2019-2020年高中物理 第5章 磁場與回旋加速器章末綜合檢測卷 滬科版選修3-1.doc

2019-2020年高中物理 第5章 磁場與回旋加速器章末綜合檢測卷 滬科版選修3-1(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分)1磁體之間的相互作用是通過磁場發(fā)生的下列對磁場認(rèn)識正確的是()A磁感線有可能出現(xiàn)相交的情況B磁感線總是由N極出發(fā)指向S極C某點(diǎn)磁場的方向與放在該點(diǎn)的小磁針靜止時N極所指方向一致D若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場力的作用，則該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零答案C解析在磁場中某點(diǎn)的磁場只能有一個方向，即該點(diǎn)的磁感線的切線方向，如果磁感線相交，則該點(diǎn)磁場就有兩個方向了，A錯誤；在磁鐵外部磁感線是由N極出發(fā)指向S極，在磁鐵內(nèi)部磁感線是由S極出發(fā)指向N極，B錯誤；在磁場中，某點(diǎn)的磁場的方向是該點(diǎn)放置的小磁針靜止時N極所指方向，C正確；若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場力的作用，可能磁場和通電導(dǎo)線是平行的，D錯誤；故選C.2關(guān)于帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動，以下表述正確的是()A帶電粒子在電場中某點(diǎn)受到的電場力方向與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相同B正電荷只在電場力作用下，一定從高電勢處向低電勢處運(yùn)動C帶電粒子在磁場中運(yùn)動時受到的洛倫茲力方向與粒子的速度方向垂直D帶電粒子在磁場中某點(diǎn)受到的洛倫茲力方向與該點(diǎn)的磁場方向相同答案C解析當(dāng)帶電粒子帶負(fù)電時，在電場中某點(diǎn)受到的電場力方向與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相反，當(dāng)帶電粒子帶正電時，受到的電場力方向與該點(diǎn)的電場強(qiáng)度方向相同，故A錯誤；由UAB知，若電場力的方向與運(yùn)動方向相反，電場力做負(fù)功，則正電荷將從低電勢處向高電勢處運(yùn)動，故B錯誤；根據(jù)左手定則，帶電粒子在磁場中運(yùn)動時受到的洛倫茲力方向一定與速度和磁場的方向垂直故C正確，D錯誤所以選C.3在雷雨天氣時，空中有許多陰雨云都帶有大量電荷，在一樓頂有一避雷針，其周圍擺放一圈小磁針，當(dāng)避雷針正上方的一塊陰雨云對避雷針放電時，發(fā)現(xiàn)避雷針周圍的小磁針的S極呈順時針排列(俯視)，則該塊陰雨云可能帶()A正電荷 B負(fù)電荷C正、負(fù)電荷共存 D無法判斷答案B解析小磁針的S極順時針排列，說明磁場方向?yàn)槟鏁r針，由安培定則可知，電流方向?yàn)樨Q直向上，即該陰雨云帶負(fù)電荷，故選項B正確4如圖1，兩根相互平行的長直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1>I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)且a、b、c與兩導(dǎo)線截面共線；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是()圖1Aa點(diǎn) Bb點(diǎn) Cc點(diǎn) Dd點(diǎn)答案C解析兩電流在該點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，說明兩電流在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足等大反向關(guān)系根據(jù)右手螺旋定則在兩電流的同側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，則磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)為a或c，又I1>I2，所以該點(diǎn)應(yīng)距I1遠(yuǎn)距I2近，所以是c點(diǎn)故選C.5如圖所示，直導(dǎo)線通入垂直紙面向里的電流，在下列勻強(qiáng)磁場中，能靜止在光滑斜面上的是()答案A6.如圖2所示，空間存在水平向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場內(nèi)有一絕緣的足夠長的直桿，它與水平面的傾角為，一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電小球套在直桿上，從A點(diǎn)由靜止沿桿下滑，小球與桿之間的動摩擦因數(shù)<tan .則小球運(yùn)動過程中的速度時間圖像可能是下圖中的()圖2答案C解析帶電小球靜止時受到豎直向下的重力G、垂直直桿向上的支持力N和沿直桿向上的摩擦力f，小球下滑后，再受到一個垂直直桿向上的洛倫茲力f0，沿直桿方向有：mgsin (mgcos f0)ma，在垂直于直桿方向有：Nf0mgcos ，由于球加速運(yùn)動，據(jù)f0qvB，f0增大而支持力N減小，據(jù)fN，摩擦力減小，導(dǎo)致加速度a增大；當(dāng)速度v增到某個值時，mgcos f00，有mgsin ma，此時加速度最大；此后，f0mgcos ，支持力N反向，且速度繼續(xù)增大，支持力N增大，摩擦力f也隨著增大，最后出現(xiàn)mgsin f，之后小球勻速下滑；所以只有C選項正確7.如圖3所示，帶電粒子以初速度v0從a點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運(yùn)動過程中經(jīng)過b點(diǎn)，OaOb.若撤去磁場加一個與y軸平行的勻強(qiáng)電場，帶電粒子仍以速度v0從a點(diǎn)進(jìn)入電場，仍能通過b點(diǎn)，則電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值為()圖3Av0 B. C2v0 D.答案C解析設(shè)OaObd，因帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，所以圓周運(yùn)動的半徑正好等于d即d，得B.如果換成勻強(qiáng)電場，帶電粒子做類平拋運(yùn)動，那么有d()2得E，所以2v0.選項C正確二、多項選擇題(本題共5小題，每小題4分，共20分，在每小題給出的四個選項中，有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)圖48我國第21次南極科考隊在南極觀看到了美麗的極光極光是由來自太陽的高能帶電粒子流高速沖進(jìn)高空稀薄大氣層時，被地球磁場俘獲，從而改變原有運(yùn)動方向，向兩極做螺旋運(yùn)動(如圖4所示)，這些高能粒子在運(yùn)動過程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光地磁場的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀少的兩極偏移，為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，向兩極做螺旋運(yùn)動的這些高能粒子的旋轉(zhuǎn)半徑是不斷減小的，這主要與下列哪些因素有關(guān)()A洛倫茲力對粒子做負(fù)功，使其動能減小B空氣阻力做負(fù)功，使其動能減小C靠近南北兩極，磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)D以上說法都不對答案BC解析洛倫茲力不做功，空氣阻力做負(fù)功由r，速率減小，B增大，所以半徑減小9如圖5所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連現(xiàn)分別加速氘核(21H)和氦核(42He)下列說法中正確的是()圖5A它們的最大速度相同B它們的最大動能相同C它們在D形盒中運(yùn)動的周期相同D僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能答案AC10如圖6所示，帶電平行板間勻強(qiáng)電場方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場方向水平向里，一帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點(diǎn)自由滑下，經(jīng)過軌道端點(diǎn)P進(jìn)入板間恰好沿水平方向做直線運(yùn)動現(xiàn)使球從軌道上較低的b點(diǎn)開始滑下，經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入板間，在之后運(yùn)動的一小段時間內(nèi)()圖6A小球的重力勢能可能會減小B小球的機(jī)械能可能不變C小球的電勢能一定會減少D小球動能可能減小答案AC11.為了測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7所示的流量計，該裝置由絕緣材料制成，長、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，在前、后兩個內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法中正確的是()圖7A若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高B前表面的電勢一定低于后表面的電勢，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)答案BD解析由左手定則可知，正離子受洛倫茲力向后表面偏，負(fù)離子向前表面偏，前表面的電勢一定低于后表面的電勢，流量Qvbc，其中v為離子定向移動的速度，當(dāng)前后表面電壓一定時，離子不再偏轉(zhuǎn)，所受洛倫茲力和電場力達(dá)到平衡，即qvBq，得v，則流量Qbcc，故Q與U成正比，與a、b無關(guān)12.如圖8所示為圓柱形區(qū)域的橫截面，在該區(qū)域加沿圓柱軸線方向的勻強(qiáng)磁場帶電粒子(不計重力)第一次以速度v1沿截面直徑入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉(zhuǎn)60角；該帶電粒子第二次以速度v2從同一點(diǎn)沿同一方向入射，粒子飛出磁場區(qū)域時，速度方向偏轉(zhuǎn)90角則帶電粒子第一次和第二次在磁場中運(yùn)動的()圖8A半徑之比為1B速度之比為1C時間之比為23 D時間之比為32答案AC解析設(shè)磁場半徑為R，當(dāng)?shù)谝淮我运俣葀1沿截面直徑入射時，根據(jù)幾何知識可得：cos 30，即r1R.當(dāng)?shù)诙我运俣葀2沿截面直徑入射時，根據(jù)幾何知識可得：r2R，所以，A正確兩次情況下都是同一個帶電粒子在相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度下運(yùn)動的，所以根據(jù)公式r，可得，B錯誤因?yàn)橹芷赥，與速度無關(guān)，所以運(yùn)動時間比為，C正確，D錯誤故選A、C.三、計算題(共4小題，共52分解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13. (10分)如圖9所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37，在導(dǎo)軌所在空間，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.5 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場金屬導(dǎo)軌的一端接有電動勢E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個質(zhì)量為m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：圖9(1)通過導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大?。?3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小答案(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I1.5 A.(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)導(dǎo)體棒受力如圖，將重力正交分解F1mgsin 370.24 N，F(xiàn)1<F安，根據(jù)平衡條件，mgsin 37fF安，解得f0.06 N.14(12分)如圖10所示，在x軸上方有勻強(qiáng)磁場B，一個質(zhì)量為m，帶電荷量為q的粒子，以速度v從O點(diǎn)射入磁場，角已知，粒子重力不計，求：圖10(1)粒子在磁場中運(yùn)動的時間；(2)粒子離開磁場的位置與O點(diǎn)間的距離答案(1)(2)解析(1)先確定其大概的軌跡，然后由幾何關(guān)系確定圓心角、弦長與半徑的關(guān)系，如圖半徑rT圓心角為22所以運(yùn)動時間tT.(2)離開磁場的位置與入射點(diǎn)的距離即為弦長s2rsin 15(15分)如圖11所示為研究帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)問題的實(shí)驗(yàn)裝置：M、N是豎直放置的兩正對著的平行金屬板，S1、S2是板上兩個正對的小孔，其中N板的右側(cè)有一個在豎直面內(nèi)，以O(shè)為圓心的圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在垂直圓面向外的勻強(qiáng)磁場，另有一個同樣以O(shè)為圓心的半圓形熒光屏AOC.已知S1、S2、O和熒光屏的中間位置O在同一直線上，且ACS1O.當(dāng)在M、N板間加恒定電壓U時，一帶正電離子在S1處由靜止開始加速向S2孔運(yùn)動，最后打在圖中的熒光屏上的P處，COP30.若要讓上述帶正電離子(不計重力)仍在S1處由靜止開始加速，最后打在圖中的熒光屏下邊緣C處，求M、N板間所加電壓的大小U.圖11答案解析設(shè)離子的質(zhì)量為m，電荷量為q，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，所在區(qū)域的半徑為R，離子加速后獲得的速度為v.當(dāng)電壓為U時，由動能定理有qUmv2在磁場中，離子做勻速圓周運(yùn)動(見右圖)由牛頓第二定律可知qvBmv2/r由式得Ur2B2q/(2m)其中rRtan 60R當(dāng)電壓為U時，離子打在C處，同理有Ur2B2q/(2m)其中rR由可解得UU/3.16.(15分)如圖12所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場線平行于y軸一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場和磁場，恰能做勻速圓周運(yùn)動，從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場和磁場，MN之間的距離為L，小球過M點(diǎn)時的速度方向與x軸正方向夾角為.不計空氣阻力，重力加速度為g，求：圖12(1)電場強(qiáng)度E的大小和方向；(2)小球從A點(diǎn)拋出時初速度v0的大?。?3)A點(diǎn)到x軸的高度h.答案(1)豎直向上(2)cot (3)解析(1)小球在電場、磁場中恰能做勻速圓周運(yùn)動，其所受電場力必須與重力平衡，有qEmgE重力的方向是豎直向下，電場力的方向則應(yīng)為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場強(qiáng)度方向豎直向上(2)小球做勻速圓周運(yùn)動，O為圓心，MN為弦，MOP，如圖所示設(shè)半徑為r，由幾何關(guān)系知sin 小球做勻速圓周運(yùn)動的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做圓周運(yùn)動的速率為v，有qvB由速度的合成與分解知cos 由式得v0cot (3)設(shè)小球到M點(diǎn)時的豎直分速度為vy，它與水平分速度的關(guān)系為vyv0tan 由勻變速直線運(yùn)動規(guī)律v2gh由式得h