《2020高中物理 第5、6章 磁場 磁場對電流和運動電荷的作用 27單元測試 魯科版選修3-1》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《2020高中物理 第5、6章 磁場 磁場對電流和運動電荷的作用 27單元測試 魯科版選修3-1(10頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第5、6章磁場磁場對電流和運動電荷的作用單元測試 1.取兩根完全相同的長導(dǎo)線,用其中一根繞成如圖甲所示的螺線管,當(dāng)該螺線管中通以電流強度為I的電流時,測得螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強度大小為B.若將另一根長導(dǎo)線對折后繞成如圖乙所示的螺線管,并通以電流強度也為I的電流,則在螺線管內(nèi)中部的磁感應(yīng)強度大小為()甲乙A.0B.0.5BC.BD.2B解析:本題應(yīng)將螺線管看成是由兩股電流相反的導(dǎo)線繞制而成,所產(chǎn)生的磁場相互抵消,合磁場為零.答案:A2.圖示為一種利用電磁原理制作的充氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖,其工作原理類似打點計時器.當(dāng)電流從電磁鐵的接線柱a流入,吸引小磁鐵向下運動時,以下選項中正確的是()A.電磁鐵的上
2、端為N極,小磁鐵的下端為N極B.電磁鐵的上端為S極,小磁鐵的下端為S極C.電磁鐵的上端為N極,小磁鐵的下端為S極D.電磁鐵的上端為S極,小磁鐵的下端為N極解析:由安培定則知電磁鐵的上端為S極,下端為N極,又由小磁鐵被吸下,故知小磁鐵的下端為N極.答案:D3.如圖所示,兩根平行放置的長直導(dǎo)線a和b載有大小相同、方向相反的電流,a受到的磁場力大小為F1,當(dāng)加入一與導(dǎo)線所在平面垂直的勻強磁場后,a受到的磁場力大小變?yōu)镕2.則此時b受到的磁場力大小變?yōu)?)A.F2 B.F1F2C.F1F2 D.2F1F2解析:根據(jù)安培定則和左手定則,可以判定a導(dǎo)線受b中電流形成的磁場的作用力F1的方向向左,同理b受a
3、磁場的作用力大小也是F1,方向向右.新加入的磁場無論什么方向,a、b受到的這個磁場的作用力F總是大小相等、方向相反. 如果F與F1方向相同,則兩導(dǎo)線受到的力大小都是FF1,若F與F1方向相反,a、b受到的力的大小都是|FF1|.因此,當(dāng)再加上磁場時,若a受的磁場力大小是F2,則b受的磁場力大小也是F2.選項A正確.答案:A4.圖示為一“濾速器”裝置的示意圖.a、b為水平放置的平行金屬板,一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進入a、b兩板之間.為了選取具有某種特定速率的電子,可在a、b間加上電壓,并沿垂直于紙面的方向加一勻強磁場,使所選電子仍能夠沿水平直線OO運動,由O射出.不計重力作用
4、.可能達到上述目的的辦法是()A.使a板的電勢高于b板,磁場方向垂直紙面向里B.使a板的電勢低于b板,磁場方向垂直紙面向里C.使a板的電勢高于b板,磁場方向垂直紙面向外D.使a板的電勢低于b板,磁場方向垂直紙面向外解析:要使電子能沿直線通過復(fù)合場,電子所受電場力與洛倫茲力必是一對平衡力.由左手定則及電場的相關(guān)知識可知,選項A、D正確.答案:AD5.1930年,勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器,其原理如圖所示.這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙.下列說法正確的是()A.離子由加速器的中心附近進入加速器B.離子由加速器的邊緣進入加速器C.離子從磁場中獲得能量D.離子從電場中獲
5、得能量解析:回旋加速器的兩個D形盒間隙分布周期性變化的電場,不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量;而D形盒處分布勻強磁場,具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到洛倫茲力提供的向心力而做勻速圓周運動;洛倫茲力不做功不能使離子獲得能量;選項C錯誤;離子源在回旋加速器的中心附近.所以選項A、D正確.答案:AD6.如圖甲所示,長方形abcd的長ad0.6 m,寬ab0.3 m,O、e分別是ad、bc的中點,以ad為直徑的半圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場(邊界上無磁場),磁感應(yīng)強度B0.25 T.一群不計重力、質(zhì)量m3107 kg、電荷量q2103 C的帶電粒子以速度v5102 m/s沿垂直ad方向且垂直于磁場
6、射入磁場區(qū)域()A.從Od邊射入的粒子,出射點全部分布在Oa邊B.從aO邊射入的粒子,出射點全部分布在ab邊C.從Od邊射入的粒子,出射點分布在Oa邊和ab邊D.從aO邊射入的粒子,出射點分布在ab邊和be邊解析:由左手定則可知粒子射入后向上偏轉(zhuǎn),軌跡半徑R0.3 m.若整個矩形區(qū)域都有磁場,則從O點射入的粒子必從b點射出如圖乙中的軌跡1,而在題給磁場中粒子的運動軌跡則如圖乙中的2,射出點必落在be邊上,所以A、B、C均錯,選項D正確.答案:D7.如圖甲所示,在x軸上方存在著垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場.一個不計重力的帶電粒子從坐標(biāo)原點O處以速度v進入磁場,粒子進入磁場時的速度方向
7、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.,負電荷解析:設(shè)粒子在磁場中向右偏轉(zhuǎn),由左手定則知它帶負電,其運動軌跡如圖乙所示,由幾何關(guān)系可得:RRsin a又因為R所以.答案:C8.在如圖所示的空間中,存在場強為E的勻強電場,同時存在沿x軸負方向、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場.一質(zhì)子(電荷量為e)在該空間恰沿y軸正方向以速度v勻速運動.據(jù)此可以判斷出()A.質(zhì)子所受電場力大小等于eE,運動中電勢能減?。谎貁軸正方向電勢升高B.質(zhì)子所受電場力大小等于eE,運動中電勢能增大;沿z軸
8、正方向電勢降低C.質(zhì)子所受電場力大小等于evB,運動中電勢能不變;沿z軸正方向電勢升高D.質(zhì)子所受電場力大小等于evB,運動中電勢能不變;沿z軸正方向電勢降低解析:質(zhì)子所受電場力與洛倫茲力平衡,大小等于evB,運動中電勢能不變;電場線沿z軸負方向,沿z軸正方向電勢升高.答案:C9.如圖甲所示,真空室內(nèi)存在勻強磁場,磁場方向垂直于紙面向里,磁感應(yīng)強度的大小B0.60 T.磁場內(nèi)有一塊足夠大的平面感光平板ab,板面與磁場方向平行.在距ab的距離l16 cm處,有一個點狀的粒子放射源S,它向各個方向均勻地發(fā)射粒子.設(shè)放射源發(fā)射粒子的速度都是v3.0106 m/s.已知粒子的比荷5.0107 C/kg
9、.現(xiàn)在只考慮在紙面內(nèi)運動的粒子,求ab上被粒子打中的區(qū)域的長度.解析:粒子帶正電,故在磁場中沿逆時針方向做勻速圓周運動.用R表示軌跡半徑,有:qvBm,由此得:R ,代入數(shù)據(jù)計算得:R0.1 m,可見2RlR.因朝不同的方向發(fā)射的粒子軌跡都過S,由此可知,某一圓軌跡在圖乙中N的左側(cè)與ab相切,則此切點P1就是粒子能打中的左側(cè)最遠點.為定出P1點的位置,可作平行于ab的直線cd,cd到ab的距離為R,以S為圓心、R為半徑作弧交cd于Q點,過Q作ab的垂線,它與ab的交點即為P1,即NP18 cm.再考慮N的右側(cè),任何粒子在運動中離S的距離不可能超過2R,以2R為半徑、S為圓心作圓,交ab于N右側(cè)
10、的P2點,此即右側(cè)能打到的最遠點.由圖中幾何關(guān)系得:NP212 cm故所求長度P1P2NP1NP220 cm.答案:20 cm10.如圖所示,一半徑為R的光滑絕緣半球面開口向下,固定在水平面上.整個空間存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度方向豎直向下.一電荷量為q(q0)、質(zhì)量為m的小球P在球面上做水平的勻速圓周運動,圓心為O.球心O到該圓周上任一點的連線與豎直方向的夾角為(0).為了使小球能夠在該圓周上運動,求磁感應(yīng)強度大小的最小值及小球P相應(yīng)的速率.(重力加速度為g)解析:據(jù)題意,小球P在球面上做水平的勻速圓周運動,該圓周的圓心為 O.P受到向下的重力mg、球面對它沿OP方向的支持力FN和磁場的洛倫茲
11、力FqvB(式中v為小球運動的速率).洛倫茲力F的方向指向 O,根據(jù)牛頓第二定律有:FNcos mg0FFNsin m由以上各式可得:v2v0由于v是實數(shù),必須滿足()20由此得:B可見,為了使小球能夠在該圓周上運動,磁感應(yīng)強度大小的最小值為:Bmin此時,帶電小球做勻速圓周運動的速率為:v即vsin .答案:sin 11.圖甲為一種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖.在以O(shè)為圓心,OH為對稱軸,夾角為2的扇形區(qū)域內(nèi)分布著方向垂直于紙面的勻強磁場.對稱于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點和收集點.CM垂直磁場左邊界于M,且OMd.現(xiàn)有一正離子束以小發(fā)散角(紙面內(nèi))從C射出,這些離子在CM方向上的分速度均為v0
12、.若該離子束中比荷為的離子都能匯聚到D,試求:(1)磁感應(yīng)強度的大小和方向.(提示:可考慮以沿CM方向運動的離子為研究對象)(2)離子沿與CM成角的直線CN進入磁場,其軌道半徑和在磁場中的運動時間.(3)線段CM的長度.解析:(1)設(shè)沿CM方向運動的離子在磁場中做圓周運動的軌道半徑為R.由qv0Bm,Rd解得:B,方向垂直紙面向外.(2)設(shè)沿CN運動的離子速度大小為v,在磁場中的軌道半徑為R,運動的時間為t.由vcos v0解得:vR解法一如圖乙所示,設(shè)弧長為s由t,s2()R解得:t.解法二離子在磁場中做勻速圓周運動的周期T故tT.(3)設(shè)從N點射入的離子的軌跡圓心為A,過A作AB垂直NO,
13、如圖丙所示.則:NARNBRcos d故BONM因為NMCMtan 又因為BOABcot Rsin cot sin cot 所以CMdcot .答案:(1),方向垂直紙面向外(2)d(3)dcot 12.在平面直角坐標(biāo)系xOy中,第象限存在沿y軸負方向的勻強電場,第象限存在垂直于坐標(biāo)平面向外的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子從y軸正半軸上的M點以速度v0垂直于y軸射入電場,經(jīng)x軸上的N點與x軸正方向成60角射入磁場,最后從y 軸負半軸上的P點垂直于y軸射出磁場,如圖甲所示.不計粒子重力,求:(1)M、N兩點間的電勢差UMN.(2)粒子在磁場中運動的軌道半徑r.(3)粒子從M點運動到P點的總時間t.解析:(1)粒子的運動軌跡如圖乙所示,設(shè)粒子過N點時的速度為v,有:cos 所以v2v0粒子從M點運動到N點的過程,有:qUMNmv2mv解得:UMN.(2)粒子在磁場中以O(shè)為圓心做勻速圓周運動,半徑為ON,有:qvB解得:r.(3)由幾何關(guān)系得:ONrsin 設(shè)粒子在電場中運動的時間為t1,有:ONv0t1故t1粒子在磁場中做勻速圓周運動的周期T設(shè)粒子在磁場中運動的時間為t2,有:t2T故t2又tt1t2所以t.答案:(1)(2)(3)