子所受電場力向下,即粒子帶正電,在速度選擇器中,電場力水平向右,洛倫茲力水平向左,因此速度選擇器中磁場方向垂直紙面向外,B正確;經(jīng)過速度選擇器時滿足qE=qvB,可知能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于,C正確;帶電粒子進入磁場做勻速圓周運動,則有R=,可見當v相同時,R∝,所以可以用來區(qū)分同位素,且R越大,比荷就越小,A正確,D錯誤.
答案:ABC
9. 解析:由出磁場的方向畫圖可以計算出電子做圓周運動的半徑為2L,故在磁場中運動的時間為t==,A錯誤,B正確;由圖可知ab是磁場區(qū)域圓的直徑,故圓心坐標為,電子在磁場中做圓周運動的圓心為O′,計算出其坐標為(0,-L),所以C正確,D錯誤.
答案:BC
10. 解析:帶電粒子在勻強電場中做類平拋運動,水平方向上做勻速運動,而在勻強磁場中做勻速圓周運動,水平方向上做減速運動,所以t2>t1,A正確,B錯誤;設正方形區(qū)域的邊長為l,則當加電場時,有l(wèi)=vt1和=t,可得E=.當加磁場時,根據(jù)幾何關系,有2+l2=R2,得R=l,再由R=得B=.所以=v,D正確,C錯誤.
答案:AD
11. 解析:金屬框架在磁場中切割磁感線運動,由右手定則可知上板帶正電,下板帶負電.油滴恰能在框架內(nèi)做勻速圓周運動,說明油滴受的重力與電場力平衡,可判定油滴帶負電.由左手定則可知,油滴沿順時針方向做勻速圓周運動,A錯誤,B正確.由半徑公式r=,可知C錯誤.設框架寬為l,F(xiàn)=Eq=q=qBv1=mg,T===,D正確.
答案:BD
12. 解析:當導軌通有電流I時,炮彈作為導體受到磁場施加的安培力為
F=IdB①
設炮彈加速度的大小為a,則有
F=ma ②
炮彈在兩導軌間做勻加速運動,因而
v2=2aL ③
聯(lián)立①②③式得
I=,代入題給數(shù)據(jù)得I=6.0105 A.
答案:6.0105 A
13. 解析:(1)從題圖甲可知,小球在t3時刻第二次到達最高點時,速度大小為5 m/s,而由乙圖可知,此時軌道與球間彈力為零,所以有mg+qvB=,代入數(shù)據(jù)解得B=0.1 T.
(2)從題圖乙可知,小球最初從最低點運動時,軌道與球面之間的彈力為F=5.010-2 N,
據(jù)牛頓第二定律得:F-mg+qv0B=,
代入數(shù)據(jù)得v0=8 m/s.
答案:(1)0.1 T (2)8 m/s
14. 解析:(1)設進入A點的離子的速度為v,在AB段離子做直線運動,可知FE=FB,F(xiàn)E=Eq,F(xiàn)B=B0qv,故v=,
在BC段,有FB=B0qv=m,
所以v=,得E=.
tBC=tDA=TB=,tAB=tCD==,
離子通過AB、BC、CD、DA各段的時間相等,離子運動一圈所用時間T=.
(2)離子通過AB、CD段時E=,通過BC、DA段時E=0;通過AB及BC段時B的方向垂直紙面向外,通過CD段時B方向垂直紙面向里,通過DA段B方向垂直紙面向外.
答案:見解析
15. 解析:(1)由題設知,離子在平行金屬板之間做勻速直線運動,所受到的向上的磁場力和向下的電場力平衡,qvB0=qE0①
式中,v是離子運動速度的大小,E0是平行金屬板之間的勻強電場的強度,有
E0=②
由①②式得v=③
(2)在圓形磁場區(qū)域離子做勻速圓周運動,由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有qvB=m④
式中,m和r分別是離子的質量和它做圓周運動的半徑.由題設,離子從磁場邊界上的點G穿出,離子運動的圓周的圓心O′必在過E點垂直于EF的直線上,且在EG的垂直平分線上(見下圖).由幾何關系有
r=Rtan α⑤
式中,α是OO′與直徑EF的夾角,由幾何關系得2α+θ=π⑥
聯(lián)立③④⑤⑥式得離子的質量為
m=cot .
答案:(1) (2)cot
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