20192020学年高中物理第三章检测(B)(含解析)教科选修31

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(时间90分钟,满分100分)

一、选择题(本题包含10小题,每题4分,共40分.在每题给出的四个选项中,1~6题只有一个

选项吻合题目要求,7~10题有多个选项吻合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有

选错的得0分)

1.以下说法正确的选项是()

,它的方向与通电导线在磁场中所受磁场力的方向相同

2,1T=1N/(A·m)D.磁通量的单位是韦伯,1Wb=1T·m2分析:磁感觉强度的方向与通电导线在磁场中所受磁场力的方向是垂直的,应选项A错误.由F=BIL得B=??????,单位关系1T=1N/(A·m),应选项B错误.磁通量的大小等于穿过某一面积的磁感线条数,选项2C错误.由Φ=BS知单位关系1Wb=1T·m是正确的,选项D正确.

答案:D

2.以下列图,真空中两点电荷+q和-q以共同的角速度绕轴匀速运动,P点距+q近,则P点磁OO'感觉强度的方向为()

A.沿O'O向上B.沿OO'向下

C.从+q指向-qD.磁感觉强度为0

??分析:电荷的定向搬动形成电流,当两个点电荷匀速转动时,相当于产生两个环形电流,由I=??

知两个电荷产生的等效电流大小相等,+q产生的电流形成的磁场在P点方向向上,-q产生的电流形

1

成的磁场在P点方向向下,但由于P点离+q近,+q形成的电流在P点产生的磁感觉强度大,因此P

点磁感觉强度方向应沿O'O向上,应选项A正确.

答案:A

3.以下列图,正六边形abcdef地域内有垂直于纸面的匀强磁场.一带正电的粒子从f点沿fd方

向射入磁场所区,当速度大小为vb时,从b点走开磁场,在磁场中运动的时间为tb;当速度大小为vc

时,从c点走开磁场,在磁场中运动的时间为tc,不计粒子重力.则()

A.vb∶vc=1∶2,tb∶tc=2∶1

B.vb∶vc=2∶1,tb∶tc=1∶2

C.vb∶vc=2∶1,tb∶tc=2∶1

D.vb∶vc=1∶2,tb∶tc=1∶2

分析:设正六边形边长为l.对于粒子从f点沿fd方向射入磁场所区,从b点走开磁场的过程,粒子做匀速圆周运动的圆心为a点,则速度偏转角即圆弧所对圆心角为θb=120°,半径rb=l;对于粒子速度大小为vc从c点走开磁场的过程,圆弧对应弦切角为60°,则速度偏转角即圆弧所对圆心角为θc=°半径rc=l;由牛顿第二定律qvB????2得v=??????,由于bc=1∶2,因此bc=1∶2.60,2,=??,??r∶rv∶v由=2π??2π????.由t=??bc=2∶1,bT????,得??=??=??,可知两种情况中粒子角速度相等??,且θ∶θ因此t∶tc=2∶1,应选A.

答案:A

??4.已知通电长直导线产生的磁场中某点的磁感觉强度满足B=????(其中??为比率系数,??为电流,

2

??为该点到直导线的距离).现有四根平行的通电长直导线,

其横截面积恰幸好一个边长为??的正方形的四个极点上,电流方向以下列图,

其中??、??导线中的电流大小为??1,??、??导线中的电流大小为??2.

已知??导线所受的磁场力恰好为零,则以下说法不正确的选项是()

A.电流的大小关系为12I2I=四根导线所受的磁场力为零

C.正方形中心O处的磁感觉强度为零

D.若移走A导线,则中心O处的磁场将沿OB方向

分析:导线B、C、D在导线A处的磁场如图甲所示,依照题意A导线的磁场力为零,则A处的合磁场

??2??1,则I=2I,应选项A正确;同理将各点的磁场都画出,能够判断B、D导线处12的合磁场不为零,故磁场力不为零,应选项B错误;将各导线在O点的磁场画出,如图乙所示,由于A、C导线电流相等而且距离O点距离相等,则BA'=BC',同理BB'=BD',即正方形中心O处的磁感觉强度为零,应选项C正确;若移走A导线,则磁场BA'不存在,由于BB'=BD',则此时在O点的磁场只剩下导线C的磁场,而且导线C点磁场方向沿OB方向,即中心O处的磁场将沿OB方向,应选项D正确.

甲

乙

答案:B

3

以下列图,在匀强电场和匀强磁场共存的地域内,电场的电场强度为E,方向竖直向下,磁场的

磁感觉强度为B,方向垂直于纸面向里,一质量为m的带电质点,在场区内的一竖直平面内做匀速圆

周运动,则可判断该带电质点()

????A.带有电荷量为??的正电荷

沿圆周逆时针运动

C.运动的角速度为

????

??

??D.运动的速率为??

????分析:带电质点在竖直平面内做匀速圆周运动,有mg=qE,求得电荷量q=??,依照电场强度方向和电场力方向判断出质点带负电,选项A错误.由左手定则可判断质点沿顺时针方向运动,选项B错误.由qvB=mvω得ω=????????????????=????=??,选项C正确.在速度选择器中才有v=??,应选项D错误.

答案:C

以下列图,平行金属板A、B水公正对放置,分别带等量异号电荷.一带电微粒水平射入板间,

在重力和电场力共同作用下运动,轨迹如图中虚线所示,那么()

A.若微粒带正电荷,则A板必然带正电荷

B.微粒从M点运动到N点电势能必然增加

C.微粒从M点运动到N点动能必然增加

D.微粒从M点运动到N点机械能必然增加

4

分析:由于不知道重力和电场力大小关系,因此不能够确定电场力方向,不能够确定微粒电性,也不能够确定电场力对微粒做功的正负,则选项A、B、D错误;依照微粒偏转方向可知微粒所受合外力必然是竖直向下,则合外力对微粒做正功,由动能定理知微粒的动能必然增加,选项C正确.

答案:C

以下列图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与

2中的相同,与L3中的相反,以下说法正确的选项是()L

A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直3所受磁场作用力的方向与12所在平面垂直B.LL、LC.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶√3D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为√3∶√3∶1

分析:利用同向电流相互吸引,异向电流相互排斥,受力分析以下列图.

设任意两导线间作用力大小为F,则

L1受合力F1=2Fcos60°=F,方向与L2、L3所在平面平行;

L2受合力F2=2Fcos60°=F,方向与L1、L3所在平面平行;

L3所受合力F3=2Fcos30°=√3??,方向与L1、L2所在平面垂直.应选项B、C正确.

5

答案:BC

以下列图,连接平行金属板P1和P2(板面垂直于纸面)的导线的一部分CD和另一连接电池的回

路的一部分GH平行,CD和GH均在纸平面内,金属板置于磁场中,磁场方向垂直于纸面向里,当一束

等离子体射入两金属板之间时,CD段导线将碰到力的作用,以下判断正确的选项是()

A.当等离子体从右侧射入时,CD受力的方向背叛GH

B.当等离子体从右侧射入时,CD受力的方向指向GH

C.当等离子体从左侧射入时,CD受力的方向背叛GH

D.当等离子体从左侧射入时,CD受力的方向指向GH

分析:由电路知识知GH中的电流方向向下.等离子体从右方射入时,由左手定则可知,正离子向下偏

转,负离子向上偏转,CD中的电流方向向上,由异向平行的电流相互排斥可知,CD受力的方向背叛GH,选项A正确,选项B错误.同理可知,等离子体从左方射入时,CD受力的方向指向GH,选项C错误,选项D正确.

答案:AD

9.以下列图,一束带电粒子以必然的初速度沿直线经过由相互正交的匀强磁场B和匀强电场E

组成的速度选择器,尔后粒子经过平板S上的狭缝P,进入另一匀强磁场B',最后打在A1A2上.以下表

述正确的选项是()

粒子带负电

全部打在A1A2上的粒子,在磁场B'中运动时间都相同

C.能经过狭缝P的带电粒子的速率等于

??

??

6

??D.粒子打在A1A2上的地址越凑近P,粒子的比荷??越大

分析:依照题图粒子轨迹,利用左手定则可知粒子带正电,选项A错误;依照带电粒子在匀强磁场中

2π??运动洛伦兹力等于向心力,其运动周期T=????,全部打在A1A2上的粒子,在磁场B'中运动时间都为

半个周期,时间与粒子比荷成反比,选项B错误;带电粒子以必然的初速度沿直线经过由相互正交的

匀强磁场B和匀强电场E组成的速度选择器,满足qE=qvB,能经过狭缝P的带电粒子的速率等于v=

??,其轨迹半径r=??????,选项C正确;依照带电粒子在匀强磁场中运动洛伦兹力等于向心力????,粒子打在A1A2上的地址越凑近P,轨迹半径r越小,粒子的比荷????越大,选项D正确.

答案:CD

10.以下列图,MN是磁感觉强度为B的匀强磁场的界线.一质量为m、电荷量为q的粒子(重力不

计)在纸面内从O点射入磁场.若粒子速度为v0,最远能落在界线上的A点.以下说法正确的有()

A.若粒子落在A点的左侧,其速度必然小于v0B.若粒子落在A点的右侧,其速度必然大于v0C.若粒子落在A点左右两侧d的范围内,其速度不能能小于v0-??????2??D.若粒子落在A点左右两侧d的范围内,其速度不能能大于??????v0+2??分析??2解得????当粒子从点垂直界面射入磁场时粒子射:由牛顿第二定律可得qv0B=??0,r=0,O,??????MN出磁场所点与MN交点距入射点O最远,即OA=2r,当粒子以速度v0从O点沿任意方向入射时,必然打在OA内,选项A错误;结合前面分析只有v>v时粒子才有可能打在A点的右侧,选项B正确;若r=011??2????(????-??)????·??????????2(????-??),则依照qvB=????可得v=2??,由上面可得v0=2??,则有v=v0-2??,1只有v≥v??????,选项C正确;若粒子以v2垂直界线射入磁场恰好0-时,粒子才可能落入该范围内2??MN1??????到达距A点右侧d地址时,r2=2(????+??),同理可推得v2=v0+2??,当粒子速度v>v2时,只要粒子不垂直MN射入磁场,也有可能落到距A点右侧d地址以内,选项D错误.

7

答案:BC

二、填空题(本题包含2小题,共14分)

11.(4分)以下列图,正方形线框abcd边长为L,悬挂在等臂天平的一侧,线框的下端处在一个如图所示的匀强磁场中,调治天平右盘的砝码使天平均衡,若是线框中经过电流为I,则需要在右盘中加一个质量为的砝码,天平再次平衡.线框bc段上的电流方向是,磁场的磁感觉强度m大小是.

答案:c→b

????

????

12.(10分)以下列图,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感觉强度为B的平均磁场中,当电流经过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应实验表示,当磁场不太强时,电势差、电流I和B的关系为=??·????,.UU??式中的比率系数??称为霍尔系数.霍尔效应可讲解以下:外面磁场的洛伦兹力使运动的电子齐聚在导体板的一侧,在导体板的另一侧出现节余的正电荷,从而形成横向电场;横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成牢固的电势差.设电流??是电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为??,电荷量为??,回答以下问题:

(1)达到牢固状态时,导体板上侧面A的电势(选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面

A'的电势;

(2)电子所受洛伦兹力的大小为;(3)当导体板上下两侧面之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为;

8

1(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为K=????,

其中??代表导体板单位体积中电子的个数.

分析:(1)由左手定则可知电子所受洛伦兹力方向向上,依照题意知静电力方向向下,电场强度方向

向上,因此φA<φA'.

(2)由洛伦兹力公式得F洛=Bev.

(3)F=qE=??????或F=F洛=Bev.(4)电子碰到横向的静电力F与洛伦兹力F洛相平衡,即????=.①????????经过导体板的电流

????(??·????)??I=??=??=????????=??????????.②

??·????已知公式U=??,③

1由①②③式得K=????.

答案:(1)低于(2)Bev????(3)??(或??????)(4)见分析三、计算题(本题包含4小题,共46分)

(10分)以下列图,在倾角为θ=30°的斜面上,固定一宽L=0.25m的平行金属导轨,在导轨

上端接入电源和滑动变阻器.电源电动势E=12V,内阻为r=1.0Ω.一质量m=20g的金属棒ab与

两导轨垂直并接触优异.整个装置处于磁感觉强度B=0.80T、垂直于斜面向上的匀强磁场中(导轨与金属棒的电阻不计).金属导轨是圆滑的,g取10m/s2,要保持金属棒在导轨上静止,求:

金属棒所碰到的安培力;

经过金属棒的电流;

滑动变阻器R接入到电路中的阻值.

9

分析:(1)F=mgsin30°

F=0.1N.

(2)金属棒静止在金属轨道上受力平衡,

以下列图

??解得I=????.

(3)设变阻器接入电路的阻值为R,依照闭合电路欧姆定律E=I(R+r)

??解得R=??-??=23Ω.

答案:(1)0.1N(2)0.5A(3)23Ω

(10分)以下列图,在半径R的圆形地域内,分布着磁感觉强度大小为B的匀强磁场.在圆心处

发射一个运动方向与磁场垂直的电子,电子质量为m,电荷量为e.求这个电子要穿离此磁场所区应

拥有的最小动能.

分析:电子恰好不穿离磁场所区的条件是其轨迹正好和圆相切,故电子运动的半径r=1??.①2

????2电子做圆周运动的向心力由洛伦兹力供应,即evB=??②

而动能Ek=1????2③2

??2??2??2三式联立可得Ek=.8??

10

??2??2??2答案:8??

15.(12分)以下列图,绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,电场方向水平向右,电场强度大小为E,磁场方向垂直纸面向外,磁感觉强度大小为B.一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿下滑,到达C点时走开做曲线运动.A、C两MNMN点间距离为h,重力加速度为g.

求小滑块运动到C点时的速度大小vC;

求小滑块从A点运动到C点过程中战胜摩擦力做的功Wf;

(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的地址,当小滑块运动

到D点时撤去磁场,此后小滑块连续运动到水平川面上的P点.已知小滑块在D点时的速度大小为

vD,从D点运动到P点的时间为t,求小滑块运动到P点时速度的大小vP.

分析:(1)小滑块沿MN运动过程,水平方向受力满足

qvB+N=qE

小滑块在C点走开MN时N=0

??解得vC=??.

由动能定理mgh-Wf=1??????2-02

????2解得Wf=mgh-2??2.

11

如图,小滑块速度最大时,速度方向与电场力、重力的合力方向垂直.撤去磁场后小滑块将做类平抛运动,等效加速度为g'

g'=√(????)2+??2??

且????2=????2+??′2??2

解得

vP=√????2+[(????)2+??2]??2.??

答案:(1)??(2)??????-????2+[(????2]??2??2(3)√????2??)+??22??

16.(14分)(2018·全国Ⅱ卷)一足够长的条状地域内存在匀强电场和匀强磁场,其在xOy平面内的截面以下列图:中间是磁场所区,其界线与y轴垂直,宽度为l,磁感觉强度的大小为,方向垂直B于xOy平面;磁场的上、下两侧为电场所区,宽度均为l',电场强度的大小均为E,方向均沿x轴正方向;、为条状地域界线上的两点