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第三單元 磁場(chǎng)
注意事項(xiàng):
1.答題前,先將自己的姓名、準(zhǔn)考證號(hào)填寫在試題卷和答題卡上,并將準(zhǔn)考證號(hào)條形碼粘貼在答題卡上的指定位置。
2.選擇題的作答:每小題選出答案后,用2B鉛筆把答題卡上對(duì)應(yīng)題目的答案標(biāo)號(hào)涂黑,寫在試題卷、草稿紙和答題卡上的非答題區(qū)域均無效。
3.非選擇題的作答:用簽字筆直接答在答題卡上對(duì)應(yīng)的答題區(qū)域內(nèi)。寫在試題卷、草稿紙和答題卡上的非答題區(qū)域均無效。
4.考試結(jié)束后,請(qǐng)將本試題卷和答題卡一并上交。
一、單項(xiàng)選擇題(本大題共10小題,每小題4分,共40分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中只有一個(gè)選項(xiàng)正確)
1. 下列說法錯(cuò)誤的是( )
A. 奧斯特首先發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)
B. 安培發(fā)明了電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向的判定方法
C. 安培首先提出了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷有力的作用
D. 安培首先提出了分子電流假說
2. 關(guān)于磁場(chǎng),以下說法正確的是( )
A. 電流在磁場(chǎng)中某點(diǎn)不受磁場(chǎng)力作用,則該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零
B. 磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,根據(jù)公式,它跟F、I、L都有關(guān)
C. 磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向
D. 磁場(chǎng)中任一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度等于磁通密度,即垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的單位面積的磁通量
3.如圖所示,通電螺線管ab外部的小磁針N極指向右方,若在螺線管內(nèi)部的c點(diǎn)也放進(jìn)一個(gè)小磁針,則以下判斷正確的是( )
A.a(chǎn)端接電源負(fù)極,c點(diǎn)處小磁針N極指向左方
B.a(chǎn)端接電源負(fù)極,c點(diǎn)處小磁針N極指向右方
C.a(chǎn)端接電源正極,c點(diǎn)處小磁針N極指向右方
D. a端接電源正極,c點(diǎn)處小磁針N極指向左方
4.圖中a、b、c為三根與紙面重直的固定長(zhǎng)直導(dǎo)線,其截面位于等邊三角形的三個(gè)項(xiàng)點(diǎn)上,bc沿水平方向,導(dǎo)線中均通有大小相等的電流,方向如圖所示,O點(diǎn)為三角形的中心(O到三個(gè)頂點(diǎn)的距離相等),則( )
A.O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零
B.O點(diǎn)的磁場(chǎng)方向垂直O(jiān)c向下
C.導(dǎo)線a受到的安培力方向豎直向上
D.導(dǎo)線b受到的安培力方向沿bc連線方向指向c
5.如圖所示,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,有一矩形線圈abcd,且ab = L1,ad = L2,通有逆時(shí)針方向的電流I,讓它繞cd邊轉(zhuǎn)過某一角度時(shí),使線圈平面與磁場(chǎng)夾角為θ,則( )
A.穿過線圈的磁通量為Φ = BL1L2sin θ
B.穿過線圈的磁通量為Φ = BL1L2cos θ
C.cd邊受到的安培力為F = BIL1sin θ
D.a(chǎn)b邊受到的安培力為F = BIL1cos θ
6. 如圖所示,在傾角為α的光滑斜面上,垂直紙面放置一根長(zhǎng)為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的直導(dǎo)體棒。當(dāng)導(dǎo)體棒中的電流I垂直紙面向里時(shí),欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上,可將導(dǎo)體棒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,當(dāng)外加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向在紙面內(nèi)由豎直向上逆時(shí)針轉(zhuǎn)至水平向左的過程中,保持導(dǎo)體棒靜止,關(guān)于B的大小的變化,正確的說法是( )
A. 逐漸增大 B. 逐漸減小
C. 先減小后增大 D. 先增大后減小
7. 一帶正電荷的小球沿光滑、水平、絕緣的桌面向右運(yùn)動(dòng),如圖所示,速度方向垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)。小球飛離桌面后,最終落在水平地面上。設(shè)飛行時(shí)間為t1,水平射程為s1,著地速率為v1?,F(xiàn)撤去磁場(chǎng),其他條件不變,小球飛行時(shí)間為t2,水平射程為s2,著地速率為v2,則有( )
A .v1>v2 B. v1=v2
C. s1=s2 D. t1
s2,t1>t2,C、D錯(cuò)。
8.【答案】A
【解析】從第一磁場(chǎng)進(jìn)入后一磁場(chǎng)的帶電粒子一定滿足Eq = Bqv,即,這些粒子速度相同。而在后一磁場(chǎng)中,,由于v、B相同,而R不同,所以比荷不同,故選項(xiàng)A正確。
9.【答案】C
【解析】如圖所示,當(dāng)斜向上射入時(shí),粒子恰好垂直PQ射出磁場(chǎng),根據(jù)幾何關(guān)系可知,當(dāng)斜向下射入時(shí),粒子恰好不從右邊界射出,即與邊界相切,根據(jù)幾何關(guān)系可得,解兩式可得R =2a,帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù),可得。當(dāng)斜向下射入時(shí),粒子恰好不從右邊界射出,即與邊界相切,根據(jù)幾何關(guān)系可知此時(shí)對(duì)應(yīng)的圓心角為120,所以用時(shí)間為,故C對(duì)。
10.【答案】D
【解析】當(dāng)泵體上表面接電源的負(fù)極時(shí),電流從下向上流過泵體,這時(shí)受到的磁場(chǎng)力水平向右,不會(huì)拉動(dòng)液體,故A錯(cuò)誤;根據(jù)安培力公式F =BIL2 ,故B錯(cuò)誤;根據(jù)電阻定律,泵體內(nèi)液體的電阻,因?yàn)殡娐窞榉羌冸娮桦娐罚粤鬟^泵體的電流,電源提供的功率,故C錯(cuò)誤;若t時(shí)間內(nèi)抽取液體的質(zhì)量為m,根據(jù)能量守恒定律,則這部分液體離開泵時(shí)的動(dòng)能為,故D正確。
二、多項(xiàng)選擇題(本大題共5小題,每小題,4分,共20分。每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中有多個(gè)選項(xiàng)正確,全部選對(duì)得4分,選對(duì)但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分)
11.【答案】CD
【解析】?jī)赏妼?dǎo)體有相互作用的原因是通過磁體之間的磁場(chǎng)的作用產(chǎn)生的,故A錯(cuò)誤;通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因是電流的周圍存在磁場(chǎng),與分子電流無關(guān),故B錯(cuò)誤;安培提出的分子環(huán)形電流假說,解釋了為什么磁體具有磁性,說明了磁現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì),故C正確;安培認(rèn)為,在原子、分子或分子團(tuán)等物質(zhì)微粒內(nèi)部,存在著一種環(huán)形電流—分子電流,分子電流使每個(gè)物質(zhì)微粒都形成一個(gè)微小的磁體,未被磁化的物體,分子電流的方向非常紊亂,對(duì)外不顯磁性;磁化時(shí),分子電流的方向大致相同,于是對(duì)外界顯出顯示出磁性,故D正確。
12. 【解析】如圖乙所示,O1和O2分別為兩粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)從P、Q兩點(diǎn)射出的粒子的軌跡所在圓的圓心,由圖可以看出兩圓心角相等,由于兩粒子比荷相等,據(jù)知兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期相等,所以兩粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一樣長(zhǎng)。從Q點(diǎn)射出的粒子半徑大,根據(jù)知,其速度也大。
【答案】AD
13.【解析】帶電小球一定帶正電荷,從a點(diǎn)滑下時(shí),靜電力qE和洛倫茲力qvB的方向均向上,它們的合力與重力mg平衡,因此在板間做勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小球從較低的b點(diǎn)滑下到達(dá)P點(diǎn)時(shí)的速度vqE+qvB,帶電小球的軌跡將向下彎曲,重力做正功,則帶電小球的動(dòng)能增大,A正確;靜電力做負(fù)功,洛倫茲力不做功,電勢(shì)能將增大,B正確;小球所受靜電力大小和方向都不會(huì)改變,而由于動(dòng)能增大,則小球所受洛倫茲力將會(huì)增大,C、D錯(cuò)誤。
【答案】AB
14.【答案】CD
【解析】帶電粒子在磁場(chǎng)中向左偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則,知該粒子帶正電,A錯(cuò)誤;所有打在A1A2上的粒子,在磁場(chǎng)B?中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等于,,則,與帶電粒子的比荷有關(guān),B錯(cuò)誤;粒子經(jīng)過速度選擇器時(shí)所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡,有:,則,C正確;經(jīng)過速度選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)B?的粒子速度相等,根據(jù)知,粒子打在A1A2上的位置越靠近P,則半徑越小,粒子的比荷越大,D正確。
15.【答案】BD
【解析】帶電粒子只有經(jīng)過A、C板間時(shí)被加速,即帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次,電場(chǎng)的方向沒有改變,故B、D正確;根據(jù)知,,所以,故C錯(cuò)誤;當(dāng)粒子從D形盒中出來時(shí),速度最大,根據(jù)知加速粒子的最大速度與D形盒的半徑有關(guān),所以A錯(cuò)誤。
四、計(jì)算題(本大題共4小題,共40分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟,只寫出最后答案的不能得分。有數(shù)值計(jì)算的題,答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)
16. (6分)
解:(1) A,方向由b指向a。
(2) F安=BIL=0.40 N。
(3)導(dǎo)體棒受力如圖所示,有:F1=mgsin 37=0.30 N
F1<F安,導(dǎo)體棒靜止,根據(jù)平衡條件得:F1+Ff =F安
解得:Ff =0.10 N
方向沿導(dǎo)軌平面向下。
17.(10分)
【解析】(1)在加速電場(chǎng)中有:
可得:
在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中,設(shè)飛行時(shí)間為t,加速度為a,豎直分速度為vy,則
水平方向有:L = vt
豎直方向有:vy = at,,
聯(lián)立可得:。
(2)電子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,如圖所示,設(shè)軌跡圓的半徑為R,則有:
由幾何關(guān)系得:
聯(lián)立可得:
由上式可知增大偏轉(zhuǎn)角θ?的方法有:保持其他條件不變時(shí),或增加磁感應(yīng)強(qiáng)度B,或增加圓形磁場(chǎng)的半徑r,或減小加速電壓U等。
18.(12分)
【解析】(1)微粒進(jìn)入磁場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)軌道半徑為r,由牛頓第二定律有:
由幾何關(guān)系知:r = h
代入數(shù)據(jù)解得:B = 0.01 T。
(2)設(shè)微粒在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t, 加速度為a,做類平拋運(yùn)動(dòng)
水平方向:L = vt
豎直方向:qE = ma
代入數(shù)據(jù)解得:t = 210-4 s,L = 2 m。
(3)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為:
粒子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的總時(shí)間:t總 = t1 + t = 5.1410-4 s。
19. (12分)
【解析】(1)若粒子經(jīng)時(shí)間恰好垂直打在CD上,粒子的軌跡必定為3個(gè)四分之一圓周,如圖,由幾何關(guān)系得,運(yùn)動(dòng)半徑
由洛倫茲力提供向心力得:
運(yùn)動(dòng)中的加速度為:
聯(lián)立解得:,。
(2)若要使粒子恰能沿DC方向通過C點(diǎn),粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間必定為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期的整數(shù)倍,根據(jù)運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性可得,軌道半徑 (n =0、1、2、3、…)
由由洛倫茲力提供向心力得:
解得:(n =0、1、2、3、…)
粒子圓周運(yùn)動(dòng)周期為:
磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的周期:T0 = T
解得: (n =0、1、2、3、…)。
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