2019-2020學(xué)年高中物理 第6章 磁場對電流和運動電荷的作用 章末綜合檢測（含解析）魯科版選修3-1

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1、章末綜合檢測 一、選擇題(本大題共12小題，每小題4分，共48分．在每小題給出的四個選項中，有的小題只有一個選項正確，有的小題有多個選項正確．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) 1．(多選)某地地磁場的磁感應(yīng)強度大約是4.0×10－5 T，一根長為500 m的電線，電流為10 A，該導(dǎo)線可能受到的磁場力為(　　) A．0　　　　　　　　 B．0.1 N C．0.3 N D．0.4 N 解析：當電流垂直于磁場時，電線所受的安培力最大，為Fmax＝BIL＝0.2 N，因此導(dǎo)線可能受到的磁場力大小是0～0.2 N. 答案：AB 2．有關(guān)磁感應(yīng)強度的下列說法中，正

2、確的是(　　) A．磁感應(yīng)強度是用來表示磁場強弱的物理量 B．若有一小段通電導(dǎo)體在某點不受磁場力的作用，則該點的磁感應(yīng)強度一定為零 C．若有一小段長為l、通以電流I的導(dǎo)體，在磁場中某處受到的安培力為F，則該處磁感應(yīng)強度的大小一定是 D．由定義式B＝可知，電流I越大，導(dǎo)線l越長，某點的磁感應(yīng)強度就越小 解析：A項是磁感應(yīng)強度的物理意義，A正確；由F＝BIlsin θ知，F(xiàn)＝0時，B不一定為零，B錯誤；C項缺乏I⊥B 的條件，故C錯誤；B＝為定義式，B與F、I、l均無關(guān)，D錯誤，故選A. 答案：A 3．(多選)如圖所示是用電子射線管演示帶電粒子在磁場中受洛倫茲力的實驗裝置，圖中虛線是

3、帶電粒子的運動軌跡，那么下列關(guān)于此裝置的說法正確的有 (　　) A．A端接的是高壓直流電源的正極 B．A端接的是高壓直流電源的負極 C．C端是蹄形磁鐵的N極 D．C端是蹄形磁鐵的S極 解析：A端發(fā)射電子，要接高壓直流電源的負極，軌跡向下偏，由左手定則判知，C端是N極． 答案：BC 4．把一根柔軟的螺旋形彈簧豎直懸掛起來，使它的下端剛好跟杯里的水銀面相接觸，并使它組成如圖所示的電路．當開關(guān)S接通后，看到的現(xiàn)象是(　　) A．彈簧向上收縮 B．彈簧被拉長 C．彈簧上下跳動 D．彈簧仍靜止不動 解析：因為通電后，彈簧中每一圈之間的電流是同向的，互相吸引，彈簧縮短，電

4、路就斷開了，一斷開就沒電流了，彈簧就又掉下來，接通電路，之后彈簧重復(fù)前面的運動，故彈簧上下跳動． 答案：C 5．圖中的磁場區(qū)域以豎直虛線為界，兩邊磁感應(yīng)強度B1>B2，當帶電粒子從B1區(qū)域運動到B2區(qū)域后，粒子的(　　) A．速率將減小 B．動能將減小 C．周期將增大 D．周期將減小 解析：粒子只受洛倫茲力作用速率不變、動能不變(洛倫茲力對運動電荷不做功)，由T＝得知，m、q不變，B減小，T增大，只有C選項正確． 答案：C 6. 目前，世界上正在研究一種叫磁流體發(fā)電機的新型發(fā)電機．如圖表示了它的發(fā)電原理：將一束等離子體(高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負電的微粒)噴射入磁場

5、，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓．如果射入的等離子體的初速度為v，兩金屬板的板長(沿初速度方向)為L，板間距離為d，金屬板的正對面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直于離子初速度方向，負載電阻為R，等離子體充滿兩板間的空間．當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，電流表的示數(shù)為I，那么板間等離子體的電阻率為(　　) A. B. C. D. 解析：等離子體做勻速直線運動時，qvB＝q，即U＝Bdv，當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，I＝，r＝ρ，解得ρ＝，故A正確． 答案：A 7．(多選)如圖所示的空間有水平向左的勻強電場E和垂直紙面向里的勻強磁場B，一質(zhì)量m，帶電量q的

6、小環(huán)沿不光滑的豎直絕緣桿自靜止開始下滑，則(　　) A．小環(huán)的加速度不斷減小直至為零 B．小環(huán)的加速度先增大后減小直至為零 C．小環(huán)的速度先增大后減小直至為零 D．小環(huán)的動能不斷增大直至某一最大值 解析：可假設(shè)小環(huán)帶正電來進行分析，小環(huán)水平方向始終靜止，合力為零，豎直方向從靜止開始向下運動，故得： x：qE＝qvB＋N，y：mg－μN＝ma，隨速度v的增大，N先減小到零后又反向增大，a先增大到g后又減小到零再保持不變；當a＝0時速度達到最大值，以后速度保持不變，故BD選項正確． 答案：BD 8．(多選)電磁軌道工作原理如圖所示．待發(fā)射彈炮體可在兩平行軌道之間自由移動，并與軌道保

7、持良好接觸．電流I從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道流回．軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(可視為勻強磁場)，磁感應(yīng)強度的大小與I成正比．通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出．現(xiàn)欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是(　　) A．只將軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍 B．只將電流I增加至原來的2倍 C．只將彈體質(zhì)量減至原來的一半 D．將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變 解析：通電的彈體在安培力作用下加速運動，F(xiàn)安＝BId，B＝kI，故F安∝I2，根據(jù)動能定理F安L＝mv2得v∝I，故選項B、D正確，選項A、C錯誤．或根據(jù)運

8、動學(xué)公式v2＝2aL，也可得出v∝I . 答案：BD 9．(多選)如圖所示，abcd是一個邊長為L的正方形區(qū)域，內(nèi)有磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，方向垂直紙面向里，在ab邊的中點垂直ab方向射入電量為q、質(zhì)量為m的粒子(不計重力)，為使帶電粒子只從ad邊射出，則粒子入射的速度大小可以是(　　) A. B. C. D. 解析：粒子分別以最小速度、最大速度入射時的軌跡如圖①②所示，由①得：2r＝L，r＝L＝，v?。?由②得：r2＝L2＋(r－)2，r＝L＝， v大＝.B、C、D選項的速度在上述速度范圍之內(nèi)，故B、C、D正確． 答案：BCD 10．如圖所示，通電圓線圈套在條形

9、磁鐵右端，磁場對通電線圈作用的結(jié)果是(　　) A．圓面有被拉大的傾向 B．圓面有被壓小的傾向 C．線圈將向上平移 D．線圈將向右平移 解析：線圈處在如圖所示的磁場中，線圈中電流的截面圖上方向外，下方向里，由左手定則知受力如圖所示，則在安培力的作用下，線圈有被壓小的趨勢，F(xiàn)的水平分量將使線圈向左平移，故B正確，A、C、D錯誤． 答案：B 11．1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器．其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是(　　) A．離子由加速器的中心附近離開加速器 B．離子由加速器的邊緣進入加速器 C．離子從磁場中

10、獲得能量 D．離子從電場中獲得能量 解析：回旋加速器的兩個D形盒間隙分布周期性變化的電場，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量；而D形盒處分布有恒定不變的磁場，具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到磁場的洛倫茲力提供的向心力而做圓周運動；洛倫茲力不做功，故不能使離子獲得能量，C錯；離子源在回旋加速器的中心附近，所以正確選項為D. 答案：D 12．(多選)利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測量和自動控制等領(lǐng)域．如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強度B垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD，下列說法中正確的是(　　) A．電勢差UCD僅與材

11、料有關(guān) B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差UCD<0 C．僅增大磁感應(yīng)強度時，電勢差UCD的絕對值變大 D．在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應(yīng)保持水平 解析：若霍爾元件的載流子是自由電子，由左手定則可知，開始時電子向C側(cè)面偏轉(zhuǎn)，則電勢差UCD<0，選項B正確；載流子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡時，設(shè)霍爾元件的長、寬、高分別為a、b、c，則q＝qvB，I＝nqSv＝nqvbc，所以|UCD|＝，電勢差UCD不僅與材料有關(guān)，選項A錯誤；僅增大磁感應(yīng)強度時，電勢差UCD的絕對值變大，選項C正確；在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應(yīng)保持豎直，選項D錯誤．

12、 答案：BC 二、非選擇題(本題共4小題，共52分，按題目要求作答，計算題應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟．只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) 13．(8分)如圖帶電液滴從h高處自由下落，進入一個勻強電場與勻強磁場互相垂直的區(qū)域，磁場方向垂直于紙面，電場強度為E，磁感應(yīng)強度為B，已知液滴在此區(qū)域中做勻速圓周運動，則圓周的半徑是多少？ 解析：由題意知液滴做勻速圓周運動有：qvB＝m，mg＝qE，從場外自由下落，機械能守恒mgh＝mv2，解得r＝. 答案： 14．(14分)某電子天平原理如圖所示，E形磁鐵的兩側(cè)為N極，中心為S極，兩極間

13、的磁感應(yīng)強度大小均為B，磁極寬度均為L，忽略邊緣效應(yīng)．一正方形線圈套于中心磁極，其骨架與秤盤連為一體，線圈兩端C、D與外電路連接．當質(zhì)量為m的重物放在秤盤上時，彈簧被壓縮，秤盤和線圈一起向下運動(骨架與磁極不接觸)，隨后外電路對線圈供電，秤盤和線圈恢復(fù)到未放重物時的位置并靜止，由此時對應(yīng)的供電電流I可確定重物的質(zhì)量．已知線圈匝數(shù)為n，線圈電阻為R，重力加速度為g. (1)供電電流I是從C端還是D端流入？求重物質(zhì)量與電流的關(guān)系． (2)若線圈消耗的最大功率為P，該電子天平能稱量的最大質(zhì)量是多少？ 解析：(1)秤盤和線圈向上恢復(fù)到未放置重物時的位置靜止，說明安培力的方向向上，由左手定則即

14、可判斷出電流的方向是逆時針方向(從上向下看)，電流由C流出，由D流入．兩極間的磁感應(yīng)強度大小均為B，磁極寬度均為L，線圈匝數(shù)為n，左右兩側(cè)受力相等，由F安＝mg和F安＝2nBIL，得m＝I. (2)設(shè)稱量的最大質(zhì)量為m0，由m＝I和P＝I2R，得m0＝. 答案：見解析 15．(14分)如圖所示，在與水平方向成60°角的光滑金屬導(dǎo)軌間連一電源，在相距1 m的平行導(dǎo)軌上放一重為3 N的金屬棒ab，棒上通過3 A的電流，磁場方向豎直向上，這時棒恰好靜止，求： (1)勻強磁場的磁感應(yīng)強度． (2)ab棒對導(dǎo)軌的壓力． (3)若要使B取值最小，其方向應(yīng)如何調(diào)整？并求出最小值． 解析：(

15、1)棒靜止時，其受力如圖所示 則有：F＝Gtan 60°，即BIL＝Gtan 60°， B＝＝T. (2)ab棒對導(dǎo)軌的壓力與N大小相等N＝＝6 N. (3)若要使B取值最小，即安培力F最?。@然當F平行于斜面向上時，F(xiàn)有最小值，此時B應(yīng)垂直斜面向上，且有：F＝Gsin 60°，所以BminIL＝Gsin 60°，Bmin＝＝ T. 答案：(1) T　(2)6 N　(3)B應(yīng)垂直斜面向上　 T 16．(16分)如圖所示，在水平線ab的下方有一勻強電場，電場強度為E，方向豎直向下，ab的上方存在勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B，方向垂直紙面向里．磁場中有一內(nèi)、外半徑分別為R、R的半圓環(huán)形

16、區(qū)域，外圓與ab的交點分別為M、N.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負電粒子在電場中P點靜止釋放，由M進入磁場，從N射出．不計粒子重力． (1)求粒子從P到M所用的時間t； (2)若粒子從與P同一水平線上的Q點水平射出，同樣能由M進入磁場，從N射出．粒子從M到N的過程中，始終在環(huán)形區(qū)域中運動，且所用的時間最少，求粒子在Q時速度v0的大?。? 解析：(1)設(shè)粒子在磁場中運動的速度大小為v，所受洛倫茲力提供向心力，有 qvB＝m ① 設(shè)粒子在電場中運動所受電場力為F，有 F＝qE ② 設(shè)粒子在電場中運動的加速度為a，根據(jù)牛頓第二定律有F＝ma ③ 粒子在電場中做初速度為零的勻加速直

17、線運動，有 v＝at ④ 聯(lián)立①②③④式得 t＝ ⑤ (2)粒子進入勻強磁場后做勻速圓周運動，其周期與速度、半徑無關(guān)，運動時間只由粒子所通過的圓弧所對的圓心角的大小決定．故當軌跡與內(nèi)圓相切時，所用的時間最短．設(shè)粒子在磁場中的軌跡半徑為r′，由幾何關(guān)系可得 (r′－R)2＋(R)2＝r′2 ⑥ 設(shè)粒子進入磁場時速度方向與ab的夾角為θ，即圓弧所對圓心角的一半，由幾何關(guān)系知 tan θ＝ ⑦ 粒子從Q射出后在電場中做類平拋運動，在電場方向上的分運動和從P釋放后的運動情況相同，所以粒子進入磁場時沿豎直方向的速度同樣為v.在垂直于電場方向上的分速度始終等于v0，由運動的合成和分解可得 tan θ＝ ⑧ 聯(lián)立①⑥⑦⑧式得 v0＝ ⑨ 答案：(1)　(2) LK - 9 -