2022年高三物理一輪復習備考 第十一單元 磁場 磁場對電流和運動電荷的作用 魯科版

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1、2022年高三物理一輪復習備考 第十一單元 磁場 磁場對電流和運動電荷的作用 魯科版 選擇題部分共13小題。在每小題給出的四個選項中,1~8小題只有一個選項正確,9~13小題有多個選項正確;全部選對的得4分,選不全的得2分,有選錯或不答的得0分。 1.關于安培力,下列說法正確的是 A.通電直導線在某處所受安培力的方向跟該處的磁場方向相同 B.通電直導線在某處不受安培力的作用,則該處沒有磁場 C.通電直導線所受安培力的方向可以跟導線垂直,也可以不垂直 D.通電直導線跟磁場垂直時受到的安培力一定最大 解析:安培力的方向一定與磁場垂直,也一定與導線垂直,選項A、C錯誤;當通電直導線與

2、磁場平行放置時,不受安培力作用,選項B錯誤。 答案:D 2.在重復奧斯特電流磁效應的實驗時,需要考慮減少地磁場對實驗的影響,則以下關于奧斯特實驗的說法中正確的是 A.通電直導線豎直放置時,實驗效果最好 B.通電直導線沿東西方向水平放置時,實驗效果最好 C.通電直導線沿南北方向水平放置時,實驗效果最好 D.只要電流足夠大,不管通電直導線怎樣放置實驗效果都很好 解析:由于在地球表面小磁針靜止時北極指北、南極指南,所以通電直導線沿南北方向水平放置時,電流在小磁針所在位置的磁場方向為東西方向,此時的效果最好。 答案:C 3.科學研究發(fā)現,在地球的南極或北極所看到的美麗極光,是由來自

3、太陽的高能帶電粒子受到地磁場的作用后,與大氣分子劇烈碰撞或摩擦所產生的結果,如圖所示。則下列關于地磁場的說法中,正確的是 A.若不考慮磁偏角的因素,則地理南極處的磁場方向豎直向下 B.若不考慮磁偏角的因素,則地理北極處的磁場方向豎直向上 C.在地球赤道表面,小磁針靜止時南極指向北的方向 D.在地球赤道表面,小磁針靜止時南極指向南的方向 解析:在不考慮磁偏角的情況下,地球的南極相當于磁體的北極,故該處的磁場方向豎直向上,選項A、B錯誤;赤道處的地磁場方向向北,所以小磁針的南極指向南的方向,D正確。 答案:D 4.在某磁場區(qū)域中畫出了如圖所示的三條磁感線,則下列關于磁場中a、b

4、兩點的說法中正確的是 A.a處沒有磁感線,所以a點的磁感應強度Ba=0 B.a處的磁感應強度小于b處的磁感應強度 C.同一通電導線放在a處所受到的安培力比放在b處所受到的安培力大 D.同一通電導線放在a處所受到的安培力比放在b處所受到的安培力小 解析:畫出的磁感線僅為示意圖,a處的磁感應強度不為零,選項A錯;磁感線的疏密程度表示磁感應強度的大小,選項B正確;安培力的大小除跟該處的磁感應強度的大小以及I、L有關外,還跟導線放置的方向與磁感應強度的方向的夾角有關,C、D錯誤。 答案:B 5.如圖甲所示為在科學研究中用來束縛某種粒子的磁場的磁感線分布情況,以圖中白點O為坐標原點,沿Z

5、軸正方向的磁感應強度大小的變化最有可能為圖乙中的 解析:磁感線的疏密表示磁感應強度的大小,以圖中白點O為坐標原點,沿Z軸正方向磁感應強度B大小的變化最有可能為C。 答案:C 6.關于帶電粒子在勻強磁場中受到的洛倫茲力,下列說法正確的是 A.帶電粒子的速度越大,洛倫茲力一定越大 B.當帶電粒子的速度與磁場方向平行時,洛倫茲力最大 C.洛倫茲力的方向可以跟速度方向垂直,也可以不垂直 D.洛倫茲力不做功,所以洛倫茲力一定不會改變帶電粒子的速度大小 解析:當帶電粒子的速度與磁場方向平行時,不受洛倫茲力作用,選項A、B錯;洛倫茲力的方向既跟速度垂直,也跟磁場垂直,選項C錯。 答

6、案:D 7.不計重力的帶電粒子穿過飽和蒸汽時,在它走過的路徑上飽和蒸汽便凝成小液滴,從而顯示出粒子的徑跡,這是云室的原理,圖示是在云室中拍攝的正、負電子運動徑跡的照片。若已知在云室處有方向垂直于照片向內的勻強磁場,圖中Oa、Ob、Oc、Od是從O點發(fā)出的四個粒子的徑跡,則下列說法中正確的是 A.打到a、b點的粒子是正電子 B.打到c、d點的粒子是正電子 C.打到c點的粒子受到的洛倫茲力最小 D.打到d點的粒子受到的洛倫茲力最大 解析:根據左手定則可知,打到a、b點的粒子是正電子,選項A正確;根據軌跡圖可知,打到c點的粒子的半徑最大,速度最大,所以其受到的洛倫茲力最大,選項C、

7、D錯誤。 答案:A 8.如圖所示,a、b粒子所帶電荷量相同,且均以相等的動能從A點沿相同方向垂直射入磁場。已知它們在勻強磁場中做圓周運動的半徑ra=2rb,重力不計,則 A.兩粒子都帶正電,質量比ma∶mb=4∶1 B.兩粒子都帶負電,質量比ma∶mb=4∶1 C.兩粒子都帶正電,質量比ma∶mb=1∶4 D.兩粒子都帶負電,質量比ma∶mb=1∶4 解析:由于qa=qb、Eka=Ekb,由動能Ek=mv2和粒子旋轉半徑r=,可得m=,可見m與半徑r的平方成正比,故ma∶mb=4∶1,再根據左手定則可知粒子應帶負電,選項B正確。 答案:B 9.物理學家勞倫斯于193

8、2年發(fā)明回旋加速器。如圖所示為一種改進后的回旋加速器示意圖,其中盒縫間的加速電場的電場強度恒定,且被限制在A、C板間,帶電粒子從P0處由靜止釋放,并沿電場線方向射入加速電場,經加速后再進入D形盒中的勻強磁場做勻速圓周運動,圖中P1、P2、P3分別為帶電粒子在磁場做圓周運動三個相鄰軌跡的最右邊緣的點,對于這種改進后的回旋加速器,下列說法正確的是 A.帶電粒子每運動一周就被加速一次 B.帶電粒子每運動一周就被加速二次 C.P1P2=P2P3 D.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關 解析:帶電粒子每運動一周就被加速一次,加速電場方向不需要做周期性的變化,選項A正確、B錯誤;由nqU=m

9、,rn=,解得rn=,由此可知,P1P2≠P2P3,選項C錯誤;當加速粒子的速度最大時,有=m,選項D正確。 答案:AD 10.如圖所示,在虛線所包圍的圓形區(qū)域內有方向垂直于圓面向里的勻強磁場,從磁場邊緣的A點沿半徑方向射入一束速率不同的質子,這些質子在磁場里運動的過程中,以下說法正確的是 A.周期相同,但運動時間不同,速率大的運動時間長 B.運動半徑越大的質子運動時間越短,偏轉角越小 C.質子在磁場中的運動時間均相等 D.運動半徑不同,運動半徑越大的質子向心加速度越大 解析:由Bqv=m,可得r=,v越大,則r越大。周期T==,則周期與運動速度大小無關,運動時間t=T,其中

10、tan=,所以v越大,則r越大、θ越小、t越小,選項A、C錯,B正確。向心加速度a=,r越大,則v越大,a也越大,選項D正確。 答案:BD 11.霍爾元件廣泛應用于測量和自動控制等領域,霍爾元件一般用半導體材料做成,有的半導體中的載流子(自由電荷)是自由電子,有的半導體中的載流子是空穴(相當于正電荷)。如圖所示為用半導體材料做成的霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應強度B垂直于霍爾元件的工作面向下,通入電流I的方向如圖所示,C、D兩側面會形成電勢差。則下列說法中正確的是 A.若元件的載流子是自由電子,則D側面的電勢高于C側面的電勢 B.若元件的載流子是空穴,則D側面的電勢高于C側面的

11、電勢 C.在測地球赤道上方的地磁場強弱時,元件的工作面應保持豎直 D.在測地球赤道上方的地磁場強弱時,元件的工作面應保持水平 解析:若載流子為自由電子,由左手定則可判斷電子受洛倫茲力作用使其偏向C側面,則C側面的電勢會低于D側面,選項A正確;若載流子為空穴,根據左手定則,空穴在洛倫茲力的作用下也是向C側面聚集,C側面的電勢會高于D側面,選項B錯誤;地球赤道上方的地磁場的方向水平向北,霍爾元件的工作面應保持豎直才能讓地磁場垂直其工作面,選項C正確,D錯誤。 答案:AC 12.如圖所示,在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強磁場,磁感應強度大小為B。在xOy平面內,從原點O處沿與x軸正方

12、向成θ角(0<θ<π)以速率v發(fā)射一個帶正電的粒子(重力不計)。則下列說法正確的是 A.若v一定,θ越大,則粒子在磁場中運動的時間越短 B.若v一定,θ越大,則粒子離開磁場的位置距O點越遠 C.若θ一定,v越大,則粒子在磁場中運動的角速度越大 D.若θ一定,則粒子在磁場中運動的時間與v無關 解析:由左手定則可知,帶正電的粒子向左偏轉,若v一定,θ越大,則粒子在磁場中運動的時間越短,選項A正確;若v一定,θ等于90°時,粒子離開磁場的位置距O點最遠,選項B錯誤;若θ一定,粒子在磁場中運動的周期與v無關,則粒子在磁場中運動的角速度也與v無關,粒子在磁場中運動的時間與v無關,選項C錯誤、

13、D正確。 答案:AD 13.如圖所示,在直角三角形AOC的三條邊為邊界的區(qū)域內存在著磁感應強度為B的勻強磁場,已知∠A=60°,邊AO的長度為a?，F在O點放置一個可以向各個方向發(fā)射某種帶負電粒子的粒子源,已知粒子的比荷為,發(fā)射的速度大小都為v0,且滿足v0=。粒子發(fā)射的方向可由圖中速度與邊CO的夾角θ表示,不計重力作用,則粒子進入磁場后 A.粒子有可能打到A點 B.以θ=60°飛入的粒子在磁場中的運動時間最短 C.以θ<30°飛入的粒子在磁場中的運動的時間都相等 D.在AC邊界上只有一半區(qū)域有粒子射出 解析:粒子在磁場中做圓周運動的軌道半徑r==a,當粒子以θ=0飛入磁場區(qū)

14、域時,最終將從AC邊的中點射出,隨著θ的增大,粒子在AC邊上的射出點將向A點靠攏,當θ=60°時,粒子將從A點射出磁場區(qū)域,選項A、D正確;粒子的速度大小相等,在磁場中做圓周運動的軌跡弧長越小,運動時間越短,過O點做AC邊的垂線,找出垂足位置,當粒子從該垂足位置射出時粒子在磁場中的運動時間最短,選項B錯誤;以θ<30°飛入的粒子在磁場中運動軌跡圓弧的長度不同,運動時間不相等,選項C錯誤。 答案:AD 第Ⅱ卷　(非選擇題　共48分) 非選擇題部分共4小題,解答應寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分。有數值計算的題,答案中必須明確寫出數值和單位。 14

15、.(10分)海水中含有大量的正、負離子,這些離子隨海流做定向運動,如果有磁場能使這些正、負離子向相反方向偏轉,便有可能發(fā)出電來。如圖所示為一利用海流發(fā)電的磁流體發(fā)電機原理的示意圖,上、下兩塊金屬板M、N水平正對放置,浸沒在海水里,金屬板面積均為S=1×103 m2,板間相距d=100 m,海水的電阻率ρ=0.25 Ω·m,在金屬板之間加一勻強磁場,磁感應強度大小B=0.05 T,方向由南向北,海水從東向西以速度v=5 m/s流過兩金屬板之間,且將在兩板之間形成電勢差。 (1)達到穩(wěn)定狀態(tài)時,哪塊金屬板的電勢較高? (2)該磁流體發(fā)電機產生的電動勢E為多大? (3)若用此發(fā)電機給一電阻為0

16、.6 Ω的航標燈供電,則流過航標燈的電流大小為多少? 解:(1)由左手定則得,N板的電勢較高。　 (2分) (2)當海水中流動的帶電離子進入磁場后,將在兩板之間形成電勢差,當帶電離子所受到的電場力F與洛倫茲力f相平衡時達到穩(wěn)定狀態(tài),有: q=qvB　 (2分) 代入有關數據得電動勢 E=25 V。　(1分) (3)內阻r=ρ 帶入數據得:r=0.025 Ω　(2分) 電路中的電流I== A=40 A?！?3分) 15.(10分)如圖所示,為某研究性學習小組設計的一只電流表的原理圖如圖所示。在質量為m、長度為L1的勻質細金屬棒MN的中點處通過一絕緣掛鉤與一豎直懸掛的彈簧相連,

17、彈簧的勁度系數為k。在矩形區(qū)域abcd內有勻強磁場,磁感應強度大小為B,方向垂直紙面向外。與MN的右端N連接的一絕緣輕指針可指示標尺上的示數,MN的長度大于ab,ab=cd=L2。當MN中沒有電流通過且處于平衡狀態(tài)時,MN與矩形區(qū)域的cd邊重合,且指針指到刻度尺的0刻度位置,重力加速度為g。 (1)若要使該電流表能正常工作,則待測電流必須從金屬棒的哪一端流入? (2)刻度尺上距0刻度為x處對應的電流大小是多少? (3)若彈簧在彈性限度內的最大伸長量為xm,則該電流表的最大量程為多少? 解:(1)由左手定則得,電流必須從金屬棒是M端流入?！?2分) (2)指針指在0刻度處時,有mg=k

18、x0　 (1分) 指針指在x處時,有mg+BIL2=k(x0+x)　 (2分) 聯立解得:I=?！?(1分) (3)彈簧伸長量最大時,有mg+BImL=kxm　 (2分) 得:Im=。　 (2分) 甲 16.(13分)如圖甲所示,在等腰三角形△ABC區(qū)域內有垂直紙面向外的勻強磁場,三角形的底邊AB=2L, θ=45°,O為底邊的中點?，F有一質量為m、電荷量為q的帶正電粒子從靜止開始經過電勢差為U的電場加速后,從O點垂直AB進入磁場,不計粒子的重力與空氣阻力的影響。 (1)求粒子經電場加速后射入磁場時的速度。 (2)若已知磁感應強度大小B=,則粒子從何處射出磁場? (3)磁

19、感應強度B為多少時,粒子在磁場中能以最大的圓周半徑偏轉后打到OA板? 解:(1)由qU=mv2　(2分) 得v=?！?1分) (2)粒子進入磁場后做勻速圓周運動,有: qvB=m　(2分) 得r==L　(2分) 故粒子從AC連線上距A點L處射出。 乙 (3)要使粒子能射到OA連線上且半徑最大,則粒子的軌跡應與AC邊相切,如圖乙所示。設此時粒子軌跡的半徑為R,由幾何關系有: R+=L　(2分) 以及qvB=m　(2分) 得B=。　(2分) 甲 17.(15分)如圖甲所示,豎直放置的足夠長的絕緣板PQ右方的區(qū)域內有垂直紙面向外的勻強磁場,磁感應強度的大小B=5.0

20、×10-2 T,MN是與PQ平行的磁場的右邊界,d=0.2 m,在PQ上的小孔O處有一放射源,放射源沿紙面向磁場中各個方向均勻地射出速率v=2×106 m/s的某種帶正電的粒子,粒子的質量m=1.6×10-27 kg、所帶電荷量q=3.2×10-19C,不計粒子的重力及粒子間的相互作用。 乙 (1)求帶電粒子在磁場中運動軌跡的半徑。 (2)求從邊界MN射出的粒子在磁場中運動的最短時間為多少。 (3)若OQ= m,且QN是磁場的下邊界,則在某段時間內從放射源共射出n個粒子中,有多少個粒子是從磁場的下邊界QN射出的? 解:(1)qvB=m　(2分) 得r==0.2 m?！?2分)

21、 (2)因為粒子運動的軌道半徑均相同,故弦最短時對應的圓心角最小,運動時間最短,顯然最短的弦的大小為d,如圖乙所示。易得,此時的軌跡對應的圓心角θ=　 (2分) 粒子做圓周運動的周期T==　(2分) 最短時間t=T==×10-7 s?！?1分) 丙 (3)如圖丙中曲線1所示,當速度與OP的夾角θ=90°時,恰能從磁場下邊界射出　(1分) 當粒子恰從Q點射出時,如圖丙中曲線2所示,設此時的圓心角為α 則sin==　 (2分) 此時粒子從O點射出時的速度方向與OP的夾角為: α=120° ,故θ=120° 　(1分) Δθ=120° -90° =30° 　(1分) 故從磁場的下邊界QN射出的粒子數為n=?！?1分)