【名师同步导学】2013-2014学年高中物理 第三章 磁场单元综合测评 新人教版选修3-1

1 单元综合测评三单元综合测评三 第三章第三章 磁场磁场 时间 90 分钟 满分 100 分 温馨提示 1 第 卷答案写在答题卡上 第 卷书写在试卷上 交卷前请核对班级 姓名 考号 2 本场考试时间为 90 分钟 注意把握好答题时间 3 认真审题 仔细作答 永 远不要以粗心为借口原谅自己 第 卷 选择题 共 52 分 一 选择题 本大题共 13 小题 每小题 4 分 共 52 分 每小题至少有一个选项是正确 的 全部选对的得 4 分 选对但不全的得 2 分 错选或不答的得 0 分 1 关于磁场的方向 下列叙述中不正确的是 A 磁感线上某一点的切线方向 B 磁场 N 极到 S 极的方向 C 小磁针静止时北极所指的方向 D 小磁针的北极受力方向 解析 磁感线上某一点的切线方向即是该点的磁场方向 A 正确 在条形磁铁内部磁 感线从 S 极到 N 极 磁场方向也从 S 极到 N 极 B 错误 磁场方向规定为小磁针北极的受 力方向或静止时小磁针北极的指向 C D 正确 故选 B 答案 B 2 如图所示 一根长直导线穿过载有恒定电流的金属环的中心且垂直于环 面 导线和金属环中的电流如图所示 那么金属环所受安培力 A 沿圆环半径向里 B 等于零 C 沿圆环半径向外 D 水平向左 解析 环形电流I1和直线电流I2激发的磁场的磁感线处处平行 所以金属环所受安培 力为零 故 B 正确 A C D 错误 答案 B 3 如图所示 在正交的匀强电场和磁场的区域内 磁场水平向内 有一粒子 恰能沿直线飞过此区域 不计粒子重力 A 若粒子带正电 E方向应向下 B 若粒子带负电 E方向应向上 C 若粒子带正电 E方向应向上 D 不管粒子带何种电 E方向都向下 解析 若粒子带正电 所受洛伦兹力向上 电场力与其平衡 应该向下 E方向应向 下 当粒子带负电时 电场力 洛伦兹力方向都与带正电荷时相反 也能沿直线做匀速直 2 线运动 A D 对 答案 AD 4 2013 孝感高二检测 如图所示 OO 为水平挡板 S为一电子源 它 可以向a b c d四个垂直磁场的方向发射速率相同的电子 ac垂直OO bd平行OO 板OO 下方有垂直纸面向里的匀强磁场 磁场范围足够大 不计电子重力 则击中挡板可 能性最大的方向是 A a B b C c D d 解析 四个电子都做匀速圆周运动 d的圆心位置最高 所以击中挡板可能性最大的 是d 答案 D 5 如图所示的是速度选择器示意图 若要正常工作 则以下论述正确的 是 A P1的电势必须高于P2的电势 B 磁感应强度B 电场强度E和被选择的粒子速率v应满足v BE C 从S2出来的只能是正电荷 不能是负电荷 D 若把磁场和电场的方向都改变为原来的相反方向 速度选择器同样正常工作 解析 粒子通过速度选择器的过程中必须满足洛伦兹力与电场力平衡 P1的电势必须 低于P2的电势 A 错误 磁感应强度B 电场强度E和被选择的粒子速率v应满足 Bqv Eq B 错 从S2出来的可以是正电荷 也可以是负电荷 C 错 若把磁场和电场的方 向都改变为原来的相反方向 洛伦兹力与电场力仍然平衡 D 正确 答案 D 6 2013 惠州联考 图中的D为置于电磁铁两极间的一段通电直导线 电流方向垂直 于纸面向里 在开关 S 接通后 导线D所受磁场力的方向是 A 向上 B 向下 C 向左 D 向右 解析 由安培定则知 软铁芯在导线处的磁场方向向左 由左手定则可判定导线D受 到的磁场力方向向上 A 项正确 答案 A 7 2012 高考北京卷 处于匀强磁场中的一个带电粒子 仅在磁场力作用下做匀速圆 周运动 将该粒子的运动等效为环形电流 那么此电流值 A 与粒子电荷量成正比 B 与粒子速率成正比 3 C 与粒子质量成正比 D 与磁感应强度成正比 解析 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动 则粒子运动的周期T 带电粒子等 2 m qB 效为环形电流 由I 可得I D 正确 q T q2B 2 m 答案 D 8 2012 高考广东卷 质量和电量都相等的带电粒子M和N 以不同的速率经小孔S 垂直进入匀强磁场 运行的半圆轨迹如图中虚线所示 下列表述正确的是 A M带负电 N带正电 B M的速率小于N的速率 C 洛伦兹力对M N做正功 D M的运行时间大于N的运行时间 解析 由左手定则知 M带负电 N带正电 选项 A 正确 由qvB m得 v v2 r qBr m 两粒子的比荷相等 可知M的速率大于N的速率 选项 B 错误 洛伦兹力的方向与粒子运 动的速度方向垂直 不做功 选项 C 错误 由带电粒子在磁场中做圆周运动的周期T 知 M N在磁场中的运动时间相等 选项 D 错误 2 m qB 答案 A 9 2013 温州十校联考 三个质子 1 2 和 3 分别以大小相等的初速度 v1 v2和v3经平板MN上的小孔O射入匀强磁场 各初速度的方向如图所示 磁场方向垂直纸面向里 整个装置处在真空中 且不计质子重力 最终这三个 质子打到平板MN上的位置到小孔的距离分别为s1 s2和s3 则 A s1 s2 s3 B s2 s3 s1 C s1 s3 s2 D s1 s3 s2 解析 质子在磁场中做匀速圆周运动的半径r相同 由左手定则可以画出三个质子的 轨迹 如图所示 v2与平板垂直 s2最大 v1和v3与平板的夹角相同 s1 s3 故 D 项正 确 答案 D 10 2013 嘉积中学高二质检 我国南极科考队在南极观看到了美丽的极光 极光是 4 来自太阳的高能带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时 被地球磁场俘获 从而改变原有 运动方向 向两极做螺旋运动 这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或 摩擦从而激发大气分子或原子 使其发出各种颜色的光 地磁场的存在 使许多宇宙粒子 不能达到地面而向人烟稀少的两极地区偏移 为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏 障 科学家发现并证实 向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的 这 主要与下列哪些因素有关 A 可能是洛伦兹力对粒子做负功 使其动能减小 B 可能是空气阻力对粒子做负功 使其动能减小 C 可能是粒子的带电荷量减小 D 南北两极的磁感应强度较强 解析 在地球的大气层中 粒子受阻力作用 使粒子动能减小 速度v减小 越靠近 地球表面 磁感应强度B增加 由半径公式R 可知 v减小 B增加都是使半径R减小 mv qB 的原因 故 BD 正确 答案 BD 11 2013 宁德高二检测 如图所示 水平放置的平行金属板a b带有等量 异种电荷 a板带正电 两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场 若一个带正电的液 滴在两板间做直线运动 其运动的方向是 A 沿竖直方向向下 B 沿竖直方向向上 C 沿水平方向向左 D 沿水平方向向右 解析 正电荷受到的电场力竖直向下 重力也竖直向下 做直线运动时必须是洛伦兹 力与这两个力方向相反 且大小与这两个力的合力相等 液滴必做匀速直线运动 否则洛 伦兹力会发生变化失去平衡而做曲线运动 故答案 D 正确 答案 D 12 1922 年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明 同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔 化学奖 若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示 则下列说法中正确的是 A 该束带电粒子带负电 B 速度选择器的P1极板带正电 C 在B2磁场中运动半径越大的粒子 质量越大 D 在B2磁场中运动半径越大的粒子 比荷 越小 q m 5 解析 根据左手定则可确定粒子带正电 A 错误 由速度选择器中电场力和洛伦兹力 方向相反知 P1板带正电 B 正确 根据qvB r 故可以确定 C 错误 D 正确 mv2 r mv qB 答案 BD 13 质量为m 带电荷量为q的小物块 从倾角为 的光滑绝缘斜面 上由静止下滑 整个斜面置于方向水平向里的匀强磁场中 磁感应强度为 B 如图所示 若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零 下 面说法中正确的是 A 小物块一定带正电荷 B 小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动 C 小物块在斜面上运动时做加速度增大 而速度也增大的变加速直线运动 D 小物块在斜面上下滑过程中 当小球对斜面压力为零时的速率为 mgcos Bq 解析 小物块沿斜面下滑对斜面作用力为零时受力分析如图所示 小物块受到重力G 和垂直于斜面向上的洛伦兹力F 故小物块带负电荷 A 选项错误 小物块在斜面上运动时 合力等于mgsin 保持不变 做匀加速直线运动 B 选项正确 C 选项错误 小物块在斜面 上下滑过程中 当小物块对斜面压力为零时有qvB mgcos 则有v D 选项正 mgcos Bq 确 答案 BD 第 卷 非选择题 共 48 分 二 计算题 本大题共 4 小题 共 48 分 要有必要的文字说明和解题步骤 有数值计 算的题要注明单位 14 如图 水平放置的光滑的金属导轨M N平行地置于匀强磁场中 间距为d 磁场 的磁感应强度大小为B 方向与导轨平面夹角为 金属棒ab的质量为m 放在导轨上且 与导轨垂直 电源电动势为E 定值电阻为R 其余部分电阻不计 则当电键闭合的瞬间 棒ab的加速度为多大 6 解析 画出棒ab的截面图 如图所示 安培力F IdB 斜向左下方 与水平面成 90 角 据牛顿第二定律有 Fsin ma 据欧姆定律有 I E R 解得a BEdsin mR 答案 BEdsin mR 15 如图所示 在y 0 的区域内存在匀强磁场 磁场方向垂直于xOy平面并指向纸面 外 磁感应强度为B 一带正电的粒子以速度v0从O点射入磁场 入射方向在xOy平面内 与x轴正方向的夹角为 若粒子的电荷量和质量分别为q和m 试求粒子射出磁场时的 位置坐标及在磁场中运动的时间 解析 粒子的运动轨迹如图所示 由圆的对称性可知粒子从A点射出磁场时其速度方 向与x轴的夹角仍为 设粒子的轨道半径为R 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律可得 qv0B mv R 2 0 设OA的距离为L 由几何关系可得L 2 Rsin 而A点的坐标为x L 联立 解得x 2mv0sin qB 设粒子在磁场中的运动周期为T 则T 2 R v 粒子在场中运动轨迹所对的圆心角为 2 粒子在磁场中的运动时间为t 则t T 2 由 可得 t 2m Bq 7 答案 x 2mv0sin qB t 2m Bq 16 一种半导体材料称为 霍尔材料 用它制成的元件称为 霍尔元件 这 种材料有可定向移动的电荷 称为 载流子 每个载流子的电荷量大小为 1 个元电 荷 即q 1 6 10 19 C 霍尔元件在自动检测 控制领域得到广泛应用 如录像 机中用来测量录像磁鼓的转速 电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的 电源的通断等 在一次实验中 一块霍尔材料制成的薄板宽ab 1 0 10 2 m 长bc L 4 0 10 2 m 厚h 1 10 3 m 水平放置在竖直向上的磁感应强度B 1 5 T 的匀强磁场中 bc方向 通有I 3 0 A 的电流 如图所示 沿宽度产生 1 0 10 5 V 的横向电压 1 假定载流子是电子 a b两端哪端电势较高 2 薄板中形成电流I的载流子定向运动的速度为多大 解析 1 根据左手定则可确定a端电势高 2 导体内载流子沿电流方向所在的直线定向运动时 受洛伦兹力作用而横向运动 产 生横向电场 横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时 导体横向电压稳定 设载流子沿电流 方向所在直线定向移动的速率为v 横向电压为Uab 横向电场强度为E 电场力FE Ee 磁场力FB evB 平衡时Ee evB 得v Uabe d Uab labB 1 0 10 5 1 0 10 2 1 5 m s 6 7 10 4 m s 答案 1 a端 2 6 7 10 4 m s 17 2012 高考浙江理综 如图所示 两块水平放置 相距为d的长金属 板接在电压可调的电源上 两板之间的右侧区域存在方向垂直纸面向里的匀强 磁场 将喷墨打印机的喷口靠近上板下表面 从喷口连续不断喷出质量均为 m 水平速度均为v0 带相等电荷量的墨滴 调节电源电压至U 墨滴在电场区域恰能沿水 平向右做匀速直线运动 进入电场 磁场共存区域后 最终垂直打在下板的M点 1 判断墨滴所带电荷的种类 并求其电荷量 2 求磁感应强度B的值 3 现保持喷口方向不变 使其竖直下移到两板中间的位置 为了使墨滴仍能到达下板 M点 应将磁感应强度调至B 则B 的大小为多少 解析 1 墨滴在电场区域做匀速直线运动 有 q mg U d 由 式得 q mgd U 8 由于电场方