整章章节综合学案练习二含答案高中物理选修31磁场.docx

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整章章节综合学案练习二含答案高中物理选修31磁场

高中物理专题复习选修3-1

磁场单元过关检测

考试范围：

单元测试；满分：

100分

注意事项：

1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息

2．请将答案正确填写在答题卡上

第I卷（选择题）

请点击修改第I卷的文字说明

评卷人

得分

一、单选题

1．如图甲所示，在水平放置的两平行金属板的右侧存在着有界的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场边界

和

与平行板的中线

垂直。

金属板的两极板间的电压

，匀强磁场的磁感应强度

。

现有带正电的粒子以

的速度沿两板间的中线

连续进入电场，恰能从平行金属板边缘穿越电场射入磁场。

已知带电粒子的比荷

，粒子的重力和粒子间相互作用力均可以忽略不计（结果保留两位有效数字）。

（1）求射入电场的带电粒子射出电场时速度的大小和方向。

（2）为使射入电场的带电粒子不会由磁场右边界射出，该匀强磁场区的宽度至少为多大?

2．如图甲所示，水平直线MN下方有竖直向上的匀强电场，现将一重力不计、比荷

=106C/kg的正电荷置于电场中的O点由静止释放，经过

×10-5s时间电荷以

=1.5×104m/s的速度通过MN进入其上方的匀强磁场，磁场方向与纸面垂直，磁感应强度B按图乙所示规律周期性变化（图乙中磁场以垂直纸面向外为正，以电荷第一次通过MN时为t=0时刻）。

不考虑磁场变化产生的电场（sin53°=0.8,cos53°=0.6）。

求：

（1）匀强电场的电场强度E；

（2）图乙中t=

×10-5s时刻电荷与O点的水平距离；

（3）如果在O点正右方d=32cm处有一垂直于MN的足够大的挡板，求电荷从第一次进入磁场开始到达挡板需要的时间。

3．（16分）在科学研究中，可以通过施加适当的电场和磁场来实现对带电粒子运动的控制。

如题15-1图所示的xOy平面处于匀强电场和匀强磁场中，电场强度E和磁感应强度B随时间

作周期性变化的图象如题15-2图所示。

x轴正方向为E的正方向，垂直纸面向里为B的正方向。

在坐标原点O有一粒子P，其质量和电荷量分别为m和+q。

不计重力。

在

时刻释放P，它恰能沿一定轨道做往复运动。

（1）求P在磁场中运动时速度的大小

；

（2）求

应满足的关系；

（3）在

时刻释放P，求P速度为零时的坐标。

4．（单选）在磁感应强度是5.0×10-2T的匀强磁场里，有一根与磁场方向垂直，长为8cm的通电导线ab，如图1所示，通电导线ab所受的安培力是1.0×10-2N，方向垂直纸面指向外，则导线中电流的大小和方向（）

A．2.5A，方向a到b.　

B．2.5A，方向b到a.

C．2.5×10-2A，方向a到b.　

D．2.5×10-2A，方向b到a.

5．（单选）如图，一足够长的直导线ab靠近通电螺线管，与螺线管平行．用磁传感器测量ab上各点的磁感应强度B，在计算机屏幕上显示的大致图像是

6．（单选）如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M，N两小孔中，O为M，N连线中点，连线上a，b两点关于O点对称.导线均通有大小相等，方向向上的电流.已知长直导线在周围产生的磁场的磁感应强度

，式中k是常数，I是导线中电流，r为点到导线的距离.一带正电的小球以初速度v0从a点出发沿连线运动到b点.关于上述过程，下列说法正确的是（）

A.小球一直做匀加速直线运动

B.小球一直做匀减速直线运动

C.小球对桌面的压力先减小后增大

D.小球对桌面的压力一直在增大

7．（单选）如图所示，在圆柱形区域内存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度的大小B随时间t的变化关系为B＝B0+kt，其中B0、k为正的常数。

在此区域的水平面内固定一个半径为r的圆环形内壁光滑的细玻璃管，将一电荷量为q的带正电小球在管内由静止释放，不考虑带电小球在运动过程中产生的磁场，则下列说法正确的是

A．从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为2qkπr

B．从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为2qkπr

C．从上往下看，小球将在管内沿顺时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为qkπr2

D．从上往下看，小球将在管内沿逆时针方向运动，转动一周的过程中动能增量为qkπr2

8．如图4，把扁平状强磁铁的N极吸附在螺丝钉的后端，让其位于磁铁中心位置。

取一节大容量干电池，让它正极朝下，把带上磁铁的螺丝钉的尖端吸附在电池正极的铁壳帽上。

将导线的一端接到电池负极，另一端轻触磁铁的侧面。

此时磁铁、螺丝钉和电源就构成了一个回路，螺丝钉就会转动，这就成了一个简单的“电动机”。

设电源电动势为E，电路总电阻为R，则下列判断正确的是（　　）

图4

A．螺丝钉俯视逆时针快速转动，回路中电流I＝

B．螺丝钉俯视顺时针快速转动，回路中电流I<

C．螺丝钉俯视逆时针快速转动，回路中电流I<

D．螺丝钉俯视顺时针快速转动，回路中电流I＝

评卷人

得分

二、多选题

9．（多选）如图所示，间距为L、电阻不计的足够长平行光滑金属导轨水平放置，导轨左端用一阻值为R的电阻连接，导轨上横跨一根质量为m、电阻也为R的金属棒，金属棒与导轨接触良好。

整个装置处于竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场中。

现使金属棒以初速度

沿导轨向右运动，若金属棒在整个运动过程中通过的电荷量为q。

下列说法正确的是

A．金属棒在导轨上做匀减速运动

B.整个过程中金属棒克服安培力做的功为

C.整个过程中金属棒在导孰上发生的位移为

D．整个过程中电阻R上产生的焦耳热为

10．（多选）正负电子对撞机的最后部分的简化示意图如图所示（俯视图），位于水平面内的粗实线所示的圆环形真空管道是正、负电子做圆运动的“容器”，经过加速器加速后，质量均为m的正、负电子被分别引入该管道时，具有相等的速率v，他们沿着管道向相反的方向运动。

在管道控制它们转变的是一系列圆形电磁铁，即图甲中的A1、A2、A3…An共有n个，均匀分布在整个圆环上，每组电磁铁内的磁场都是磁感应强度相同的匀强磁场，并且方向竖直向下，磁场区域的直径为d（如图乙），改变电磁铁内电流的大小，就可改变磁场的磁感应强度从而改变电子偏转的角度。

经过精确的调整，首先实现电子在环形管道中沿图甲中虚线所示的轨迹运动，这时电子经过每个电磁场区域时射入点和射出点都是电磁场区域的同一直径的两端，如图乙所示。

若电子的重力可不计，则下列相关说法正确的是（）

A．负电子在管道内沿顺时针方向运动

B．电子经过每个电磁铁，偏转的角度是

C．碰撞点为过入射点所对直径的另一端

D．电子在电磁铁内做圆周运动的半径为

11．（多选）如图，足够长的光滑导轨倾斜放置，其下端与小灯泡连接，匀强磁场垂直于导轨所在平面，则垂直导轨的导体棒ab由静止开始下滑过程中（导体棒电阻为R，导轨和导线电阻不计）

A．受到的安培力方向沿斜面向上

B．受到的安培力大小保持恒定

C．导体棒的机械能一直减小

D．导体棒的动能一直增大

12．（多选）在一个边界为等边三角形的区域内，存在一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场，在磁场边界上的P点处有一个粒子源，发出比荷相同的三个粒子a、b、c（不计重力）沿同一方向进入磁场，三个粒子通过磁场的轨迹如图所示，用ta、tb、tc分别表示a、b、c通过磁场的时间；用ra、rb、rc分别表示a、b、c在磁场中的运动半径，则下列判断正确的

是（  ）

A.ta=tb＞tcB.tc＞tb＞ta

C.rc＞rb＞raD.rb＞ra＞rc

评卷人

得分

三、填空题

13．如图，ABCD是一个正方形的匀强磁场区域，经相等加速电压加速后的甲、乙两种带电粒子分别从A、D射入磁场，均从C点射出，则它们的速率

▲，它们通过该磁场所用时间

▲。

14．如图所示，质量为m、边长为L的正方形线圈ABCD由n匝导线绕成，线圈中有顺时针方向大小为I的电流，在AB边的中点用细线竖直悬挂于轻杆一端，轻杆另一端通过竖直的弹簧固定于地面，轻杆可绕杆中央的固定转轴O在竖直平面内转动。

在图中虚线的下方，有与线圈平面垂直的匀强磁场，磁感强度为B，平衡时，CD边水平且线圈有一半面积在磁场中，忽略电流I产生的磁场，穿过线圈的磁通量为；弹簧受到的拉力为______。

评卷人

得分

四、实验题

15．如图所示，一个带负电的物体由粗糙绝缘的斜面顶端自静止下滑到底端时速度为v，若加一个垂直于纸面向外的匀强磁场，则带电体滑到底端时速度将

A．大于vB．小于v

C．等于vD．无法确定

评卷人

得分

五、计算题

16．如图甲所示，两平行金属板A、B的板长L=0．2m，板间距d=0．2m，两金属板间加如图乙所示的交变电压，并在两板间形成交变的匀强电场，忽略其边缘效应，在金属板上侧有一方向垂直于纸面向里的匀强磁场，其上下宽度D=0．4m，左右范围足够大，边界MN和PQ均与金属板垂直，匀强磁场的磁感应强度B=1×l0－2T．在极板下侧中点O处有一粒子源，从t=0时起不断地沿着OO’发射比荷

=1×l08C/kg．初速度为v0=2×l05m/s的带正电粒子，忽略粒子重力、粒子间相互作用以及粒子在极板间飞行时极板间的电压变化．

（1）求粒子进入磁场时的最大速率；

（2）对于能从MN边界飞出磁场的粒子，其在磁场的入射点和出射点的间距s是否为定值？

若是，求出该值；若不是，求s与粒子由O出发的时刻t之间的关系式；

（3）定义在磁场中飞行时间最长的粒子为{A类粒子}，求出{A类粒子}在磁场中飞行的时间，以及由O出发的可能时刻．

17．载流长直导线周围磁场的磁感应强度大小为B=kI/r，式中常量k>0，I为电流强度，r为距导线的即离。

在水平长直导线MN正下方，矩形线圈abcd通以逆时针方向的恒定电流，被两根等长的轻质绝缘细线静止地悬挂，如图所示。

开始时MN内不通电流，此时两细线内的张力均为T0。

当MN通以强度为I1的电流时，两细线内的张力均减小为T1：

当MN内的电流强度变为I2时，两细线的张力均大于T0。

（重力加速度用g表示）

（1）分别指出强度为I1、I2的电流的方向；

（2）求MN分别通以强度为I1和I2电流时，线框受到的安培力F1与F2大小之比；

（3）当MN内的电流强度为I3时两细线恰好断裂，在此瞬间线圈的加速度大小为a，求I3。

评卷人

得分

一、单选题

1．解：

（1）由动能定理

……2分

解得

……………2分

设偏转角度为

，则

……2分

…………1分

（2）粒子运动轨迹如图1所示，设粒子运动轨迹刚好与右边

界相切，这时磁场宽度为

，则

……………3分

而

……………2分

解得，

所以，磁场宽度至少为

。

…2分

2．ABCDF

解析：

解：

（1）电荷在电场中做匀加速运动，

（1分）

（2分）解得：

（1分）

粒子进入磁场后做匀速圆周运动，

　　　（1分）

由题知，在

的时间内，粒子正好从图中的Ａ点进入磁场，并在磁场中转半周从Ｂ点回到电场。

根据

　（1分）

　（1分）

粒子再次进电场后先向下减速至0，在向上加速至

回磁场，其中在电场中来回的时间为　

即粒子在

时再次进入磁场（1分）

由题知，在

的时间内，粒子正好从图中的Ｂ点进入磁场，并在磁场中转半周从Ｃ点回到电场，

，可得Ｒ2＝3cm（1分）

此后粒子再次进入电场减速重复以上运动，至

时，粒子又回到C点，故粒子与O点间的水平间距离为

（1分）解得

（1分）

从粒子第一次进磁场开始计时，设粒子在复合场中运动的周期为

则

（2分）

由题可知，粒子运动6T0后进入磁场偏转打在挡板上，第7次在B1中偏转时的轨迹如图，设6T0时到D点，D点到A点为6x0=24cm（1分）

设为MN与板交与G点，轨迹圆与板交与F点，所以HG=3cm,HF=5cm，

cos

（1分）

所以,

（1分）解得t=1.58×10-4s（1分）

3．

4．B

5．C

6．D

7．C

解析：

C

由题意可知，如图所示的磁场在均匀增加时，则会产生顺时针方向的涡旋电场，那么正电荷在电场力作用下，做顺时针方向圆周运动，根据动能定理，转动一周过程中，动能的增量等于电场力做功，则为

，故C正确。

故选C。

8．B

解析：

选B　由左手定则判断得知，螺丝钉后端受到顺时针方向（俯视）的安培力作用，因此螺丝钉俯视顺时针快速转动；由于螺丝钉转动切割磁感线产生感应电动势，所以回路中的电流I<

，选项B正确。

评卷人

得分

二、多选题

9．BC

10．ACD

11．AC

12．AC

评卷人

得分

三、填空题

13．

14．

评卷人

得分

四、实验题

15．B

评卷人

得分

五、计算题

16．

17．

（1）I1方向向左，I2方向向右，

（2）当MN中通以电流I时，线圈所受安培力大小为

F＝kIiL（

－

），式中r1、r2分别为ab、cd与MN的间距，i为线圈中的电流，L为ab、cd的长度。

F1:

F2＝I1:

I2，

（3）设MN中电流强度为I3，线框所受安培力为F3，由题设条件可得：

2T0＝G2T1＋F1＝G，F3＋G＝G/ga，