2020-2021學(xué)年物理教科版選修3-1第三章　磁場 單元評估 Word版含解析

1、第三章磁場單元評估時間：90分鐘分值：100分一、選擇題(17為單選，每小題3分；810為多選，每小題4分，共33分)1下列四個實驗現(xiàn)象中，不能表明電流能產(chǎn)生磁場的是(b)a甲圖中，導(dǎo)線通電后磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)b乙圖中，通電導(dǎo)線在磁場中受到力的作用c丙圖中，當(dāng)電流方向相同時，導(dǎo)線相互靠近d丁圖中，當(dāng)電流方向相反時，導(dǎo)線相互遠離解析：甲、丙、丁中小磁針或?qū)Ь€所受的磁場力都是導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的磁場給的力，但乙中的磁場是磁鐵產(chǎn)生的2兩個電子以大小不同的初速度沿垂直于磁場的方向射入同一勻強磁場中，設(shè)r1、r2為這兩個電子的運動軌道半徑，t1、t2是它們的運動周期，則(c)ar1r2，t1t2 br1r2，t1

2、t2cr1r2，t1t2 dr1r2，t1t2解析：電子垂直進入勻強磁場做勻速圓周運動，r，t，可知r1r2，t1t2，選c.3.如圖所示，在真空中，水平導(dǎo)線中有恒定電流i通過，導(dǎo)線的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，則質(zhì)子可能的運動情況是(b)a沿路徑a運動b沿路徑b運動c沿路徑c運動d沿路徑d運動解析：由安培定則，電流在下方產(chǎn)生的磁場方向指向紙外，由左手定則，質(zhì)子剛進入磁場時所受洛倫茲力方向向上則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲，因此c、d必錯；由于洛倫茲力方向始終與電荷運動方向垂直，故其運動軌跡必定是曲線，則b正確；a錯誤4.如圖所示，一個靜止的質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(不計重力)，經(jīng)電

3、壓u加速后垂直進入磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中，粒子打至p點，設(shè)opx，能夠正確反應(yīng)x與u之間的函數(shù)關(guān)系的是(b)解析：帶電粒子在電場中做加速運動，由動能定理有：qumv2，帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動有：，整理得：x2u，故b正確5如圖所示，一束電子從孔a射入正方形容器的勻強磁場中，其中一部分從c孔射出，一部分從d孔射出，則(a)a從兩孔射出的電子在容器中運動的時間比為12b從兩孔射出的電子速率的比為12c從兩孔射出的電子動能的比為21d從兩孔射出的電子在容器中加速度的比為12解析：由t，可知從d射出的電子和從c點射出的電子在磁場中運動的周期相同，從d點射出的電子運動軌跡為半個圓周，從c點射

4、出的電子運動軌跡為圓周，故在磁場中的運動時間之比21，故a選項正確6.如圖所示，質(zhì)量為m，帶電荷量為q的微粒以速度v與水平方向成45角進入勻強電場和勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里如果微粒做勻速直線運動，則下列說法正確的是(a)a微粒受電場力、洛倫茲力、重力三個力作用b微粒受電場力、洛倫茲力兩個力作用c勻強電場的電場強度ed勻強磁場的磁感應(yīng)強度b解析：因為微粒做勻速直線運動，所以微粒所受合力為零，受力分析如圖所示，微粒在重力、電場力和洛倫茲力作用下處于平衡狀態(tài)，可知，qemg，qvbmg，得電場強度e，磁感應(yīng)強度b，因此a正確7在地球赤道上進行實驗時，用磁傳感器測得赤道上p點地磁場的磁感應(yīng)強

5、度大小為b0.將一條形磁鐵固定在p點附近的水平面上，讓n極指向正北方向，如圖所示，此時用磁傳感器測得p點的磁感應(yīng)強度大小為b1；現(xiàn)將條形磁鐵以p點為軸旋轉(zhuǎn)90，使其n極指向正東方向，此時用磁傳感器測得p點的磁感應(yīng)強度大小應(yīng)為(可認(rèn)為地磁南、北極與地理北、南極重合)(d)ab1b0 bb1b2c. d.解析：根據(jù)題意，赤道上p點地磁場的磁感應(yīng)強度大小為b0；條形磁鐵n極指向正北方向時，其磁感應(yīng)強度也向正北方向，故條形磁鐵在p點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度大小為bb1b0；條形磁鐵n極指向正東方向時，其磁感應(yīng)強度也向正東方向，此時兩個分矢量垂直，故p點的合磁感應(yīng)強度大小為b，故選d.8自行車速度計是利用霍爾傳

6、感器獲知自行車的運動速率如圖甲所示，自行車前輪上安裝一塊磁鐵，輪子每轉(zhuǎn)一圈，這塊磁鐵就靠近傳感器一次，傳感器會輸出一個脈沖電壓圖乙為霍爾傳感器的工作原理圖當(dāng)磁鐵靠近霍爾傳感器時，導(dǎo)體內(nèi)定向運動的自由電荷在磁場力作用下偏轉(zhuǎn)，最終使導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差，即為霍爾電勢差下列說法正確的是(ad)a根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和前輪半徑即可獲知車速大小b自行車的車速越大，霍爾電勢差越高c圖乙中電流i是由正電荷定向移動形成的d如果長時間不更換傳感器的電源，霍爾電勢差將減小解析：根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，可求得車輪轉(zhuǎn)動周期，從而求得車輪轉(zhuǎn)動的角速度，最后由線速度公式結(jié)合前輪半徑，即可求解車

7、速大小，故a正確；根據(jù)洛倫茲力等于電場力qvbq，可得uhbvd，根據(jù)電流的微觀定義式inesv，可得v，聯(lián)立解得uh，可知霍爾電壓uh與車速大小無關(guān)，故b錯誤；圖乙中電流i是由負(fù)電荷定向移動形成的，故c錯誤；根據(jù)公式uh，若長時間不更換傳感器的電源，則電流i減小，則霍爾電勢差將減小，故d正確所以a、d正確，b、c錯誤9用如圖所示的回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的最大動能增加為原來的4倍，可采用下列哪幾種方法(ac)a將其磁感應(yīng)強度增大為原來的2倍b將其磁感應(yīng)強度增大為原來的4倍c將d形金屬盒的半徑增大為原來的2倍d將兩d形金屬盒間的加速電壓增大為原來的4倍解析：粒子在回旋加速器的磁場中

8、繞行的最大半徑為r，由牛頓第二定律得：evbm質(zhì)子的最大動能：ekmmv2解式得：ekm.要使質(zhì)子的動能增加為原來的4倍，可以將磁感應(yīng)強度增大為原來的2倍或?qū)蒬形金屬盒的半徑增大為原來的2倍，故b項錯，a、c正確質(zhì)子獲得的最大動能與加速電壓無關(guān)，故d項錯10如圖所示，一個帶正電荷的物塊m，由靜止開始從斜面上a點下滑，滑到水平面bc上的d點停下來已知物塊與斜面及水平面間的動摩擦因數(shù)相同，且不計物塊經(jīng)過b處時的機械能損失先在abc所在空間加豎直向下的勻強電場，第二次讓物塊m從a點由靜止開始下滑，結(jié)果物塊在水平面上的d點停下來后又撤去電場，在abc所在空間加水平向里的勻強磁場，再次讓物塊m從a點由

9、靜止開始下滑，結(jié)果物塊沿斜面滑下并在水平面上的d點停下來則以下說法中正確的是(bc)ad點一定在d點左側(cè)bd點一定與d點重合cd點一定在d點右側(cè)dd點一定與d點重合解析：根據(jù)動能定理mghmgcoslabmglbd當(dāng)加電場時(mgeq)h(mgeq)coslab(mgeq)lbd.由上兩式得lbdlbd，所以b項正確當(dāng)加磁場時，由左手定則知物塊在運動過程中對斜面及地面的正壓力減小，又洛倫茲力不做功，所以可判斷c項正確二、非選擇題(共67分)11. (6分)如圖所示，銅棒ab長0.1 m，質(zhì)量為6102 kg，兩端與長為1 m的輕銅線相連，靜止于豎直平面內(nèi)整個裝置處在豎直向下的勻強磁場中，磁感應(yīng)

10、強度b0.5 t，現(xiàn)接通電源，使銅棒中保持有恒定電流通過，銅棒發(fā)生擺動，平衡時的偏轉(zhuǎn)角為37，則在此過程中銅棒的重力勢能增加了0.12 j；通電電流的大小為9 a(不計空氣阻力，sin370.6，cos370.8，g10 m/s2)解析：epmgl1(1cos37)6102101(10.8) j0.12 j以導(dǎo)體棒為研究對象，受力如圖受重力mg、懸線拉力t及安培力f，處于平衡狀態(tài)，則mgtanf，fbil2得i9 a.12(6分)如圖所示的天平可用來測定磁感應(yīng)強度天平的右臂下面掛有一個矩形線圈，寬為l，共n匝，線圈的下部懸在勻強磁場中，磁場方向垂直紙面當(dāng)線圈中通有電流i(方向如圖所示)時，在天

11、平左、右兩邊加上質(zhì)量各為m1、m2的砝碼，天平平衡當(dāng)電流反向(大小不變)時，右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平重新平衡由此可知磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里，大小為.解析：因為右邊再加上質(zhì)量為m的砝碼后，天平才能重新平衡，由此可知，開始時天平的右臂下面掛的矩形線圈受到的安培力f方向豎直向下，磁場方向垂直紙面向里電流反向時矩形線圈受到的安培力f方向豎直向上，安培力的變化量fmg，所以有2nilbmg，得b.13(9分)一回旋加速器，在外加磁場一定時，可把質(zhì)子(h)加速到v，使它獲得動能為ek，則(1)能把粒子(he)加速到的速度為.(2)能使粒子獲得的動能為ek.(3)加速粒子的交變電壓頻率與加速質(zhì)

12、子的交變電壓頻率之比為12.解析：回旋加速器的最大半徑是一定的，由r，得質(zhì)子h的質(zhì)量和電荷量的比值即.而粒子質(zhì)量和電荷量的比值為，rh，rrhr，得v，mv2所以粒子動能與質(zhì)子相同，帶電粒子進入磁場做勻速圓周運動的周期t所以粒子的周期是質(zhì)子運動周期的2倍，即所加交變電壓的周期的比為21的關(guān)系，則頻率之比為12.14(10分)如圖所示，通電直導(dǎo)線ab質(zhì)量為m，水平地放置在傾角為的光滑導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌寬度為l，通以圖示方向的電流，電流大小為i，要求導(dǎo)線ab靜止在斜面上(1)若磁場的方向豎直向上，則磁感應(yīng)強度為多大？(2)若要求磁感應(yīng)強度最小，則磁感應(yīng)強度的大小和方向如何？答案：(1)(2)方向垂直斜面

13、向上解析：(1)若磁場方向豎直向上，從a向b觀察，導(dǎo)線受力情況如圖所示由平衡條件得：在水平方向上：ffnsin0，在豎直方向上：mgfncos0，其中fbil，聯(lián)立可解得：b.(2)若要求磁感應(yīng)強度最小，則一方面應(yīng)使磁場方向與通電導(dǎo)線垂直，另一方面應(yīng)調(diào)整磁場方向使與重力、支持力合力相平衡的安培力最小如右圖，由力的矢量三角形法則討論可知，當(dāng)安培力方向與支持力垂直時，安培力最小，對應(yīng)的磁感應(yīng)強度最小，設(shè)其值為bmin，則bminilmgsin，bmin.根據(jù)左手定則知，該磁場方向垂直斜面向上15(12分)如圖所示，直角坐標(biāo)系xoy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強磁場和勻強電場，磁場的磁感應(yīng)

14、強度為b，方向垂直xoy平面向里，電場線平行于y軸一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的a點水平向右拋出經(jīng)x軸上的m點進入電場和磁場，恰能做勻速圓周運動，從x軸上的n點第一次離開電場和磁場，mn之間的距離為l，小球過m點時的速度方向與x軸正方向夾角為.不計空氣阻力，重力加速度為g，求：(1)電場強度e的大小和方向；(2)小球從a點拋出時初速度v0的大?。?3)a點到x軸的高度h.答案：(1)e，豎直向上(2)cot(3)解析：(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運動，其所受電場力必須與重力平衡，有qemge重力的方向是豎直向下，電場力的方向則應(yīng)為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場

15、強度方向豎直向上(2)小球做勻速圓周運動，o為圓心，mn為弦長，mop，如圖所示設(shè)半徑為r，由幾何關(guān)系知sin小球做勻速圓周運動的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做圓周運動的速率為v，有qvb由速度的合成與分解知cos由式得v0cot(3)設(shè)小球到m點時的豎直分速度為vy，它與水平分速度的關(guān)系為vyv0tan由勻變速直線運動規(guī)律v2gh由式得h16(12分)如圖所示，以兩虛線為邊界，中間存在平行紙面且與邊界垂直的水平電場，寬度為d，兩側(cè)為相同的勻強磁場，方向垂直紙面向里質(zhì)量為m、帶電量q、重力不計的帶電粒子，以初速度v1垂直邊界射入磁場做勻速圓周運動，后進入電場做勻加速運動，然后第二次進入磁場中運

16、動，此后粒子在電場和磁場中交替運動已知粒子第二次在磁場中運動的半徑是第一次的兩倍第三次是第一次的三倍，以此類推求：(1)粒子第一次經(jīng)過電場的過程中電場力所做的功w1；(2)粒子第n次經(jīng)過電場時電場強度的大小en；(3)粒子第n次經(jīng)過電場所用的時間tn.答案：(1)mv(2)(3)解析：(1)設(shè)磁場的磁感應(yīng)強度大小為b，粒子第n次進入磁場時的半徑為rn，速度為vn，由牛頓第二定律得：qvnb，由式得vn，因為r22r1，所以v22v1，對于粒子第一次在電場中的運動，由動能定理得w1mvmv，聯(lián)立式得w1.(2)粒子第n次進入電場時速度為vn，出電場時速度為vn1，有vnnv1，vn1(n1)v1

17、，由動能定理得qendmvmv，聯(lián)立式得en.(3)設(shè)粒子第n次在電場中運動的加速度為an，由牛頓第二定律得qenman，由運動學(xué)公式得vn1vnantn，聯(lián)立式得tn.17(12分)飛行時間質(zhì)譜儀可以對氣體分子進行分析如圖所示，在真空狀態(tài)下，脈沖閥p噴出微量氣體，經(jīng)激光照射產(chǎn)生不同價位的正離子自a板小孔進入a、b間的加速電場，從b板小孔射出，沿中線方向進入m、n板間的偏轉(zhuǎn)控制區(qū)，到達探測器已知元電荷電荷量為e，a、b板間距為d，極板m、n的長度和間距均為l.不計離子重力及進入a板時的初速度(1)當(dāng)a、b間的電壓為u1時，在m、n間加上適當(dāng)?shù)碾妷簎2，使離子到達探測器請導(dǎo)出離子的全部飛行時間與比荷k(k)的關(guān)系式(2)去掉偏轉(zhuǎn)電壓u2，在m、n間區(qū)域加上垂直于紙面的勻