2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁澄時(shí)作業(yè)含解析新人教版選修3-1

PAGE9-單元質(zhì)量評(píng)估(三)(第三章)(60分鐘100分)一、選擇題(本題共10小題,1～6為單選題,7～10為多選題,每小題8分,共80分)1.如圖所示,長(zhǎng)為2l的直導(dǎo)線折成邊長(zhǎng)相等,夾角為60°的V形,并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時(shí),該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為A.0 B.0.5BIl C.BIl D.2BIl【解析】選C。V形導(dǎo)線兩部分的受力狀況如圖所示。其中F=BIl,V形導(dǎo)線受到的安培力應(yīng)為這兩個(gè)力的合力,大小為F合=2Fcos60°=BIl,故C項(xiàng)正確。2.如圖所示,一通電金屬環(huán)固定在絕緣的水平面上,在其左端放置一可繞中點(diǎn)O自由轉(zhuǎn)動(dòng)且可在水平方向自由移動(dòng)的豎直金屬棒,中點(diǎn)O與金屬環(huán)在同一水平面內(nèi),當(dāng)在金屬環(huán)與金屬棒中通有圖中所示方向的電流時(shí),則 ()A.金屬棒始終靜止不動(dòng)B.金屬棒的上半部分向紙面外轉(zhuǎn),下半部分向紙面里轉(zhuǎn),同時(shí)靠近金屬環(huán)C.金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn),下半部分向紙面外轉(zhuǎn),同時(shí)靠近金屬環(huán)D.金屬棒的上半部分向紙面里轉(zhuǎn),下半部分向紙面外轉(zhuǎn),同時(shí)遠(yuǎn)離金屬環(huán)【解析】選B。由通電金屬環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)特點(diǎn)可知,其在金屬棒的上半部分產(chǎn)生有水平向左的磁場(chǎng)重量,由左手定則可推斷金屬棒上半部分受到方向向外的安培力,故向紙面外轉(zhuǎn);同理可推斷金屬棒的下半部分向紙面里轉(zhuǎn)。當(dāng)金屬棒起先轉(zhuǎn)動(dòng)到轉(zhuǎn)至水平面時(shí),由同向電流相吸,反向電流相斥可知,金屬棒靠近金屬環(huán),B正確。3.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【解析】選B。粒子以某一速度沿水平直線通過兩極板時(shí)受力平衡,有Eq=Bqv,則知當(dāng)粒子所帶的電荷量變更時(shí),粒子所受的合力仍為0,運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)變更,故B項(xiàng)正確。4.質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具。圖中的鉛盒A中的放射源放出大量的帶正電粒子(可認(rèn)為初速度為零),從狹縫S1進(jìn)入電壓為U的加速電場(chǎng)區(qū)加速后,再通過狹縫S2從小孔G垂直于MN射入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是以直線MN為切線、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面對(duì)外半徑為R的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)?，F(xiàn)在MN上的F點(diǎn)(圖中未畫出)接收到該粒子,且GF=R。則該粒子的比荷為(粒子的重力忽視不計(jì)) ()A. B. C. D.【解析】選C。設(shè)粒子被加速后獲得的速度為v,由動(dòng)能定理有:qU=mv2,粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r=,又Bqv=m,可求=,故C正確。5.如圖所示,有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界線SP∥MN,速率不同的同種帶電粒子從S點(diǎn)沿SP方向同時(shí)射入磁場(chǎng),粒子的帶電荷量相同,其中穿過a點(diǎn)的粒子速度v1與MN垂直;穿過b點(diǎn)的粒子速度v2與MN成60°角,設(shè)兩粒子從S到a、b所需時(shí)間分別為t1和t2,則t1∶t2為(重力不計(jì)) ()A.1∶3 B.4∶3 C.1∶1 【解析】選D。粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,可求出從a點(diǎn)射出的粒子對(duì)應(yīng)的圓心角為90°,從b點(diǎn)射出的粒子對(duì)應(yīng)的圓心角為60°,由t=·可得t1∶t2=90°∶60°=3∶2,D正確。6.如圖所示,一個(gè)志向邊界為PQ、MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)寬度為d,方向垂直紙面對(duì)里。一電子從O點(diǎn)沿紙面垂直PQ以速度v0進(jìn)入磁場(chǎng)。若電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為2d。O′在MN上,且OO′與MN垂直。下列推斷正確的是()A.電子將向右偏轉(zhuǎn)B.電子打在MN上的點(diǎn)與O′點(diǎn)的距離為dC.電子打在MN上的點(diǎn)與O′點(diǎn)的距離為dD.電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為【解析】選D。電子帶負(fù)電,進(jìn)入磁場(chǎng)后,依據(jù)左手定則推斷可知,所受的洛倫茲力方向向左,電子將向左偏轉(zhuǎn),如圖所示,A錯(cuò)誤;設(shè)電子打在MN上的點(diǎn)與O′點(diǎn)的距離為x,則由幾何學(xué)問得:x=r-=2d-=(2-)d,故B、C錯(cuò)誤;設(shè)軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為θ,由幾何學(xué)問得:sinθ==0.5,得θ=,則電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t==,故D正確。7.自行車速度計(jì)利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車的運(yùn)動(dòng)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(huì)輸出一個(gè)脈沖電壓。圖乙為霍爾元件的工作原理圖。當(dāng)磁場(chǎng)靠近霍爾元件時(shí),導(dǎo)體內(nèi)定向運(yùn)動(dòng)的自由電荷在磁場(chǎng)力作用下偏轉(zhuǎn),最終使導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差,即為霍爾電勢(shì)差。下列說法正確的是 ()A.依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可獲知車速大小B.自行車的車速越大,霍爾電勢(shì)差越高C.圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向運(yùn)動(dòng)形成的D.假如長(zhǎng)時(shí)間不更換傳感器的電源,霍爾電勢(shì)差將減小【解析】選A、D。依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)可知車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速,若再已知自行車車輪的半徑,依據(jù)v=2πf·r即可獲知車速大小,選項(xiàng)A正確;依據(jù)霍爾原理可知q=Bqv,U=Bdv,即霍爾電壓只與磁場(chǎng)強(qiáng)度、霍爾元件的厚度以及電子定向移動(dòng)的速度有關(guān),與車輪轉(zhuǎn)速無關(guān),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;圖乙中霍爾元件的電流I是由電子定向運(yùn)動(dòng)形成的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;假如長(zhǎng)時(shí)間不更換傳感器的電源,則會(huì)導(dǎo)致電子定向移動(dòng)的速率減小,故霍爾電勢(shì)差將減小,選項(xiàng)D正確。8.如圖甲所示,兩根光滑平行導(dǎo)軌水平放置,間距為L(zhǎng),其間有豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。垂直于導(dǎo)軌水平對(duì)稱放置一根勻稱金屬棒。從t=0時(shí)刻起,棒上有如圖乙所示的持續(xù)交變電流I,周期為T,最大值為Im,圖甲中I所示方向?yàn)殡娏髡较颉t金屬棒 ()A.始終向右移動(dòng)B.速度隨時(shí)間周期性變更C.受到的安培力隨時(shí)間周期性變更D.受到的安培力在一個(gè)周期內(nèi)做正功【解析】選A、B、C。由左手定則可知,金屬棒一起先向右做勻加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)電流反向以后,金屬棒起先做勻減速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過一個(gè)周期速度變?yōu)?,然后重復(fù)上述運(yùn)動(dòng),所以選項(xiàng)A、B正確;安培力F=BIL,由圖像可知前半個(gè)周期安培力水平向右,后半個(gè)周期安培力水平向左,不斷重復(fù),選項(xiàng)C正確;一個(gè)周期內(nèi),金屬棒初、末速度相同,由動(dòng)能定理可知安培力在一個(gè)周期內(nèi)不做功,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9.如圖所示,AOB為一邊界為圓弧的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,圓弧半徑為R,O點(diǎn)為圓心,D點(diǎn)為邊界OB的中點(diǎn),C點(diǎn)為邊界上一點(diǎn),且CD∥AO,現(xiàn)有兩個(gè)完全相同的帶電粒子以相同的速度射入磁場(chǎng)(不計(jì)粒子重力),其中粒子1從A點(diǎn)正對(duì)圓心O射入,恰從B點(diǎn)射出,粒子2從C點(diǎn)沿CD射入,從某點(diǎn)離開磁場(chǎng),則 ()A.粒子2在磁場(chǎng)中的軌道半徑等于RB.粒子2必在B點(diǎn)射出磁場(chǎng)C.粒子1與粒子2在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為3∶2D.粒子1與粒子2離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向相同【解析】選A、B、C。粒子1從A點(diǎn)正對(duì)圓心射入,恰從B點(diǎn)射出,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心角為θ1=90°,粒子軌道半徑等于R,粒子2從C點(diǎn)沿CD射入,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。設(shè)對(duì)應(yīng)的圓心為O1,運(yùn)動(dòng)軌道半徑也為R,連接O1C、O1B,O1COB是平行四邊形,O1B=CO,則粒子2肯定從B點(diǎn)射出磁場(chǎng),故選項(xiàng)A、B正確;由數(shù)學(xué)學(xué)問可知,粒子2在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心角θ2=∠BO1C=60°,兩粒子做圓周運(yùn)動(dòng)所對(duì)應(yīng)的圓心角不同,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T=,兩粒子的周期相等,粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=T,運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比t1∶t2=θ1∶θ2=90°∶60°=3∶2,故選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。10.(2024·全國卷Ⅱ)如圖,紙面內(nèi)有兩條相互垂直的長(zhǎng)直絕緣導(dǎo)線L1、L2,L1中的電流方向向左,L2中的電流方向向上;L1的正上方有a、b兩點(diǎn),它們相對(duì)于L2對(duì)稱。整個(gè)系統(tǒng)處于勻強(qiáng)外磁場(chǎng)中,外磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,方向垂直于紙面對(duì)外。已知a、b兩點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B0和B0,方向也垂直于紙面對(duì)外。則 ()A.流經(jīng)L1的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0B.流經(jīng)L1的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0C.流經(jīng)L2的電流在b點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0D.流經(jīng)L2的電流在a點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0【解析】選A、C。設(shè)L1在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1,設(shè)L2在a、b兩點(diǎn)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2,依據(jù)右手螺旋定則,結(jié)合題意B0-(B1+B2)=B0,B0+B2-B1=B0,聯(lián)立可得B1=B0,B2=B0,選項(xiàng)A、C正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)一電子以與磁場(chǎng)垂直的速度v從P處沿PQ方向進(jìn)入長(zhǎng)為d、寬為h的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,從N點(diǎn)射出,如圖所示。若電子質(zhì)量為m,電荷量為e,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則 ()A.h=dB.電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為C.電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為D.洛倫茲力對(duì)電子做的功為零【解析】選C、D。過P點(diǎn)和N點(diǎn)作速度的垂線,兩垂線的交點(diǎn)即為電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的圓心O,由勾股定理可得(R-h)2+d2=R2,整理知d=,而R=,故d=,所以A錯(cuò)誤。由電子在有界磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),得t=,故B錯(cuò)誤,C正確。又由于洛倫茲力方向和粒子運(yùn)動(dòng)的速度方向總垂直,對(duì)粒子恒久也不做功,故D正確。二、計(jì)算題(20分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)11.如圖所示,有始終角三角形OAC,OC長(zhǎng)為12cm,∠C=30°,AC上方存在垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=1T,OA左側(cè)也存在垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B2未知,一質(zhì)量為m=8×10-10kg、電荷量q=1×10-4C的帶正電粒子從C點(diǎn)以垂直于OC的速度v進(jìn)入磁場(chǎng),恰好經(jīng)A點(diǎn)到達(dá)O(1)未知?jiǎng)驈?qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小;(2)粒子在磁場(chǎng)中從C點(diǎn)經(jīng)A點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間?！窘馕觥?1)粒子在磁場(chǎng)B1中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),畫出運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖,其圓心為O1,設(shè)軌跡半徑為r1,則∠O1AC=∠O1所以:∠AO1O=2∠O1CA=60°,粒子的偏轉(zhuǎn)角是120°由幾何關(guān)系得:r1+r1cos60°=所以:r1==×12cm=8cm由洛倫茲力供應(yīng)向心力得:qvB1=m所以:v==1.0×104m粒子在磁場(chǎng)B2中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),畫出運(yùn)動(dòng)的軌跡如圖,其圓心為O2,設(shè)軌跡半徑為r2,則=2r2·cos∠OAO1=2r2·c