2015-2016學年人教版選修3-1磁場單元測試

1、單元測評單元測評(三三) 第三章磁場 本試卷分第卷(選擇題)和第卷(非選擇題)兩部分， 共 100 分， 考試時間 90 分鐘 第卷 (選擇題 共 40 分) 一、 選擇題(本題共 10 小題， 每小題 4 分， 共 40 分.17 題只有一個選項正確， 810 題有多個選項正確全部選對的得 4 分，選對但不全的得 2 分，有選錯或不答的得 0分) 1關(guān)于磁場和磁感線的描述，正確的說法是( ) A磁感線從磁體的 N 極出發(fā)，終止于 S 極 B磁場的方向就是通電導體在磁場中某點受磁場作用力的方向 C沿磁感線方向磁場逐漸減弱 D在磁場強的地方同一通電導體受的安培力可能比在磁場弱的地方受的安培力小

2、圖 C31 2如圖 C31 所示，磁場方向豎直向下，通電直導線 ab 由水平位置 1 繞 a 點在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)到位置 2，則通電導線所受的安培力( ) A數(shù)值變大，方向不變 B數(shù)值變小，方向不變 C數(shù)值不變，方向改變 D數(shù)值、方向均改變 3顯像管原理的示意圖如圖 C32 所示，當沒有磁場時，電子束將打在熒光屏正中間的 O 點，安裝在管徑上的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生磁場，使電子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)設垂直紙面向里的磁場方向為正方向， 若使高速電子流打在熒光屏上的位置由a點逐漸移動到b點，下列變化的磁場能夠使電子發(fā)生上述偏轉(zhuǎn)的是( ) 圖 C32 圖 C33 4利用如圖 C34 所示的實驗裝置可以測量磁感應強度其中

3、2 為力敏傳感器，3 為數(shù)字電壓表，5 為底部長為 L 的線框當外界拉力作用于力敏傳感器的彈性梁上時，數(shù)字電壓表上的讀數(shù) U 與所加外力 F 成正比，即 UKF，式中 K 為比例系數(shù)用絕緣懸絲把線框固定在力敏傳感器的掛鉤上，并用軟細銅絲連接線框與電源當線框中電流為零時，輸出電壓為 U0；當線框中電流為 I 時，輸出電壓為 U.則磁感應強度的大小為( ) 圖 C34 ABUKIL BBU0KIL CB2UU0KIL DB|UU0|KIL 圖 C35 5薄鋁板將同一勻強磁場分成、兩個區(qū)域，高速帶電粒子可穿過鋁板一次，在兩個區(qū)域運動的軌跡如圖 C35 所示， 半徑 R1R2.假定穿過鋁板前后粒子電荷

4、量保持不變，則該粒子( ) A帶正電 B在、區(qū)域的運動時間相同 C在、區(qū)域的運動加速度相同 D從區(qū)域穿過鋁板運動到區(qū)域 6如圖 C36 所示，三根通電長直導線 P、Q、R 互相平行，垂直紙面放置，其間距均為 a，電流均為 I，方向垂直紙面向里(已知電流為 I 的長直導線產(chǎn)生的磁場中，距導線 r 處的磁感應強度 BkIr，其中 k 為常數(shù))某時刻有一電子(質(zhì)量為 m，電荷量為e)正好經(jīng)過原點 O， 其速度大小為 v， 方向沿 y 軸正方向， 則電子此時所受磁場力為( ) 圖 C36 A方向垂直紙面向里，大小為2evkI3a B方向指向 x軸正方向，大小為2evkI3a C方向垂直紙面向里，大小為

5、evkI3a D方向指向 x軸正方向，大小為evkI3a 圖 C37 7如圖 C37 所示， 在以 O 點為圓心、r 為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)， 有磁感應強度為 B、方向垂直紙面向里的勻強磁場， a、b、c 為圓形磁場區(qū)域邊界上的三點， 其中aObbOc60.一束質(zhì)量為 m、 電荷量為 e 而速率不同的電子從 a 點沿 aO 方向射入磁場區(qū)域， 從 b、c 兩點間的弧形邊界穿出磁場區(qū)域的電子速率 v 的取值范圍是( ) A.eBr3mv3eBrm B.3eBr3mv2 3eBr3m C.3eBr3mv3eBrm D.3eBrmv3eBrm 圖 C3- 8 8如圖 C38 所示， 回旋加速器 D 形盒

6、的半徑為 R, 所加磁場的磁感應強度為B, 用來加速質(zhì)量為 m、電荷量為 q 的質(zhì)子， 質(zhì)子從下半盒的質(zhì)子源由靜止出發(fā)， 加速到最大能量 E 后由 A 孔射出， 則下列說法正確的是( ) A回旋加速器不能無限加速粒子 B增大交變電壓 U, 則質(zhì)子在加速器中運行時間將變短 C回旋加速器所加交變電壓的頻率為qB2m D下半盒內(nèi)部質(zhì)子的軌道半徑之比(由內(nèi)到外)為 1 3 5 9質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具圖 C39 為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用這種質(zhì)譜儀對氫元素進行測量氫元素的各種同位素從容器 A 下方的小孔 S 由靜止飄入電勢差為 U 的加速電場，經(jīng)加速后垂直進入磁感應強度為

7、B 的勻強磁場中氫的三種同位素最后打在照相底片 D 上，形成 a、b、c 三條“質(zhì)譜線”關(guān)于三種同位素進入磁場時速度大小的排列順序和 a、b、c 三條“質(zhì)譜線”的排列順序，下列判斷正確的是( ) 圖 C39 A進入磁場時速度從大到小排列的順序是氚、氘、氕 B進入磁場時速度從大到小排列的順序是氕、氘、氚 Ca、b、c 三條質(zhì)譜線依次排列的順序是氕、氘、氚 Da、b、c 三條質(zhì)譜線依次排列的順序是氚、氘、氕 圖 C310 10如圖 C310 所示，質(zhì)量為 m 的環(huán)帶的電荷量為q，套在足夠長的絕緣桿上，動摩擦因數(shù)為 ，桿處于正交的勻強電場和勻強磁場中，桿與水平電場夾角為 .若環(huán)能從靜止開始下滑，則以

8、下說法正確的是( ) A環(huán)在下滑過程中，加速度不斷減小，最后為零 B環(huán)在下滑過程中，加速度先增大后減小，最后為零 C環(huán)在下滑過程中，速度不斷增大，最后勻速 D環(huán)在下滑過程中，速度先增大后減小，最后為零 請將選擇題答案填入下表： 題號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 總分 答案 第卷(非選擇題 共 60 分) 二、填空題(本題共 2 小題，每小題 4 分，共 8 分) 11學習磁場后，某研究小組開始對磁場的測量進行探究此小組采用如下實驗器材測定勻強磁場的磁感應強度 B. 實驗器材：匝數(shù)為 n 且邊長為 L 的正方形線圈、輕彈簧、質(zhì)量為 m 的小鉤碼、毫米刻度尺、蓄電池、電流表、滑動變阻

9、器、導線、開關(guān)、木質(zhì)支架等實驗裝置如圖C311 所示 圖 C311 實驗步驟： A用輕彈簧懸掛質(zhì)量為 m 的小鉤碼，測量輕彈簧的伸長量x0，用來求彈簧的勁度系數(shù)； B把實驗器材按圖示裝置連接好，接通電路，調(diào)整滑動變阻器，記錄電流表示數(shù)I 以及彈簧長度的改變量x； C調(diào)整滑動變阻器，多次進行測量，然后取平均值 請寫出 B 的表達式：_(用x、x0、I、L、m、n 來表示，重力加速度為 g) 圖 C312 121998 年 6 月 3 日凌晨，舉世矚目的美國“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機從肯尼迪航天中心順利發(fā)射升空，阿爾法磁譜儀搭乘“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機進入太空，尋找宇宙中可能存在的反物質(zhì)， 阿爾法磁譜儀的核心部

10、分是由我國科學家和工程師經(jīng) 4 年努力研制的永磁體，它的作用是產(chǎn)生一個很強的磁場，當宇宙中的帶電粒子穿過這個磁場時，記錄下有關(guān)數(shù)據(jù)和偏轉(zhuǎn)情況，再用電子計算機進行數(shù)據(jù)處理，就可以確定是否有反質(zhì)子、反氦核乃至反碳核存在圖 C312 為磁譜儀的截面示意圖，永磁體產(chǎn)生方向垂直于紙面向里的磁場，圖中“”表示磁場方向，a、b、c 分別為宇宙中的三個粒子，根據(jù)偏轉(zhuǎn)情況可以判斷 a、b、c 所帶電荷的電性分別是_、_、_ 三、計算題(本題共 4 小題，13、14 題各 12 分，15、16 題各 14 分，共 52 分解答應寫出必要的文字說明、方程式和主要的演算步驟) 13如圖 C313 所示，在傾角為30的

11、光滑斜面上沿水平方向(垂直紙面的方向)放置一根長為 l、 質(zhì)量為 m 的通電直導體棒， 棒內(nèi)電流大小為 I， 方向如圖所示 以水平向右為 x軸正方向、豎直向上為 y 軸正方向建立直角坐標系 (1)若加一垂直斜面向上勻強磁場， 使導體棒在斜面上保持靜止， 求磁場的磁感應強度 B1的大小 (2)若要求所加的方向平行于 xOy 平面的勻強磁場對導體棒的安培力的方向水平向左，仍使導體棒在斜面上保持靜止，求這時磁場的磁感應強度 B2的大小和方向 圖 C313 14 圖 C314 是半徑為 R 的半圓柱形容器的橫截面， 在其直徑的兩端沿母線開有狹縫 a 和 b，整個容器處于高真空環(huán)境中，有大量的質(zhì)量為 m

12、、電荷量為 q 的正離子以較大的恒定速度 v0從狹縫 a 源源不斷地沿直徑 ab 射入容器，接著又從狹縫 b 穿出，若從某時刻開始計時，容器中出現(xiàn)垂直于紙面向里的大小從零逐漸增大的磁場，出現(xiàn)下述現(xiàn)象：一會兒沒有離子從 b 縫穿出，一會兒又有離子從 b 縫穿出，而且這種情況不斷地交替出現(xiàn)若離子在容器中與圓柱面相碰時既沒有電荷量損失，又沒有動能損失，而與直徑相碰時便立即被器壁完全吸收，另外由于離子的速度很快，而磁場增強得很慢，可以認為各個離子在容器中運動的過程磁場沒有發(fā)生變化，同時不計重力的影響，試求： (1)出現(xiàn)磁場后，第一次從 b 縫穿出的離子在容器中運動的時間； (2)出現(xiàn)磁場后，第二次有離

13、子從 b 縫穿出時磁場的磁感應強度 圖 C314 15圖 C315 為一種獲得高能粒子的裝置環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外，大小可調(diào)的勻強磁場M、N 為兩塊中心開有小孔的極板，每當帶電粒子經(jīng)過 M、N 板時，都會被加速， 加速電壓均為 U； 每當粒子飛離電場后， M、 N 板間的電勢差立即變?yōu)榱?粒子在 M、N 間的電場中一次次被加速，動能不斷增大，而繞行半徑 R 不變(M、N 兩極板間的距離遠小于 R)當 t0 時，質(zhì)量為 m、電荷量為q 的粒子靜止在 M 板小孔處 (1)求粒子繞行 n 圈回到 M 板時的動能 En. (2)為使粒子始終保持在圓軌道上運動， 磁場必須周期性遞增， 求粒子繞行第

14、n 圈時磁感應強度 Bn的大小 (3)求粒子繞行 n 圈所需的總時間 t. 圖 C315 16如圖 C316 所示，K 與虛線 MN 之間是加速電場，虛線 MN 與 PQ 之間是偏轉(zhuǎn)電場，虛線 PQ 與熒光屏之間是勻強磁場，且 MN、PQ 與熒光屏三者互相平行，電場和磁場的方向如圖所示，圖中 A 點與 O 點的連線垂直于熒光屏一個帶正電的粒子由靜止經(jīng)加速電場加速后從 A 點離開加速電場，沿垂直于偏轉(zhuǎn)電場方向射入偏轉(zhuǎn)電場，在離開偏轉(zhuǎn)電場后進入勻強磁場，最后恰好垂直地打在熒光屏上已知電場和磁場區(qū)域在豎直方向足夠長，加速電場的電壓 U 與偏轉(zhuǎn)電場的場強 E 的關(guān)系為 U12Ed，式中的d 是偏轉(zhuǎn)電場

15、的寬度， 磁場的磁感應強度 B 與偏轉(zhuǎn)電場的電場強度 E 和帶電粒子離開加速電場的速度 v0的關(guān)系符合表達式 v0EB.(題中只有偏轉(zhuǎn)電場的寬度 d 為已知量) (1)畫出帶電粒子軌跡示意圖； (2)磁場的寬度 L 為多少？ (3)帶電粒子在電場和磁場中垂直于 v0方向的偏轉(zhuǎn)距離分別是多少？ 圖 C316 參考答案 單元測評(三) 1D 解析 磁感線是一些閉合的曲線，沒有出發(fā)點和終止點，選項 A 錯誤；磁場的方向與通電導體在磁場中某點受磁場作用力的方向垂直，選項 B 錯誤；磁感線的疏密可定性地表示磁場的強弱，但不能認為沿磁感線方向磁場減弱，選項 C 錯誤；通電導體在磁場中受到的安培力最小為零，

16、最大為 BIL，同一通電導體在不同的磁場中所受安培力在零到 BIL 之間，由此可見選項 D 正確 2B 解析 安培力的計算公式為 FBILsin ，其中 表示磁場方向與通電直導線之間的夾角，本題中 變小，所以安培力變小；根據(jù)左手定則，安培力既垂直于磁場方向，又垂直于電流方向，即安培力垂直于磁場和電流所構(gòu)成的平面，本題中安培力的方向不變，始終垂直于紙面所在平面綜上分析，只有選項 B 正確 3A 解析 電子流打在熒光屏上的位置由 a 點逐漸移動到 b 點，洛倫茲力先向上后向下，由左手定則，磁場方向先向外后向里；由 a 點逐漸移動到 b 點，電子做圓周運動的半徑先增大再減小，由 rmvqB知，磁感應

17、強度先減小再增大 4D 解析 當線框電流為 0 時，輸出電壓為 U0，當線框中電流為 I 時，安培力為 BIL，電壓表上的讀數(shù) U 與所加外力 F 成正比，即 Uk(mg BIL)，則 B|UU0|KIL，選項 D 正確 5B 解析 設粒子在磁場中做圓周運動的軌道半徑為 r，線速度大小為 v，根據(jù)洛倫茲力提供向心力有 Bvqmv2r，可得 vBrqmr，可見，軌道半徑越大，表示粒子的線速度越大，考慮到軌道半徑 R1R2，可知粒子從區(qū)域穿過鋁板進入?yún)^(qū)域，選項 D錯誤；知道粒子的運動方向、磁場方向和安培力的方向，結(jié)合左手定則可以判斷出粒子帶負電，選項 A 錯誤；根據(jù)粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的

18、周期的計算公式 T2mBq可知，粒子在、區(qū)域的運動周期相同，運動時間也相同，選項 B 正確；根據(jù)maBvq 可得 aBvqm，粒子在、區(qū)域的運動速率不同，加速度也不同，選項 C 錯誤 6A 解析 通電長直導線 P、Q 在 O 點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度等大反向，兩磁場的合磁感應強度為 0，通電長直導線 R 在 O 點產(chǎn)生的磁場的磁感應強度為kI3a2，三磁場疊加的合磁感應強度大小為kI3a2，其方向由 O 指向 P，磁場力 FevB2evkI3a，方向垂直紙面向里，選項 A 正確 7C 解析 根據(jù) evBmv2R得 veBRm， 根據(jù)幾何關(guān)系可知， 從 c 點射出時的軌道半徑為 R1 3r, 從

19、 b 點射出時的軌道半徑為 R233r, 故從 b、c 兩點間的弧形邊界穿出磁場區(qū)域的電子， 其速率取值范圍是3eBr3mv3eBrm. 8ABC 解析 當粒子速度很大，接近光速時其質(zhì)量會變化，偏轉(zhuǎn)周期與交流電周期不等導致加速不同步，故回旋加速器不能無限加速粒子，選項 A 正確；粒子加速的最大速度由 D 形盒的半徑?jīng)Q定，當 D 形盒半徑確定時，粒子的最大動能確定，對加速全過程，由動能定理有 nqUEkm，增大交變電壓 U, 加速的次數(shù)減少，在磁場里回旋的圈數(shù)減少，運行時間將變短，選項 B 正確；回旋加速器所加交變電壓的頻率與粒子做圓周運動的頻率相等，即 fqB2m，選項 C 正確；下半盒內(nèi)部質(zhì)

20、子分別加速的次數(shù)(由內(nèi)到外)為 2、4、6質(zhì)子的軌道半徑之比(由內(nèi)到外)為速度之比，也為加速次數(shù)開方之比，即 2 4 6，選項 D 錯誤 9 BD 解析 設粒子離開加速電場時的速度為 v， 則 qU12mv2， 可得 v2qUm，所以質(zhì)量最小的氕核的速度最大，質(zhì)量最大的氚核的速度最小，選項 B 正確，選項 A錯誤；打到底片上的位置與進入磁場時的位置的距離 x2R2mvqB2B2mUq，所以質(zhì)量最大的氚核所形成的“質(zhì)譜線”距離進入磁場時的位置最遠，選項 C 錯誤，選項 D正確 10BC 解析 環(huán)受重力、靜電力、洛倫茲力和桿的彈力、摩擦力作用，由牛頓第二定律，加速度 a1mgsin Eqcos （

21、mgcos qEsin qvB）m，當速度v 增大時，加速度也增大，彈力減小，v 繼續(xù)增大，彈力反向，加速度 a2mgsin Eqcos （qvBmgcos qEsin ）m隨速度 v 增大而減小，當加速度減為 0 時，做勻速運動，選項 B、C 正確 11Bmgx nILx0 解析 由平衡條件得 mgkx0，nBILkx，聯(lián)立可得 Bmgx nILx0 12負電 中性 正電 解析 中性粒子在磁場中不受洛倫茲力作用，其運動方向保持不變帶電粒子在磁場中將受洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，其中洛倫茲力提供向心力，結(jié)合左手定則可知 a 帶負電，c 帶正電 13(1)mg2Il (2)3mg3Il 方向豎直向上 解析 (1)對導體棒，其所受的安培力沿斜面向上，由平衡條件有 mgsin B1Il 則 B1mg2Il. (2)根據(jù)左手定則可知，磁場方向豎直向上，對導體棒，由平衡條件有 F2B2Ilmgtan 30，得 B23mg3Il. 14(1)Rv0 (2)3mv0qR 解