高中物理 第6章磁与现代科技章综合 鲁科版必修3-1

用心 爱心 专心 1 鲁科版鲁科版 3 3 1 1 第六章第六章 磁场对电流和运动电荷的作用磁场对电流和运动电荷的作用 全章测评全章测评 时间 90 分钟 总分 100 分 一 选择题一 选择题 本题共 12 小题 每小题 4 分 共 48 分 在每小题给出的四个选项中 有的小题 只有一个选项正确 有的小题有多个选项正确 全部选对的得 4 分 选不全的得 2 分 有选错 或不答的得 0 分 1 下列天体周围都有磁场 其中指南针不能在其上工作的是 A 地球B 太阳C 月亮D 火星 2 软铁棒放在永磁体的旁边能被磁化 这是由于 A 在永磁体磁场作用下 软铁棒中形成了分子电流 B 在永磁体磁场作用下 软铁棒中的分子电流消失了 C 在永磁体磁场作用下 软铁棒中分子电流的取向 变得大致相同 D 在永磁体磁场作用下 软铁棒中分子电流的取向变得更加杂乱无章 3 来自宇宙的电子流 以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点 则这些电子在进入 地球周围的空间时 将 A 竖直向下沿直线射向地面B 相对于预定地点向东偏转 C 相对于预定点稍向西偏转D 相对于预定点稍向北偏转 4 某地地磁场的磁感应强度大约是 4 0 10 5 T 一根长为 500 m 的电线 电流为 10 A 该导线 可能受到的磁场力为 A 0B 0 1 NC 0 3 ND 0 4 N 5 磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的 目的是 A 使磁场成圆柱形 以便框转动 B 使线圈平面在水平位置与磁感线平行 C 使线圈平面始终与磁感线平行 D 为了使磁场分布规则 6 直导线 ab 长为 L 水平放置在匀强磁场中 磁场方向如图 6 6 磁感应强度为 B 导线中 通有恒定电流 电流为 I 则 图 6 6 A 导线所受安培力大小为 BIL B 若电流方向由 b 向 a 则安培力方向竖直向上 C 若使导线在纸面内转过 角 则安培力大小变成 BILsin D 若使导线在纸面内转过 角 则安培力大小变为 BILcos 7 如图 6 7 所示 矩形线圈 abcd 放置在水平面内 磁场方向与水平面成 角 已知 sin 5 4 线圈面积为 S 匀强磁场的磁感应强度为 B 则通过线圈的磁通量为 用心 爱心 专心 2 图 6 7 A BSB 5 4BS C 5 3BS D 4 3BS 8 如图 6 8 所示 一金属直杆 MN 两端接有导线 悬挂于线圈上方 MN 与线圈轴线均处于竖 直平面内 为使 MN 垂直于纸面向外运动 可以 图 6 8 A 将 a c 端接在电源正极 b d 端接在电源负极 B 将 b d 端接在电源正极 a c 端接在电源负极 C 将 a d 端接在电源正极 b c 端接在电源负极 D 将 a c 端接在交流电源的一端 b d 端接在交流电源的另一端 9 如图 6 9 所示 空间有垂直纸面向外的匀强磁场 一质量为 m 1 kg 的带正电的绝缘小滑 块 开始静止在绝缘粗糙的斜面底端 从某时刻滑块突然受到一个沿斜面向上的冲量 I 10 N s 滑块沿斜面先向上后向下运动 当滑块滑到离地面 1 m 高处时 滑块速度大小为 4 m s 关于滑块在整个运动中所受的洛伦兹力方向 下列说法正确的是 图 6 9 A 一直垂直斜面向上 B 一直垂直斜面向下 C 先垂直斜面向上后垂直斜面向下 D 先垂直斜面向下后垂直斜面向上 10 如图 6 10 所示 在匀强磁场中有一带电粒子做匀速圆周运动 当它运动到 M 点 突然与 一不带电的静止粒子碰撞合为一体 碰撞后的运动轨迹应是图 6 10 中的哪一个 实线为原轨 迹 虚线为碰后轨迹 图 6 10 11 如图 6 11 所示 两个完全相同的圆形线圈能在一个光滑的圆柱上自由移动 设大小不同 方向相同的电流 I1 I2分别按图示方向通入圆形线圈 则两个线圈的运动情况 图 6 11 A 都绕圆柱转动 B 彼此相向运动 具有大小相等的加速度 用心 爱心 专心 3 C 彼此相向运动 电流较大的加速度较大 D 彼此背向运动 电流较大的加速度较大 12 如图 6 12 所示 带电平行板中匀强电场竖直向上 匀强磁场方向垂直纸面向里 某带电 小球从光滑绝缘轨道上的 a 点自由滑下 经过轨道端点 P 进入板间后恰好沿水平方向做直线 运动 现使小球从稍低些的 b 点开始自由滑下 在经 P 点进入板间的运动过程中不可能的是 图 6 12 A 其动能将会增大 B 其电势能将会增大 C 小球所受的洛伦兹力将会增大 D 小球所受的电场力将会增大 二 填空题二 填空题 本题共有 4 小题 每题 6 分 共 24 分 13 一个质子和一个 粒子同时射入同一匀强磁场中 射入方向和磁场垂直 则 如果两者以相同的速度进入磁场中 则其圆 运动的轨道半径之比是 如果两者以相同的动量进入磁场中 则其圆运动的轨道半径之比是 如果两者以相同的动能进入磁场中 则其圆运动的轨道半径之比是 14 如图 6 13 所示是等离子体发电机的示意图 磁感应强度为 B 两板间距离为 d 要使输出 电压为 U 则等离子的速度为 a 是电源的 极 图 6 13 15 一个带电微粒在如图 6 14 所示的正交匀强电场和匀强磁场中在竖直面内做匀速圆周运动 则该带电微粒必然带 旋转方向为 若已知圆半径为 r 电场强度为 E 磁感 应强度为 B 则线速度为 图 6 14 16 1998 年升空的 磁谱仪探索太空中存在的反物质和暗物质 利用质谱仪可测定太空中粒 子的比荷 如图 6 15 所示 当太空中的某一粒子从 O 点垂直进入磁感应强度 B 10 T 的匀强磁 场后 沿半圆周运动到达 P 点 测得 OP 距离为 10 cm 从 P 点离开磁场到 Q 点 电子计时 器记录数据为 10 8 s 已知 PQ 间距离为 50 cm 则该粒子的比荷为 它可能是 填 电子 正电子 质子 或 反质子 用心 爱心 专心 4 图 6 15 三三 计算题 计算题 共 28 分 解答应写出必要的文字说明 方程式和重要的演算步骤 只写出最后 答案的不能得分 有数值计算的题 答案中必须明确写出数值和单位 17 8 分 如图 6 16 金属杆 ab 的质量为 m 长为 L 通过的电流为 I 处在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 结果 ab 静止且紧压于水平导轨上 若磁场方向与导轨平面成 角 求 图 6 16 1 棒 ab 受到的摩擦力 2 棒 ab 对导轨的压力 18 8 分 如图 6 17 所示 直线 MN 上方有磁感应强度为 B 的匀强磁场 正 负电子同时从 同一点 O 以与 MN 成 30 角的同样速度 v 射入磁场 电子质量为 m 电荷量为 e 求 图 6 17 1 它们从磁场中射出时相距多远 2 射出的时间差是多少 19 12 分 如图 6 18 所示 质量 m 1 0 10 4 kg 的小球放在绝缘的水平面上 小球带电荷 量 q 2 0 10 4 C 小球与水平面间的动摩擦因数 0 2 外加水平向右的匀强电场 E 5 V m 垂直纸面向外的匀强磁场 B 2 T 小球从静止开始运动 1 小球具有最大加速度的值为多少 2 小球的最大速度为多少 g 取 10 m s2 图 6 18 用心 爱心 专心 5 参考答案参考答案 1 解析 解析 选项的四个天体之中只有火星没有全球性的磁场 因此指南针不能在其上工作 答案 答案 D 2 解析 解析 安培提出的分子电流假说认为 磁性物质微粒中本来就存在分子电流 这些分子电 流的取向本来是杂乱无章的 对外不显示磁性 当它处在外磁场中时 分子电流的磁极在外 磁场的作用下 沿磁场方向做有序排列 这就是所谓的磁化 只有选项 C 是正确的 答案 答案 C 3 解析 解析 地球表面地磁场方向由南向北 电子带负电 根据左手定则可判定 电子自赤道上空 竖直下落过程中所受洛伦兹力方向向西 答案 答案 C 4 解析 解析 当电流垂直于磁场时 电线所受的安培力最大 为 Fmax BIL 0 2 N 因此导线可能 受到的磁场力大小是 0 至 0 2 N 之间的值 答案 答案 AB 5 解析 解析 磁电式电流表的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐射分布的 目的是使线圈平面 始终与磁感线平行 答案 答案 C 6 答案 答案 A 7 解析 解析 因为 BSsin 所以正确选项为 B 答案 答案 B 8 解析 解析 这是直线电流在螺线管产生的磁场中的问题 利用右手螺旋定则判断磁场 利用左 手定则判断受力方向 将 a 接正 b 接负 电流方向为 M N c 接正 d 接负极 由右手螺旋定 则可知 线圈上端为 N 极 由左手定则可知 MN 向外运动 A 正确 b 接正极时 电流方向为 N M d 接正极时线圈下端为 N 极 由此可判断 MN 向外运动 B 正确 a 接正极时 电流方 向为 M N d 接正极时 线圈下端为 N 极 可判断 MN 向里运动 C 错误 MN 中与线圈中 虽然通以交流电 但由于 ab 与 cd 是并联在电源上 当电流为 M N 时 线圈中电流为 c d 而当电流为 N M 时 线圈中电流为 d c 由以上判断 A B 的方法可知 D 正确 答案 答案 ABD 9 解析 解析 本题以带电绝缘滑块在磁场中运动为知识背景 通过与力学知识的综合 考查分析 和推理能力以及对知识的综合应用能力 滑块受到一斜向上的冲量后 沿斜面向上运动 根据 左手定则 受到垂直斜面向下的洛伦兹力 滑块返回过程中受洛伦兹力方向也相反 答案 答案 D 10 解析 解析 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式为 r qB mv 带电粒子到 M 点 与一不带电的静止粒子碰撞合为一体 动量不改变 碰撞后的运动轨迹圆的半径也不改变 因此选项 A 正确 答案 答案 A 11 解析 解析 使用等效分析法 两个环形电流相当于两个磁极相反的小磁针 相互排斥 由牛顿 第三定律可知 它们之间的作用力等大 反向 因此加速度大小相等 方向相反 故选 B 答案 答案 B 12 解析 解析 由题意可知 小球带正电 小球从稍低些的b 点开始自由滑下 在经 P 点进入板间 的运动的初速度变小了 初始洛伦兹力也变小了 但是在复合场中运动时 偏离直线向下运动 用心 爱心 专心 6 电场力做负功 重力做正功 速度增加 动能增加 洛伦兹力也增加 选项 A B C 是正 确的 电场力与运动电荷的速度无关 大小计算式为 F qE 所以电场力大小不变 选项 D 符合题意 答案 答案 D 13 解析 解析 因为 qvB m qB mv r r v m 2 所以当速度相同时 r质 r a a q m q m 质 质 1 2 当动量 相同时 r质 r a qq 1 1 质 2 1 当动能相等时 qvB m qB mv 得 r qB mv 又由 Ek 2 1 mv2 可得 r qB mEk2 r质 r a a q m q m 质 质 答案 答案 1 2 2 1 1 1 14 解析 解析 最后等离子体匀速通过电磁场 所以有 qvB q d U 所以 v Bd U 由左手定则可知 a 是电源的正极 答案 答案 Bd U 正 15 解析 解析 因为必须有电场力与重力平衡 所以必为负电 由左手定则得逆时针转动 再由关 系式 mg qE 和 r qB mv 得 v E Brg 答案 答案 负电 逆时针 E Brg 16 解析 解析 以带电粒子在匀强磁场中的运动为知识背景 由左手定则知该粒子带负电 v 27 8 105 2 m s 105m s 10 5 0 OP PQ s r t s m 据 r Bq mv 得 2 7 10510 105 Br v m q C kg 质子的比荷 kg 1066 1 C 106 1 27 19 m q 故该粒子为反质子 答案 答案 108 C kg 反质子 17 解析 解析 由题意可知 安培力大小 F安 BIL 与磁场方向垂直向上 与竖直方向成 角 金属杆还受竖直向下的重力 mg 水平导轨的支持力 FN和静摩擦力的作用 金属杆 ab 静止 合外力为零 则有 F BILsin FN BILcos mg 所以棒 ab 对导轨的压力 F压 mg 用心 爱心 专心 7 BILcos 答案答案 1 BILsin 2 mg BILcos 18 解析 解析 正负电子的半径和周期是相同的 只是偏转方向相反 先确定圆心 画出半径 由 对称性知 射入 射出点和圆心恰好组成正三角形 所以两个射出点相距 2r 由题图还看出经 历时间相差 2T 3 答案 答案 1 射出点相距 s Be