2024-2025學(xué)年高中物理第5-6章磁場(chǎng)磁吃電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用章末測(cè)評(píng)含解析魯科版選修3-1

PAGE8-磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)電流和運(yùn)動(dòng)電荷的作用(時(shí)間：90分鐘分值：100分)一、選擇題(本題共12小題，每小題4分，共48分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1～7題只有一項(xiàng)符合題目要求，第8～12題有多項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)的得0分)1．關(guān)于帶電粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的表述，以下正確的是()A．帶電粒子在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同B．正電荷只在電場(chǎng)力作用下，肯定從高電勢(shì)處向低電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)C．帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力方向與粒子的速度方向垂直D．帶電粒子在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受到的洛倫茲力方向與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同C[當(dāng)帶電粒子帶負(fù)電時(shí)，在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反，當(dāng)帶電粒子帶正電時(shí)，受到的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，故A錯(cuò)誤；由UAB＝eq\f(W,q)知，若電場(chǎng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，電場(chǎng)力做負(fù)功，則正電荷將從低電勢(shì)處向高電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；依據(jù)左手定則，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力方向肯定與速度的方向垂直，故C正確，D錯(cuò)誤。所以選C。]2．如圖所示，A為一水平旋轉(zhuǎn)的橡膠盤，帶有大量勻稱分布的負(fù)電荷，在圓盤正上方水平放置一通電直導(dǎo)線，電流方向如圖。當(dāng)圓盤高速繞中心軸OO′順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通電直導(dǎo)線所受磁場(chǎng)力的方向是()A．豎直向上 B．豎直向下C．水平向里 D．水平向外C[由于帶負(fù)電的圓環(huán)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，形成的等效電流為逆時(shí)針方向，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向豎直向上。由左手定則可判定通電導(dǎo)線所受安培力的方向水平向里。]3．如圖所示，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，1和2為垂直磁場(chǎng)方向放置的兩個(gè)圓環(huán)，分別用Φ1和Φ2表示穿過兩環(huán)的磁通量，則有()A．Φ1＞Φ2 B．Φ1＝Φ2C．Φ1＜Φ2 D．無法推斷B[磁通量定義式中的S應(yīng)理解為處于磁場(chǎng)中有效的面積，由于環(huán)1和環(huán)2處在磁場(chǎng)中的面積相同，所以穿過這兩個(gè)圓環(huán)的磁通量是相等的，即Φ1＝Φ2，故B選項(xiàng)正確。]4．一根有質(zhì)量的金屬棒MN，兩端用細(xì)軟導(dǎo)線連接后懸掛于a、b兩點(diǎn)。棒的中部處于方向垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，棒中通有電流I，方向從M流向N，此時(shí)懸線上有拉力。為了使拉力等于零，可()A．適當(dāng)減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 B．使磁場(chǎng)反向C．適當(dāng)增大電流 D．使電流反向C[由左手定則知金屬棒MN所受安培力豎直向上，與重力方向相反，F(xiàn)安＝BIL，則適當(dāng)增大電流、適當(dāng)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度或增大磁場(chǎng)范圍可增大安培力，使懸線上的拉力等于零，故C正確。]5．每時(shí)每刻都有大量宇宙射線向地球射來，地磁場(chǎng)可以變更射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面，這對(duì)地球上的生命有非常重要的意義。假設(shè)有一個(gè)帶正電的宇宙射線粒子正垂直于地面對(duì)赤道射來，在地磁場(chǎng)的作用下，它將()A．向東偏轉(zhuǎn) B．向南偏轉(zhuǎn)C．向西偏轉(zhuǎn) D．向北偏轉(zhuǎn)A[地球的磁場(chǎng)在赤道上方由南向北，當(dāng)帶正電的宇宙射線粒子垂直于地面對(duì)赤道射來時(shí)，依據(jù)左手定則可以推斷粒子的受力方向?yàn)橄驏|，所以粒子將向東偏轉(zhuǎn)，所以A正確。]6．如圖所示，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里，一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板。若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)變更時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變更()A．粒子速度的大小 B．粒子所帶的電荷量C．電場(chǎng)強(qiáng)度 D．磁感應(yīng)強(qiáng)度B[帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件知qE＝qvB，可以看出，帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度以及帶電粒子速度的大小均能影響粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，而粒子所帶的電荷量不影響運(yùn)動(dòng)軌跡，選項(xiàng)A、C、D不符合要求，選項(xiàng)B正確。]7．如圖所示，三個(gè)相同的帶負(fù)電的小球從同一高度起先自由下落，其中a干脆落地，b下落過程中經(jīng)過一個(gè)水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)，c下落時(shí)經(jīng)過一個(gè)水平方向(垂直紙面對(duì)里)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)。不計(jì)空氣阻力，設(shè)它們落地速度大小分別為va、vb、vc，則()A．va＝vb＝vc B．va＞vb＞vcC．va＜vb＝vc D．va＝vc＜vbD[a球下落過程中，只受重力，重力做正功，落地速度大小為va；b球下落過程中受重力和電場(chǎng)力作用，且重力和電場(chǎng)力都做正功，所以落地速度大小vb>va；c球下落過程中受重力和洛倫茲力，洛倫茲力不做功，只有重力做功，所以落地速度大小vc＝va，故va＝vc＜vb，D正確。]8．如圖所示，兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流，a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn)，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為eq\f(l,2)、l和3l。關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列推斷正確的是()A．a(chǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大B．b、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等C．a(chǎn)、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同D．b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零AD[依據(jù)通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)，利用右手螺旋定則，可知b處場(chǎng)強(qiáng)為零，再由兩導(dǎo)線與三點(diǎn)的位置關(guān)系知a、c兩處的場(chǎng)強(qiáng)疊加都是同向疊加但方向相反，選項(xiàng)A、D正確。]9．如圖所示，光滑的平行導(dǎo)軌與電源連接后，與水平方向成θ角傾斜放置，導(dǎo)軌上放一個(gè)質(zhì)量為m的金屬導(dǎo)體棒。當(dāng)S閉合后，在棒所在區(qū)域內(nèi)加一個(gè)合適的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，可以使導(dǎo)體棒靜止平衡，如圖所示的四個(gè)圖分別加了不同方向的磁場(chǎng)，其中有可能平衡的是()ABCDACD[四種狀況的受力分別如圖所示，A、C有可能平衡，D中假如重力與安培力剛好大小相等，則導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌間沒有壓力，可以平衡，B中合外力不行能為零。]10．如圖所示，在x>0、y>0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面對(duì)里，大小為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，在x軸上到原點(diǎn)的距離為x0的P點(diǎn)，以平行于y軸的初速度射入磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)作用下沿垂直于y軸的方向射出磁場(chǎng)。不計(jì)重力的影響，由這些信息可以確定的是()A．能確定粒子通過y軸時(shí)的位置B．能確定粒子速度的大小C．能確定粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)驗(yàn)的時(shí)間D．以上三個(gè)推斷都不對(duì)ABC[由題意可分析出粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)O，所以粒子通過y軸的位置為y＝r＝x0；由r＝eq\f(mv,Bq)得：v＝eq\f(Bqr,m)；粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t＝eq\f(T,4)＝eq\f(πm,2Bq)，綜上可知A、B、C正確。]11．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(dòng)能增加為原來的4倍，可采納下列哪幾種方法()A．將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的2倍B．將其磁感應(yīng)強(qiáng)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AC[在磁場(chǎng)中由牛頓其次定律得evB＝meq\f(v2,R)， ①質(zhì)子的最大動(dòng)能Ekm＝eq\f(1,2)mv2， ②解①②式得Ekm＝eq\f(e2B2R2,2m)，要使質(zhì)子的動(dòng)能增加為原來的4倍，可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的2倍或?qū)蒁形金屬盒的半徑增大為原來的2倍，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，A、C正確。質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無關(guān)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。]12．為了測(cè)量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充溢管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法正確的是()A．若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高B．前表面的電勢(shì)肯定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子多少無關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無關(guān)BD[由左手定則可知，正離子受洛倫茲力向后表面偏，負(fù)離子向前表面偏，前表面的電勢(shì)肯定低于后表面的電勢(shì)，流量Q＝eq\f(V,t)＝eq\f(vt·bc,t)＝vbc，其中v為離子定向移動(dòng)的速度，當(dāng)前后表面電壓肯定時(shí)，離子不再偏轉(zhuǎn)，受洛倫茲力和電場(chǎng)力達(dá)到平衡，即qvB＝eq\f(U,b)q，得v＝eq\f(U,bB)，則流量Q＝eq\f(U,Bb)·bc＝eq\f(U,B)c，故Q與U成正比，與a、b無關(guān)。]二、非選擇題(本題共4小題，共52分，按題目要求作答)13．(10分)質(zhì)量為m，電量為q帶正電荷的小物塊從半徑為R的eq\f(1,4)光滑圓槽頂點(diǎn)由靜止下滑，整個(gè)裝置處于電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的區(qū)域內(nèi)如圖所示，則小物塊滑究竟端時(shí)對(duì)軌道的壓力為多少？[解析]小物塊由靜止滑到最低點(diǎn)由動(dòng)能定理得：mgR－qER＝eq\f(1,2)mv2，在最低點(diǎn)由牛頓其次定律得：N－mg－qvB＝meq\f(v2,R)，聯(lián)立以上兩式得：N＝3mg－2qE＋qBeq\r(\f(2mg－qER,m))。由牛頓第三定律，物塊對(duì)軌道的壓力N′＝N＝3mg－2qE＋qBeq\r(\f(2mg－qER,m))。[答案]3mg－2qE＋qBeq\r(\f(2mg－qER,m))14．(12分)如圖所示，質(zhì)量m＝1kg的通電導(dǎo)體棒在安培力作用下靜止在傾角為37°、寬度L＝1m的光滑絕緣框架上，磁場(chǎng)方向垂直于框架平面對(duì)下(磁場(chǎng)僅存在于絕緣框架內(nèi))。右側(cè)回路中，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝8V、內(nèi)阻r＝1Ω，額定功率為8W、額定電壓為4V的電動(dòng)機(jī)M正常工作。sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度大小g＝10m/s2。試求：(1)電動(dòng)機(jī)中的電流IM與通過電源的電流I總；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大小及磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。[解析](1)電動(dòng)機(jī)正常工作PM＝UIM，IM＝2A，I總＝eq\f(E－U,r)＝4A。(2)導(dǎo)體棒靜止在導(dǎo)軌上，則受到的安培力F＝mgsin37°＝6N，流過導(dǎo)體棒的電流I＝I總－IM＝2A，F(xiàn)＝ILB，解得B＝3T。[答案](1)2A4A(2)6N3T15．(14分)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電粒子自靜止起先，經(jīng)M、N板間的電場(chǎng)加速后，從A點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該粒子離開磁場(chǎng)時(shí)的位置P偏離入射方向的距離為L(zhǎng)，如圖所示。已知M、N兩板間的電壓為U，粒子的重力不計(jì)。(1)正確畫出粒子由靜止起先至離開勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的軌跡圖(用直尺和圓規(guī)規(guī)范作圖)；(2)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。[解析](1)作粒子經(jīng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的軌跡圖，如圖所示。(2)設(shè)粒子在M、N兩板間經(jīng)電場(chǎng)加速后獲得的速度為v，由動(dòng)能定理得：qU＝eq\f(1,2)mv2①粒子進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)其半徑為r，則：qvB＝meq\f(v2,r)②由幾何關(guān)系得：r2＝(r－L)2＋d2③聯(lián)立①②③式得：磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(2L,L2＋d2)eq\r(\f(2mU,q))。[答案](1)見解析圖(2)eq\f(2L,L2＋d2)eq\r(\f(2mU,q))16．(16分)如圖所示，虛線MN左側(cè)是水平正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；MN右側(cè)有豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)(如圖中豎直線，方向未標(biāo)出)和垂直于紙面的勻強(qiáng)磁強(qiáng)B′(未知)。一質(zhì)量為m、電荷量為q的點(diǎn)電荷，從MN左側(cè)的場(chǎng)區(qū)沿與電場(chǎng)線成θ角斜向上的直線勻速運(yùn)動(dòng)，穿過MN上的A點(diǎn)進(jìn)入右側(cè)的場(chǎng)區(qū)，恰好在豎直面內(nèi)做半徑為r的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并穿過MN上的P點(diǎn)進(jìn)入左側(cè)場(chǎng)區(qū)。已知MN右側(cè)的電場(chǎng)對(duì)MN左側(cè)無影響，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，靜電力常量為k。(1)推斷電荷q的電性，并求出MN左側(cè)勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)E1大??；(2)求B′的大小和方向，右側(cè)勻強(qiáng)電場(chǎng)E2的大小和方向；(3)求出電荷穿過P點(diǎn)剛進(jìn)入左側(cè)場(chǎng)區(qū)時(shí)加速度a的大小和方向。[解析](1)點(diǎn)電荷在MN左側(cè)場(chǎng)區(qū)勻速運(yùn)動(dòng)，受力如圖所示，依據(jù)左手定則可知，q肯定帶正電。由依據(jù)平衡條件得：qvBcosθ＝mg，qvBsinθ＝qE1，解得：E1＝eq\f(mg,q)tanθ。(2)點(diǎn)電荷在右側(cè)區(qū)域內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則重力與電場(chǎng)力平衡，洛倫茲力供應(yīng)向心力，由E2q＝mg，得E2＝eq\f(mg,q)，E2方向豎直向上。依據(jù)左手定則可知B′方向垂直紙面對(duì)外，B′大小滿