2023-2023學年高中創(chuàng)新設(shè)計物理教科版選修3-1練習：第三章 磁場 章末檢測（B）

第頁章末檢測(B)(時間：90分鐘總分值：100分)一、選擇題(此題共10個小題，每題5分，共50分)1．關(guān)于磁場的以下說法正確的選項是()A．磁場和電場一樣，是同一種物質(zhì)B．磁場最根本的性質(zhì)是對處于磁場里的磁體或電流有磁場力的作用C．磁體與通電導體之間的相互作用不遵循牛頓第三定律D．電流與電流之間的相互作用是通過磁場進行的2．關(guān)于磁感應(yīng)強度，以下說法正確的選項是()A．一小段通電導體放在磁場A處，受到的磁場力比B處的大，說明A處的磁感應(yīng)強度比B處的磁感應(yīng)強度大B．由B＝eq\f(F,IL)可知，某處的磁感應(yīng)強度大小與放入該處的通電導線所受磁場力F成正比，與導線的IL成反比C．一小段通電導體在磁場中某處不受磁場力作用，那么該處磁感應(yīng)強度一定為零D．小磁針N極所受磁場力的方向就是該處磁感應(yīng)強度的方向3．如圖1所示，一帶負電的金屬環(huán)繞軸OO′以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線上的小磁針最后平衡的位置是()A．N極豎直向上B．N極豎直向下C．N極沿軸線向左D．N極沿軸線向右4．以下說法中正確的選項是()A．磁場中某一點的磁感應(yīng)強度可以這樣測定：把一小段通電導線放在該點時受到的磁場力F與該導線的長度L、通過的電流I乘積的比值．即B＝eq\f(F,IL)B．通電導線放在磁場中的某點，該點就有磁感應(yīng)強度，如果將通電導線拿走，該點的磁感應(yīng)強度就為零C．磁感應(yīng)強度B＝eq\f(F,IL)只是定義式，它的大小取決于場源以及磁場中的位置，與F、I、L以及通電導線在磁場中的方向無關(guān)D．通電導線所受磁場力的方向就是磁場的方向5．下面所述的幾種相互作用中，通過磁場發(fā)生的有()A．兩個靜止電荷之間的相互作用B．兩根通電導線之間的相互作用C．兩個運動電荷之間的相互作用D．磁體與運動電荷之間的相互作用圖1圖2圖36．兩長直通電導線互相平行，電流方向相同，其截面處于一個等邊三角形的A、B處，如圖2所示，兩通電導線在C處的磁感應(yīng)強度均為B，那么C處總磁感應(yīng)強度為()A．2BB．BC．0D.eq\r(3)B7．如圖3所示，在真空中，水平導線中有恒定電流I通過，導線的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，那么質(zhì)子可能的運動情況是()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8.如圖4所示，M、N為一對水平放置的平行金屬板，一帶電粒子以平行于金屬板方向的速度v穿過平行金屬板．假設(shè)在兩板間存在互相垂直的勻強電場和勻強磁場，可使帶電粒子的運動不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．假設(shè)不計粒子所受的重力，那么以下表達正確的選項是()A．假設(shè)改變帶電粒子的電性，即使它以同樣速度v射入該區(qū)域，其運動方向也一定會發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．帶電粒子無論帶上何種電荷，只要以同樣的速度v入射，都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．假設(shè)帶電粒子的入射速度v′>v，它將做勻變速曲線運動D．假設(shè)帶電粒子的入射速度v′<v，它將一定向下偏轉(zhuǎn)圖4圖5圖69．如圖5所示，環(huán)型對撞機是研究高能粒子的重要裝置．正、負離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B.兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運動，從而在碰撞區(qū)迎面相撞．為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運動，以下說法正確的選項是()A．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強度B越大B．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強度B越小C．對于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運動的周期越大D．對于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運動的周期都不變10．如圖6所示，在平面直角坐標系中有一個垂直紙面向里的圓形勻強磁場，其邊界過原點O和y軸上的點a(0，L)．一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場，并從x軸上的b點射出磁場．此時速度方向與x軸正方向的夾角為60°.以下說法中正確的選項是()A．電子在磁場中運動的時間為eq\f(πL,v0)B．電子在磁場中運動的時間為eq\f(2πL,3v0)C．磁場區(qū)域的圓心坐標為(eq\f(\r(3)L,2)，eq\f(L,2))D．電子在磁場中做圓周運動的圓心坐標為(0，－2L)題號12345678910答案二、填空題(此題共2個小題，總分值12分)11.(6分)如圖7所示，陰極射線管(A為其陰極)放在蹄形磁鐵的N、S兩極間，射線管的A、B兩極分別接在直流高壓電源的________極和______極．此時，熒光屏上的電子束運動軌跡________偏轉(zhuǎn)(選填“向上〞“向下〞或“不〞)．圖712．(6分)地球是個大磁體，在赤道上，地磁場可以看成是沿南北方向的勻強磁場．如果赤道某處的磁感應(yīng)強度大小為0.5×10－4T，在赤道上有一根東西方向的直導線，長為20m，載有從東往西的電流30A．那么地磁場對這根導線的作用力大小為________，方向為________．三、計算題(此題共4個小題，總分值38分)13．(8分)如圖8所示，半徑為R的絕緣輕質(zhì)細圓環(huán)上均勻分布著電荷量為Q的正電荷，將環(huán)垂直放入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，假設(shè)環(huán)能承受的最大拉力為F，問環(huán)至少以多大的角速度旋轉(zhuǎn)時可將圓環(huán)拉斷？圖814．(10分)如圖9所示，導體桿ab的質(zhì)量為m，電阻為R，放置在與水平面夾角為θ的傾斜金屬導軌上，導軌間距為d，電阻不計，系統(tǒng)處在豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度為B，電源內(nèi)阻不計，問：假設(shè)導軌光滑，電源電動勢E為多大時才能使導體桿靜止在導軌上？圖915．(10分)如圖10所示，abcd是一個邊長為L的正方形，它是磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場橫截面的邊界線．一帶電粒子從ad邊的中點O與ad邊成θ＝30°角且垂直于磁場方向射入．假設(shè)該帶電粒子所帶電荷量為q、質(zhì)量為m(重力不計)，那么該帶電粒子在磁場中飛行時間最長是多少？假設(shè)要帶電粒子飛行時間最長，帶電粒子的速度必須符合什么條件？圖1016．(10分)如圖11所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q帶正電荷的小球靜止在傾角為30°足夠長的絕緣光滑斜面頂端時，對斜面的壓力恰為零，假設(shè)迅速把電場方向改為豎直向下，那么小球能在斜面上滑行多遠？圖11第三章磁場(B)答案1．BD[電場是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)，磁場是存在于磁體和電流周圍的一種特殊物質(zhì)，二者雖然都是客觀存在的，但有本質(zhì)的區(qū)別，A項錯；磁體與磁體、磁體與電流，電流與電流間的相互作用的磁場力與其它性質(zhì)的力一樣，都遵循牛頓第三定律，所以C項錯誤；根據(jù)磁場的性質(zhì)判斷B、D項正確．]2．D[磁感應(yīng)強度是描述磁場強弱和方向的物理量，是磁場本身性質(zhì)的反映，其大小由磁場以及磁場中的位置決定，與F、I、L都沒有關(guān)系，B＝eq\f(F,IL)只是磁感應(yīng)強度的定義式．同一通電導體受到的磁場力的大小由所在處B和放置的方式共同決定，所以A、B、C都是錯誤的；磁感應(yīng)強度的方向就是該處小磁針N極所受磁場力的方向，不是通電導線的受力方向，所以D正確．]3．C[從左向右看圓盤順時針轉(zhuǎn)動，環(huán)形電流方向為逆時針方向，由安培定那么可知，環(huán)的左側(cè)相當于磁鐵的N極，故小磁針最后平衡時N極沿軸線向左．]4．C[磁感應(yīng)強度B＝eq\f(F,IL)是反響磁場力的性質(zhì)的物理量，是采用比值的方法來定義的，該公式是定義式而不是決定式，磁場中各處的B值是唯一確定的，與放入該點的檢驗電流的大小、方向無關(guān)．]5．BCD[在磁鐵的周圍和通電導線周圍都存在著磁場，磁體間、電流間、磁體與電流間的相互作用都是通過磁場發(fā)生的，而靜止電荷間的相互作用是通過電場發(fā)生的．]6.D[根據(jù)安培定那么(右手螺旋定那么)可以判斷A導線在C處的磁感應(yīng)強度為BA，大小為B，方向在紙面內(nèi)垂直于連線AC，B導線在C處的磁感應(yīng)強度為BB，大小為B，方向在紙面內(nèi)垂直于連線BC.如下圖，由BA、BB按平行四邊形定那么作出平行四邊形，那么該平行四邊形為菱形，故C處的總磁感應(yīng)強度B′＝2×Bcos30°＝eq\r(3)B.]7．B[由安培定那么，電流在下方產(chǎn)生的磁場方向指向紙外，由左手定那么，質(zhì)子剛進入磁場時所受洛倫茲力方向向上．那么質(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，那么B正確，A錯誤．]8．B[此題實際上是一個速度選擇器的模型，帶電粒子以速度v平行于金屬板穿出，說明其所受的電場力和洛倫茲力平衡，即qE＝qvB，可得v＝eq\f(E,B).只要帶電粒子的速度v＝eq\f(E,B)，方向為如題圖所示方向，均可以勻速通過速度選擇器，與粒子的種類、帶電的性質(zhì)及電荷量多少無關(guān)，因此A錯誤，B正確．假設(shè)v′>v，那么有qv′B>qE，洛倫茲力大于電場力，粒子將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)而做曲線運動，電場力做負功，粒子的速度將減小，但當粒子速度變化，洛倫茲力也隨之發(fā)生變化，所以粒子所受合外力時刻發(fā)生變化，因此粒子不做勻變速曲線運動，C錯．假設(shè)v′<v，那么qv′B<qE，將向電場力方向偏轉(zhuǎn)，由于粒子電性不知，故D錯．]9．BD10.BC11．負正向下12．3.0×10－2N豎直向下解析地磁場的磁感應(yīng)強度為0.5×10－4T，方向由南向北；導線垂直于地磁場放置，長度為20m，載有電流30A，那么其所受安培力F＝BIL＝0.5×10－4×30×20N＝3.0×10－2N，根據(jù)左手定那么可以判斷導線所受安培力的方向豎直向下．13.eq\f(2πF,BQR)解析設(shè)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，那么圓環(huán)電荷隨圓環(huán)轉(zhuǎn)動形成的電流為I＝eq\f(Q,T)＝eq\f(Qω,2π)取半圓為研究對象，受力如以下圖所示F安＝BIL＝Beq\f(Qω,2π)·2R＝eq\f(BQωR,π)當F安＝2F時環(huán)可被拉斷，那么eq\f(BQωR,π)＝2F那么有ω＝eq\f(2πF,BQR)14.eq\f(mgRtanθ,Bd)解析由閉合電路歐姆定律得：E＝IR，導體桿受力情況如下圖，那么由共點力平衡條件可得F安＝mgtanθ，F(xiàn)安＝BId，由以上各式可得出E＝eq\f(mgRtanθ,Bd).15.eq\f(5πm,3qB)v≤eq\f(qBL,3m)解析從題設(shè)的條件中，可知帶電粒子在磁場中只受洛倫茲力作用，它做勻速圓周運動，粒子帶正電，由左手定那么可知它將向ab方向偏轉(zhuǎn)，帶電粒子可能的軌道如以下圖所示(磁場方向沒有畫出)，這些軌道的圓心均在與v方向垂直的OM上．帶電粒子在磁場中運動，洛倫茲力提供向心力，有qvB＝eq\f(mv2,r)，r＝eq\f(mv,qB)①運動的周期為T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB)②由于帶電粒子做勻速圓周運動的周期與半徑和速率均沒有關(guān)系，這說明了它在磁場中運動的時間僅與軌跡所對的圓心角大小有關(guān)．由圖可以發(fā)現(xiàn)帶電粒子從入射邊進入，又從入射邊飛出，其軌跡所對的圓心角最大，那么，帶電粒子從ad邊飛出的軌跡中，與ab相切的軌跡的半徑也就是它所有可能軌跡半徑中的臨界半徑r0：r＞r0，在磁場中運動時間是變化的，r≤r0，在磁場中運動的時間是相同的，也是在磁場中運動時間最長的．由上圖可知，三角形O2EF和三角形O2OE均為等腰三角形，所以有∠OO2E＝eq\f(π,3).軌跡所對的圓心角為a＝2π－eq\f(π,3)＝eq\f(5π,3)運動的時間t＝eq\f(Ta,2π)＝eq\f(5πm,3qB)由圖還可以得到r0＋eq\f(r0,2)＝eq\f(L,2)，r0＝eq\f(L,3)≥eq\f(mv,qB)得v≤eq\f(qBL,3m)帶電粒子在磁場中飛行時間最長是eq\f(5πm,3qB)；帶電粒子的速度應(yīng)符合條件v≤eq\f(qBL,3m).16.eq\f(3m2g,2q2B2)解析由分析知：當小球靜止在斜面頂端時，小球受重力mg、電場力Eq，且mg＝Eq，可得E＝eq\f(mg,q)當電場反向時，小球由于受到