磁场章末检测
高中物理必修三 新教材 讲义 章末测评验收卷(五)
章末测评验收卷(五)(时间：75分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。
)1.光子的能量与其()A.频率成正比B.波长成正比C.速度成正比D.速度平方成正比答案A解析根据E＝hν＝hcλ可知，光子的能量与频率成正比，与波长成反比，A正确。
2.磁场中某区域的磁感线如图所示，则()A.B a>B bB.B a<B bC.a处没有磁感线，所以磁感应强度为零D.a处没有磁感线，所以磁感应强度的方向不确定答案B解析磁感线的疏密表示磁场的强弱，所以B a<B b，故A错误，B正确；磁感线是用来描述磁场的，但不可能在存在磁场的区域内全部画磁感线，a处虽然没有磁感线，但a处的磁感应强度的大小与方向都是确定的，故C、D错误。
3.下列各图中，已标出电流及电流的磁场方向，其中正确的是()答案D解析A图中，由于电流的方向竖直向上，根据安培定则知，磁场方向应该左边垂直纸面向外，右边垂直纸面向里，A错误；B图中，直线电流的方向竖直向上，根据安培定则知，直线电流形成的磁场方向(从上向下看)为逆时针方向，B错误；C图中，根据安培定则，螺线管内部的磁场方向向右，C错误；D图中，从上往下看，线框的电流方向为逆时针方向，根据安培定则知，磁场的方向向上，D正确。
4.如图所示，将一圆面放入匀强磁场中，且与磁感线夹角为30°。
若已知圆面面积为3.0×10－4 m2，穿过该圆面的磁通量为3.0×10－5 Wb，则此匀强磁场的磁感应强度B等于()A.2.0 TB.0.2 TC.0.1 TD.0.05 T答案B解析磁通量Φ＝BS sin 30°，则有B＝ΦS sin 30°＝0.2 T，故A、C、D错误，B正确。
5.线圈从磁体上方由位置1经位置2平移到位置3的过程中，(位置2在磁铁中点的正上方)穿过线圈的磁通量()A.不变，没有感应电流B.先减小后增大，一直有感应电流C.先增大后减小，一直有感应电流D.在位置2为零，此时没有感应电流答案B解析由条形磁体磁感线分布可知，线圈在位置1有磁感线穿过，在位置2线圈平面同一侧穿入与穿出的磁感线条数相同，即磁通量为0，在位置3有磁感线穿过，线圈从磁体上方由位置1经位置2平移到位置3的过程中，穿过线圈的磁通量先减小后增大，且在经位置2时线圈的磁通量仍在变化，此时仍有感应电流，故A、C、D错误，B正确。
章末检测试卷(三)
章末检测试卷(三)(满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．某小型发电机产生的感应电动势为e＝50·sin (100πt) V．对此电动势，下列表述正确的是()A．最大值是50 2 V B．频率是100 HzC．有效值是25 V D．周期是0.02 s2．在变电站里，经常要用交流电表去监测电网上的高电压，所用的器材叫电压互感器．如下所示的四个图中，能正确反映其工作原理的是()3．一矩形线圈绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴匀速转动，产生的正弦式交变电压的波形图如图所示，下列说法正确的是()A．交变电压的最大值是220 VB．线圈转动的周期是1 sC．第2 s末通过线圈的磁通量绝对值最大D．第2 s末通过线圈的磁通量变化率绝对值最大4．电站向某地输送5 000 kW的电功率，输电线上损耗的电功率为100 kW，如果把输电电压提高为原来的10倍，同时将输电线的横截面积减为原来的一半，而输送的电功率不变，那么输电线损耗的电功率为()A．0.2 kW B．0.5 kWC．2.0 kW D．5.0 kW5.如图所示，理想变压器原、副线圈的匝数比n1∶n2＝1∶3，副线圈回路中接入三个均标有“36 V40 W”的灯泡，且均正常发光，那么，标有“36 V40 W”的小灯泡A()A．也正常发光B．将被烧毁C．比另外三个灯泡暗D．无法确定6.如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，R0为定值电阻，R是滑动变阻器，原线圈两端的输入电压u＝200sin 100πt (V)，设理想交流电压表V1、V2的示数分别是U1、U2；理想交流电流表A1、A2的示数分别是I1、I2.下列说法正确的是()A．电压表V2的示数U2＝20 VB．滑片P向b端滑动过程中，U2不变，I2变大C．滑片P向b端滑动过程中，U1变小，I1变大D．通过原、副线圈的交变电流频率之比为10∶17．(2020·浙江7月选考)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P＝100 kW，发电机的电压U1＝250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线＝8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4＝220 V．已知输电线上损失的功率P线＝5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是()A．发电机输出的电流I1＝40 AB．输电线上的电流I线＝625 AC．降压变压器的匝数比n3∶n4＝190∶11D．用户得到的电流I4＝455 A8．(2021·南昌市第一中学高二期中)在如图甲所示的电路中，ab两端接入图乙所示的电压，副线圈接火灾报警系统(报警器未画出)，图中电压表和电流表均为理想电表，电压表的示数为22 V，D为理想二极管，R0为定值电阻，L为电阻恒定的指示灯，R T为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小．下列说法中正确的是()A ．理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1B ．若R T 处出现火灾时，电压表示数不变，电流表示数将变小C ．若R T 处出现火灾时，指示灯L 将变暗D ．若只将原线圈的理想二极管去掉，则电压表的示数会变为原来的2倍二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9．图甲是一台小型发电机的结构示意图，线圈逆时针转动，产生的电动势e 随时间t 变化的正弦规律图像如图乙所示．发电机线圈的电阻r ＝2 Ω，外接灯泡的电阻为10 Ω.则( )A ．在t ＝0.01 s 时刻，穿过线圈的磁通量最大B ．理想电压表的示数为6 VC ．灯泡消耗的电功率为2.5 WD ．线圈转动产生电动势的表达式e ＝602sin 50πt V10．(2021·张家口市上学期期中)如图所示，处在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B 的匀强磁场中的矩形线框MNPQ ，以恒定的角速度ω绕对角线NQ 转动．已知MN 长为l 1，NP 长为l 2，线框电阻为R ，t ＝0时刻线框平面与纸面重合，下列说法正确的是( )A ．矩形线框产生的感应电动势有效值为22Bl 1l 2ω B ．矩形线框转过π时的电流为零C ．矩形线框转动一周，通过线框任意横截面的电荷量为Bl 1l 2RD ．矩形线框转过π过程中产生的热量为πB 2l 12l 22ω2R11．如图甲所示是调压变压器的原理图，线圈AB 绕在一个圆形的铁芯上，总匝数为1 000.AB 间加上如图乙所示的正弦交变电压，移动滑动触头P 的位置，就可以调节输出电压．在输出端连接了滑动变阻器R 和理想交流电流表，滑动变阻器的滑动触头为Q .已知开始时滑动触头Q 位于滑动变阻器的最下端，且BP 间线圈匝数刚好是500，滑动变阻器的最大阻值等于72 Ω.则下列说法正确的是( )A ．开始时，电流表示数为0.25 2 AB ．开始时，流过R 的交流电频率为25 HzC ．保持P 的位置不动，将Q 向上移动时，R 消耗的功率变大D ．保持Q 的位置不动，将P 沿逆时针方向转动少许，R 消耗的功率变大12．图甲是家用燃气灶点火装置的原理图，转换器将直流电转化为如图乙所示的正弦式交变电流，并加在一理想变压器的原线圈上，变压器原、副线圈的匝数分别为n 1和n 2，电压表为理想交流电表．当变压器副线圈两端的电压的瞬时值达到5 000 V 时，就会在钢针和金属板间引起电火花．下列说法正确的是( )A ．开关闭合时电压表的示数为5 VB ．相比副线圈，原线圈须用较粗的导线绕制C ．要实现点火，原、副线圈的匝数比需满足n 1n 2≤11 000D ．若能实现点火，钢针在交变电流一个周期内至少可以点火2次 三、非选择题(本题共5小题，共52分)13．(8分)在“探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系”的实验中， (1)下列器材需要的有________． A ．干电池组 B ．滑动变阻器 C ．直流电压表 D ．多用电表E ．学生电源(2)在实验中，某同学保持原线圈的电压以及副线圈的匝数不变，仅增加原线圈的匝数，副线圈两端的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)．(3)如图，当在左侧线圈“0”“16”间接入9 V 电压时，右侧线圈“0”“4”接线柱间输出电压可能是______．A ．3.1 VB ．2.5 VC ．1.7 V14.(8分)如图所示，圆形线圈共100匝，半径为r ＝0.1 m ，在匀强磁场中绕过直径的轴OO ′匀速转动，磁感应强度B ＝0.1 T ，角速度为ω＝300πrad/s ，电阻为R ＝10 Ω，求：(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流大小；(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图所示，图示位置为t ＝0时刻)； (3)线圈转动过程中的热功率．15．(10分)(2021·洛阳市高二上期末)如图所示，理想变压器原线圈匝数n 1＝800，副线圈匝数n 2＝200，灯泡A 标有“5 V 2 W ”，电动机D 的线圈电阻为1 Ω.将交变电压u ＝1002sin 100πt (V)加到理想变压器原线圈两端，灯泡恰能正常发光，求：(1)副线圈两端电压； (2)电动机D 消耗的电功率．16.(12分)如图是一个小型应急交流发电机，内部为匝数n＝50、边长L＝20 cm的正方形线圈，总电阻为r＝1 Ω.线圈在磁感应强度为B＝0.1 T的匀强磁场中，绕垂直于磁感线的轴匀速转动．发电机对一电阻为R＝9 Ω的电灯供电，线路中其他电阻不计，若发电机的转动角速度为ω＝100 rad/s时，电灯正常发光．求：(1)交流发电机产生的电动势的最大值；(2)电灯正常发光的功率；(3)从图示位置开始，线圈转过30°的过程中，通过电灯的电荷量；(4)线圈每转动一分钟，外力所需做的功．17．(14分)(2021·南通市高二上期末)如图所示，用一小型交流发电机向远处用户供电，已知发电机线圈abcd匝数N＝100，面积S＝0.03 m2，线圈匀速转动的角速度ω＝100π rad/s，匀强磁场的磁感应强度B＝2πT．输电时先用升压变压器将电压升高，到达用户区再用降压变压器将电压降下来后供用户使用，输电导线的总电阻为R＝10 Ω，变压器都是理想变压器，降压变压器原、副线圈的匝数比为n3∶n4＝10∶1.若用户区标有“220 V8.8 kW”的电动机M恰能正常工作，发电机线圈电阻r不可忽略．求：(1)交流发电机产生感应电动势的最大值E m；(2)输电线路上损耗的电功率ΔP；(3)若升压变压器原、副线圈匝数比为n1∶n2＝1∶8，求升压变压器原线圈两端的电压U1.。
2024届高考一轮总复习章末检测卷：第二章 研究物体间的相互作用物理核心考点试题
2024届高考一轮总复习章末检测卷：第二章 研究物体间的相互作用物理核心考点试题一、单项选择题（本题包含8小题，每小题4分，共32分。
在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）(共8题)第(1)题如图（a）所示，太阳系外行星M、N均绕恒星Q做同向匀速圆周运动。
由于N的遮挡，行星M被Q照亮的亮度随时间做如图（b）所示的周期性变化，其中为N绕Q运动的公转周期。
则两行星M、N运动过程中相距最近时的距离与相距最远时的距离之比为（ ）A．B．C．D．第(2)题有一透明材料制成的空心球体，内径是R，外径是2R，其过球心的某截面（纸面内）如图所示，一束单色光（纸面内）从外球面上A点以入射角i射入，经折射后恰好与内球面相切于B点，光线在材料中的折射率为，已知光速为c，不考虑多次反射。
下列说法正确的是（ ）A．入射角i=30°B．单色光在该材料中的传播时间为C．单色光在该材料内球面恰好发生全反射时，从A点射入的光线与AO直线的夹角D．单色光在该材料内球面恰好发生全反射时，从A点射入的光线与AO直线的夹角第(3)题如图所示，空间存在垂直纸面向外的环形匀强磁场，磁感应强度为B，磁场内外边界为两个同心圆，半径分别为R、3R。
现有质量为m电荷量为q的粒子，沿半径方向垂直于磁场进入环形区域，粒子恰好不能进入小圆区域，不计重力。
则粒子在磁场中运动的（）A．轨道半径为1.5R B．轨道半径为3RC．运动时间为D．运动时间为第(4)题如图所示，光滑圆环轨道竖直固定放置，轨道半径为R。
一小球从最低点以水平速度v0沿轨道运动，在某位置脱离轨道后，恰好经过圆环轨道的圆心。
已知重力加速度为g，不计空气阻力，则v0的大小为（ ）A．B．C．D．第(5)题如图所示，某同学用电磁铁吸附铁质小球，断开电磁铁的电源，小球自由下落，从计时器上可读出小球通过光电门的时间，下列说法正确的是（ ）A．若仅增加下落高度，小球通过光电门的时间变小B．若仅增加下落高度，小球通过光电门的时间不变C．若仅更换半径更小的小球，小球通过光电门的时间不变D．若仅更换半径更小的小球，小球通过光电门的时间变大第(6)题如图所示为汽车内常备的一种菱形千斤顶的原理图，摇动手柄，使螺旋杆转动，A、B间距离发生改变，从而实现重物的升降。
高中物理第三章磁场章末复习课达标检测含解析粤教版3_1
章末复习课【知识体系】磁场错误![答案填写]错误!BS投影面积左手定则相吸相斥qvB错误!错误!主题1磁场对电流的作用——安培力1．分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤．（1)画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况．（2）用左手定则确定各段通电导线所受安培力．(3)据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况．2．注意问题．（1)公式F＝BIL中L为导线的有效长度．（2)安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心．(3）安培力做功：做功的结果将电能转化成其他形式的能．【典例1】如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L.匀强磁场磁感应强度为B.金属杆长为L,质量为m，水平放在导轨上．当回路总电流为I1时，金属杆正好能静止．则（1)这时B至少多大？B的方向如何？（2）若保持B的大小不变而将B的方向改为竖直向上，应把回路总电流I2调到多大才能使金属杆保持静止？解析:解这类题时必须先画出截面图，只有在截面图上才能正确表示各力的准确方向，从而理清各矢量方向之间的关系．（1)画出金属杆的截面图．由三角形定则得,只有当安培力方向沿导轨平面向上时安培力才最小，B也最小．根据左手定则，这时B应垂直于导轨平面向上，大小满足BI1L＝mg sin α，B＝错误!。
（2)当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水平向右，要使金属杆保持静止，应使沿导轨方向的合力为零，得BI2L cos α＝mg sin α，I2＝错误!.答案:(1）错误!垂直于导轨平面向上(2）错误!针对训练1。
质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上，通过MN的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成θ角斜向下，如图所示．求棒MN受到的支持力和摩擦力．解析：由左手定则判断安培力的方向时，要注意安培力的方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向，垂直于电流方向和磁场方向所决定的平面，棒MN受力分析如图所示。
由平衡条件有水平方向F f＝F sin θ，竖直方向F N＝F cos θ＋mg.且F＝BIL，从而得F f＝BIL sin θ。
《步步高》高中物理(人教选修3-1)配套章末检测卷：第三章磁场(含解析)
章末检测卷(三)(时间：90分钟 满分：100分)一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分) 1．关于磁感应强度B ，下列说法中正确的是( )A ．磁场中某点B 的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关 B ．磁场中某点B 的方向，跟该点处试探电流元所受磁场力的方向一致C ．在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时，该点B 值大小为零D ．在磁场中磁感线越密集的地方，B 值越大 答案 D解析 磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定，与试探电流元无关．而磁感线可以描述磁感应强度的强弱，疏密程度表示大小．2．关于带电粒子在电场或磁场中运动的表述，以下正确的是( ) A ．带电粒子在电场中某点受到的电场力方向与该点的电场强度方向相同 B ．正电荷只在电场力作用下，一定从高电势处向低电势处运动 C ．带电粒子在磁场中运动时受到的洛伦兹力方向与粒子的速度方向垂直 D ．带电粒子在磁场中某点受到的洛伦兹力方向与该点的磁场方向相同 答案 C解析 当带电粒子带负电时，在电场中某点受到的电场力方向与该点的电场强度方向相反，当带电粒子带正电时，受到的电场力方向与该点的电场强度方向相同，故A 错误；由U AB ＝Wq 知，若电场力的方向与运动方向相反，电场力做负功，则正电荷将从低电势处向高电势处运动，故B 错误；根据左手定则，带电粒子在磁场中运动时受到的洛伦兹力方向一定与速度的方向垂直．故C 正确，D 错误．所以选C.3．在雷雨天气时，空中有许多阴雨云都带有大量电荷，在一楼顶有一避雷针，其周围摆放一圈小磁针，当避雷针正上方的一块阴雨云对避雷针放电时，发现避雷针周围的小磁针的S 极呈顺时针排列(俯视)，则该块阴雨云可能带( ) A ．正电荷B ．负电荷C ．正、负电荷共存D ．无法判断答案 B解析 小磁针的S 极顺时针排列，说明磁场方向为逆时针，由安培定则可知，电流方向为竖直向上，即该阴雨云带负电荷，故选项B 正确．4．取两个完全相同的长导线，用其中一根绕成如图1(a)所示的螺线管，当该螺线管中通以电流强度为I 的电流时，测得螺线管内中部的磁感应强度大小为B ，若将另一根长导线对折后绕成如图(b)所示的螺旋管，并通以电流强度也为I的电流时，则在螺线管内中部的磁感应强度大小为()图1A．0 B．0.5BC．B D．2B答案 A解析用双线绕成的螺丝管，双线中的电流刚好相反，其在周围空间产生的磁场相互抵消，所以螺线管内中部磁感应强度为零．5．如图所示，直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，能静止在光滑斜面上的是()答案 A6.如图2所示，空间存在水平向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场内有一绝缘的足够长的直杆，它与水平面的倾角为θ，一带电荷量为－q、质量为m的带负电小球套在直杆上，从A点由静止沿杆下滑，小球与杆之间的动摩擦因数μ<tan θ.则在下图中小球运动过程中的速度—时间图象可能是()图2答案 C解析带电小球静止时受到竖直向下的重力G、垂直斜面向上的支持力F N和沿斜面向上的摩擦力F f，小球下滑后，再受到一个垂直斜面向上的洛伦兹力F，沿斜面方向有：mg sin θ－μ(mg cos θ－F )＝ma ，在垂直于斜面方向有：F N ＋F ＝mg cos θ，由于球加速运动，据F ＝q v B ，F 增大而支持力F N 减小，据F f ＝μF N ，摩擦力减小，导致加速度a 增加；当速度v 增到某个值时，mg cos θ－F ＝0，有mg sin θ＝ma ，此时加速度最大；此后，F ＞mg cos θ，支持力F N 反向，且速度继续增大，支持力F N 增大，摩擦力F f 也随着增大，最后出现mg sin θ＝F f ，之后小球匀速下滑；所以只有C 选项正确．7.如图3所示，带电粒子以初速度v 0从a 点进入匀强磁场，运动过程中经过b 点，Oa ＝Ob .若撤去磁场加一个与y 轴平行的匀强电场，带电粒子仍以速度v 0从a 点进入电场，仍能通过b 点，则电场强度E 和磁感应强度B 的比值为( )图3A ．v 0 B.10 C ．2v 0 D.v 02答案 C解析 设Oa ＝Ob ＝d ，因带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，所以圆周运动的半径正好等于d 即d ＝m v 0qB ，得B ＝m v 0qd.如果换成匀强电场，带电粒子做类平抛运动，那么有d ＝qE 2m (dv 0)2得E ＝2m v 02qd ，所以E B＝2v 0.选项C 正确．二、不定项选择题(本题共5小题，每小题4分，共20分，在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)8．我国第21次南极科考队在南极观看到了美丽的极光．极光是由来自太阳的高能带电粒子流高速冲进高空稀薄大气层时，被地球磁场俘获，从而改变原有运动方向，向两极做螺旋运动(如图4所示)，这些高能粒子在运动过程中与大气分子或原子剧烈碰撞或摩擦从而激发大气分子或原子，使其发出有一定特征的各种颜色的光．地磁场的存在，使多数宇宙粒子不能到达地面而向人烟稀少的两极偏移，为地球生命的诞生和维持提供了天然的屏障．科学家发现并证实，向两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与下列哪些因素有关( )图4A ．洛伦兹力对粒子做负功，使其动能减小B ．空气阻力做负功，使其动能减小C ．靠近南北两极，磁感应强度增强D ．以上说法都不对 答案 BC解析 洛伦兹力不做功，空气阻力做负功．由r ＝m v qB 得B ＝m vqr ，速率减小，B 增大，所以半径减小．9．如图5所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D 形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(21H)和氦核(42He)．下列说法中正确的是( )图5A ．它们的最大速度相同B ．它们的最大动能相同C ．它们在D 形盒中运动的周期相同D ．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 答案 AC10．如图6所示，带电平行板间匀强电场方向竖直向下，匀强磁场方向水平向里，一带电小球从光滑绝缘轨道上的a 点自由滑下，经过轨道端点P 进入板间恰好沿水平方向做直线运动．现使球从轨道上较低的b 点开始滑下，经P 点进入板间，在之后运动的一小段时间内( )图6A ．小球的重力势能可能会减小B ．小球的机械能可能不变C ．小球的电势能一定会减少D ．小球动能可能减小 答案 AC11.为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图7所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口，在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B 的匀强磁场，在前、后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U .若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )图7A ．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B ．前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多少无关C ．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D ．污水流量Q 与U 成正比，与a 、b 无关 答案 BD解析 由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向后表面偏，负离子向前表面偏，前表面的电势一定低于后表面的电势，流量Q ＝V t ＝v bctt ＝v bc ，其中v 为离子定向移动的速度，当前后表面电压一定时，离子不再偏转，所受洛伦兹力和电场力达到平衡，即q v B ＝U b q ，得v ＝UbB ，则流量Q ＝U Bb bc ＝UBc ，故Q 与U 成正比，与a 、b 无关．12.如图8所示为圆柱形区域的横截面，在该区域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场．带电粒子(不计重力)第一次以速度v 1沿截面直径入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转60°角；该带电粒子第二次以速度v 2从同一点沿同一方向入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转90°角．则带电粒子第一次和第二次在磁场中运动的( )图8A ．半径之比为3∶1B ．速度之比为1∶ 3C ．时间之比为2∶3D ．时间之比为3∶2答案 AC解析 设磁场半径为R ，当第一次以速度v 1沿截面直径入射时，根据几何知识可得：r 12R ＝cos 30°，即r 1＝3R .当第二次以速度v 2沿截面直径入射时，根据几何知识可得：r 2＝R ，所以r 1r 2＝31，A 正确．两次情况下都是同一个带电粒子在相等的磁感应强度下运动的，所以根据公式r ＝m v Bq ，可得v 12＝r 1r 2＝31，B 错误．因为周期T ＝2πmBq ，与速度无关，所以运动时间比为t 1t 2＝60°360° T 90°360°T ＝23，C 正确，D 错误．故选A 、C.三、计算题(本题共4小题，共52分)13．(10分)如图9所示，在倾角为37°的光滑斜面上水平放置一条长为0.2 m 的直导线PQ ，两端以很软的导线通入5 A 的电流．当有一个竖直向上的B ＝0.6 T 的匀强磁场时，PQ 恰好平衡，则导线PQ 的重力为多少？(sin 37°＝0.6)图9答案 0.8 N解析 对PQ 画出截面图且受力分析如图所示 由平衡条件得F 安＝mg tan 37°，又F 安＝BIL 代入数据得G ＝mg ＝BIL tan 37°＝0.6×5×0.23/4N ＝0.8 N14．(12分)电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术来实现的．电子束经过电场加速后，以速度v 进入一圆形匀强磁场区，如图10所示．磁场方向垂直于圆面．磁场区的中心为O ，半径为r .当不加磁场时，电子束将通过O 点打到屏幕的中心M 点．为了让电子束射到屏幕边缘P ，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B 应为多少？(已知电子质量为m ，电荷量为e )图10答案m v er tan θ2解析 如图所示，作入射速度方向的垂线和出射速度方向的垂线，这两条垂线的交点就是电子束在圆形磁场内做匀速圆周运动的圆心，设其半径为R ，用m 、e 分别表示电子的质量和电荷量， 根据牛顿第二定律得e v B ＝m v 2R根据几何关系得tan θ2＝rR联立解得B ＝m v er tan θ215．(15分)在空间存在一个变化的匀强电场和另一个变化的匀强磁场，电场的方向水平向右(如图11甲中由点B 到点C )，场强变化规律如图乙所示，磁感应强度变化规律如图丙所示，方向垂直于纸面．从t ＝1 s 开始，在A 点每隔2 s 有一个相同的带电粒子(重力不计)沿AB 方向(垂直于BC )以速度v 0射出，恰好能击中C 点，若AB ＝BC ＝l ，且粒子在点A 、C 间的运动时间小于1 s ，求：图11(1)磁场方向(简述判断理由)． (2)E 0和B 0的比值．(3)t ＝1 s 射出的粒子和t ＝3 s 射出的粒子由A 点运动到C 点所经历的时间t 1和t 2之比． 答案 (1)垂直纸面向外(理由见解析) (2)2v 0 (3)2∶π解析 (1)由题图可知，电场与磁场是交替存在的，即同一时刻不可能同时既有电场，又有磁场．据题意对于同一粒子，从点A 到点C ，它只受电场力或磁场力中的一种，粒子能在电场力作用下从点A 运动到点C ，说明受向右的电场力，又因场强方向也向右，故粒子带正电．因为粒子能在磁场力作用下由A 点运动到点C ，说明它受到向右的磁场力，又因其带正电，根据左手定则可判断出磁场方向垂直于纸面向外．(2)粒子只在磁场中运动时，它在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动．因为AB ＝BC ＝l ，则运动半径R ＝l .由牛顿第二定律知：q v 0B 0＝m v 20R ，则B 0＝m v 0ql粒子只在电场中运动时，它做类平抛运动，在点A 到点B 方向上，有l ＝v 0t 在点B 到点C 方向上， 有a ＝qE 0m ，l ＝12at 2.解得E 0＝2m v 20ql ，则E 0B 0＝2v 0(3)t ＝1 s 射出的粒子仅受到电场力作用，则粒子由A 点运动到C 点所经历的时间t 1＝lv 0.t ＝3s 射出的粒子仅受到磁场力作用，则粒子由A 点运动到C 点所经历的时间t 2＝14T ，因为T ＝2πm qB 0，所以t 2＝πm2qB 0；故t 1∶t 2＝2∶π. 16. (15分)如图12所示，直角坐标系xOy 位于竖直平面内，在水平的x 轴下方存在匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B ，方向垂直xOy 平面向里，电场线平行于y 轴．一质量为m 、电荷量为q 的带正电荷的小球，从y 轴上的A 点水平向右抛出．经x 轴上的M 点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，从x 轴上的N 点第一次离开电场和磁场，MN 之间的距离为L ，小球过M 点时的速度方向与x 轴正方向夹角为θ.不计空气阻力，重力加速度为g ，求：图12(1)电场强度E 的大小和方向；(2)小球从A 点抛出时初速度v 0的大小； (3)A 点到x 轴的高度h .答案 (1)mg q 竖直向上 (2)qBL 2m cot θ (3)q 2B 2L 28m 2g解析 (1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动， 其所受电场力必须与重力平衡， 有qE ＝mg ① E ＝mgq②重力的方向是竖直向下，电场力的方向则应为竖直向上，由于小球带正电，所以电场强度方向竖直向上．(2)小球做匀速圆周运动，O ′为圆心，MN 为弦长，∠MO ′P ＝θ，如图所示．设半径为r ，由几何关系知L2r＝sin θ ③小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，设小球做圆周运动的速率为v ，有q v B ＝m v 2r④ 由速度的合成与分解知v 0v ＝cos θ ⑤ 由③④⑤式得v 0＝qBL2mcot θ⑥ (3)设小球到M 点时的竖直分速度为v y ，它与水平分速度的关系为v y ＝v 0tan θ ⑦ 由匀变速直线运动规律v 2y ＝2gh⑧由⑥⑦⑧式得h ＝q 2B 2L 28m 2g。
高中习题 物理10章末综合检测
第10章末综合检测一、选择题(本题共11小题，每小题4分，共44分．在每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有错选的得0分)1．交流发电机在工作时的电动势为E＝E0sinωt，若将其电枢的转速提高1倍，其他条件不变，则其电动势变为() A．E0sin2ωt B．2E0sin2ωtC．E0sin ωt2D．2E0sinωt2解析：交变电压瞬时值表达式为E＝E0sinωt，而E0＝NBSω，电枢的转速提高1倍即ω加倍，其他条件不变时E0加倍，应选B项．答案：B2．一矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，产生的交变电流电动势e＝2202sinωt，则() A．交流的频率是50 HzB．交流电的有效值是220 VC．当t＝0时，线圈平面恰好与中性面重合D．当t＝1200s时，e有最大值220 2 V解析：由题设知，电动势最大值为220 2 V，故有效值是220 V；t＝0时，e＝0，故B、C正确．ω未知，f无法确定，t＝1200s时，电压瞬时值无法确定，A、D错．答案：BC3．如图1所示为一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁铁的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状．M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转轴旋转．磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径、大小近似均匀的磁场．若从图示位置开始计时，当线框绕固定轴匀速转动时，下列说法正确的是()图1A．穿过线圈的磁通量始终为零B．穿过线圈的磁通量的变化率不为零C．线圈中将产生恒定电流D ．线圈中将产生交变电流，大小不变，方向每转一周改变两次解析：由题图可知，穿过线圈的磁通量显然不为零，且变化率不为零，据右手定则，线圈中将产生交变电流，大小不变，方向每转一周改变两次，B 、D 对．答案：BD图24．如图2所示，理想变压器初级线圈的匝数为n 1，次级线圈的匝数为n 2，初级线圈的两端a 、b 接正弦交流电源，电压表V 的示数为220 V ，负载电阻R ＝44 Ω，电流表A 1的示数为0.20 A ．下列判断中正确的是( )A ．初级线圈和次级线圈的匝数比为2∶1B ．初级线圈和次级线圈的匝数比为5∶1C ．电流表A 2的示数为1.0 AD ．电流表A 2的示数为0.4 A解析：对于理想变压器，P 1＝U 1I 1＝220×0.20 W ＝44 W ，则负载电阻消耗的功率P 2＝P 1＝44 W ，据P 2＝U 22R ，得U 2＝P 2R ＝44×44 V ＝44 V ，则n 1n 2＝U 1U 2＝22044＝5，故B 正确．A 2的读数I 2＝U 2R ＝4444A ＝1 A ，故C 正确．答案：BC5．某交流发电机产生的感应电动势与时间的关系如图3所示．如果其他条件不变，仅使线圈的转速变为原来的一半，则交流电动势的最大值和周期分别变为( )图3A ．200 V ,0.08 sB ．25 V ,0.04 sC ．50 V ,0.08 sD ．50 V ,0.04 s解析：据交流电电动势最大值表达式E m ＝nBSω可知，若转速减半，则ω减半，最大值减半，为50 V ，原周期为4×10－2 s ，转速减半，周期加倍为8×10－2 s ，故C 正确．答案：C6．全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门，排除污水(如图4所示)．以下说法中正确的是( )图4A ．若输入的控制电流由a 流入，由b 流出，则铁芯2中A 端为N 极，B 端为S 极 B ．若输入的控制电流由a 流入，由b 流出，则铁芯2中A 端为S 极，B 端为N 极C ．若a 、b 处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中D ．若a 、b 处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中解析：通交流电时，铁芯2仍被磁化而被吸入线圈中，故D 项对．易知其它选项中B 对．答案：BD7．某理想变压器原、副线圈的匝数比为55∶9，原线圈所接电源电压按图5所示规律变化，副线圈接有一灯泡，此时灯泡消耗的功率为40 W ，则下列判断正确的是( )图5A ．副线圈两端输出的电压为36 2 VB ．原线圈中电流表的示数约为0.18 AC ．变压器的输入、输出功率之比为55∶9D ．原线圈两端电压的瞬时值表达式为u ＝220sin100πt V解析：根据变压器的原、副线圈的电压之比等于匝数之比，故副线圈两端输出的电压为U 2＝n 2n 1U 1＝36 V ，A 错；根据理想变压器知P 1＝P 2，故有I 1＝P 1U 1≈0.18 A ，B 选项正确，C错；原线圈两端电压的瞬时值表达式为u ＝2202sin100πt V ，D 错．答案：B8．在如图6所示的(a)(b)两电路中，当a 、b 端与e 、f 两端分别加上220 V 的交流电压时，测得c 、d 间与g 、h 间的电压均为110 V ，若分别在c 、d 和g 、h 两端加上110 V 的交流电压，则a 、b 间与e 、f 间的电压分别为( )A ．220 V ,220 VB ．220 V ,110 VC ．110 V ,110 VD ．220 V ,0 V图6解析：本题关键在于区分变压器和滑动变阻器的变压原理．变压器变压依靠电磁感应，原、副线圈匝数比与电压比总相等，因n ab n cd ＝U ab U cd ＝220 V 110 V ＝21故cd 接110 V 时，U ab ＝nab n cd×110 V ＝220 V .滑动变阻器变压时关键看电阻上的电压分配关系，ef 通电时，R eg 和R gh 属串联关系，U gh 为总电压U ef 的一部分，当gh 通电时，R eg 中无电流，则U eg ＝0，故U ef ＝U gh ＝110 V ，故选B.答案：B9．面积为S 的两个完全相同的单匝金属线圈分别放置在如图7甲、乙所示的磁场中．甲图中有磁感应强度为B 0的匀强磁场，线圈在磁场中以周期T 绕OO ′轴做匀速转动；乙图中的磁场的变化规律为B ＝B 0cos 2πTt ，从图示时刻(t ＝0时刻)起计时，则( )A ．两线圈中的磁通量变化规律均为Φ＝B 0S cos 2πT tB ．两线圈中感应电动势达到最大值的时刻不同C ．两线圈中产生的交变电流的有效值不同D ．从此刻起，T /4时间内流过线圈截面的电荷量相同图7解析：由于线圈在磁场中以周期T 绕OO ′轴做匀速转动，所以其角速度为2πT ，在面积相同的情况下两者的磁通量变化规律均为Φ＝B 0S cos 2πT t ，那么二者实际产生的交变电流是相同的，因此感应电动势达到最大值的时刻、交变电流的有效值、T /4时间内流过线圈截面的电荷量都是相同的．故AD 正确．答案：AD10．如图8所示，一理想变压器原线圈接入一交流电源，副线圈电路中R 1、R 2、R 3和R 4均为固定电阻，开关S 是闭合的．○V 1和○V 2为理想电压表，读数分别为U 1和U 2；○A 1、○A 2和○A 3为理想电流表，读数分别为I 1、I 2和I 3，现断开S ，U 1数值不变，下列推断中正确的是( )图8A ．U 2变小、I 3变小B ．U 2不变、I 3变大C ．I 1变小、I 2变小D ．I 1变大、I 2变大解析：因为变压器的匝数与U 1不变，所以U 2不变，故两电压表的示数均不变．当S 断开时，因为负载电阻增大，故次级线圈中的电流I 2减小，由于输入功率等于输出功率，所以I 1也将减小，C 正确；因为R 1的电压减小，故R 2、R 3两端的电压将增大，I 3变大，B 正确．答案：BC11．一个闭合的矩形线圈放在匀强磁场中匀速转动，角速度为ω时，线圈中产生的交变电动势的最大值为E 0，周期为T 0，外力提供的功率为P 0.若使线圈转动的角速度变为2ω，线圈中产生的交变电动势的最大值为E ，周期为T ，外力提供的功率为P .则E 、T 和P 的大小为( )A ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0B ．E ＝E 0，T ＝12T 0，P ＝2P 0C ．E ＝2E 0，T ＝T 0，P ＝2P 0D ．E ＝2E 0，T ＝12T 0，P ＝4P 0解析：设线圈为n 匝，面积为S ，所在区域磁感应强度为B ，当角速度为ω时产生的最大感应电动势E 0＝NBSω，周期T 0＝2πω，外力提供的功率P 0＝E 2有R ＝(NBSω)2(2)2R ＝N 2B 2S 2ω22R .当角速度为2ω时产生的最大感应电动势E ＝2NBSω＝2E 0，周期T ＝2π2ω＝πω＝12T 0，外力提供的功率p ＝(NBS 2ω)2(2)2R＝4N 2B 2S 2ω22R ＝4P 0.故选项D 对． 答案：D二、填空、实验题(2小题，共计15分)图912．如图9所示，单匝矩形闭合导线框abcd 全部处于磁感应强度为B 的水平匀强磁场中，线框面积为S ，电阻为R .线框绕与cd 边重合的竖直固定转轴以角速度ω匀速转动，线框中感应电流的有效值I ＝__________.线框从中性面开始转过π2的过程中，通过导线横截面的电荷量q ＝__________.解析：电流的最大值I m ＝ωBS R ，电流的有效值I ＝I m 2＝2ωBS2R .穿过导体某横截面的电荷量Q ＝ΔΦR ＝BSR. 答案：2BSω2R BSR13．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻R p 在不同照度下的阻值如下表：度变化的特点．图10②如图10所示，当1、2两端所加电压上升至2 V 时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)提供的器材如下：光敏电阻R p (符号，阻值见上表)； 直流电源E (电动势3 V ，内阻不计)；定值电阻：R 1＝10 kΩ，R 2＝20 kΩ，R 3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)； 开关S 及导线若干．解析：①光敏电阻随光照度变化的曲线如图11甲所示，其特点是：光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小．图11②当光照度降至1.0(lx)时，光敏电阻的阻值为R P ＝20 kΩ，设计原理图如图11乙所示．根据欧姆定律与串联电阻的分压．U 12R P ＝E －U 12R ，即2 V 20 kΩ＝3 V －2 VR R ＝10 kΩ即与R P 串联的电阻应选R 1＝10 kΩ.答案：①图象如图11甲所示 阻值随光照度的增大非线性减小 ②电路如图11乙所示三、计算题(本题包括4小题，共41分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤．只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)14．如图12所示，圆形线圈共100匝，半径为r ＝0.1 m ，在匀强磁场中绕过直径的轴OO ′匀速转动，磁感应强度B ＝0.1 T ，角速度为ω＝300πrad/s ，电阻为R ＝10 Ω，求：图12(1)线圈由图示位置转过90°时，线圈中的感应电流为多大？(2)写出线圈中电流的表达式(磁场方向如图12所示，图示位置为t ＝0时刻)． 解析：(1)当从图示位置转过90°时，线圈中有最大感应电流，E m ＝NBSω＝30 V ，则I m＝E mR＝3 A. (2)由题意知：i ＝I m sin ωt ， 而I m ＝3 A ．ω＝300π rad/s ，所以：i ＝3sin 300πt A. 答案：(1)3 A (2)i ＝3sin300πt A 15．如图13所示是一种自行车上照明用的车头灯发电机的结构示意图，转轴的一端装有一对随轴转动的磁极，另一端装有摩擦小轮．电枢线圈绕在固定的U 形铁芯上，自行车车轮转动时，通过摩擦小轮带动磁极转动，使线圈中产生正弦交变电流，给车头灯供电．已知自行车车轮半径r ＝35 cm ，摩擦小轮半径r 0＝1.00 cm ，线圈有n ＝800匝，线圈框横截面积S ＝20 cm 2，总电阻R 1＝40 Ω.旋转磁极的磁感应强度B ＝0.010 T ，车头灯电阻R 2＝10 Ω.当车轮转动的线速度ω＝8 rad/s 时求：(1)发电机磁极转动的角速度． (2)车头灯中电流的有效值．图13解析：(1)磁极与摩擦小轮转动的角速度相等，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，故有：ω0r 0＝ωr ，ω0＝ωr r 0＝8×0.350.01rad/s ＝280 rad/s ① (2)摩擦小轮带动磁极转动，线圈产生的感应电动势的最大值为 E m ＝nBω0S ＝800×0.010×280×20×10－4V ＝4.48 V ②感应电动势的有效值：E ＝E m 2＝4.483V ＝3.2 V ③ 通过灯泡的电流有效值I ＝E R 1＋R 2＝ 3.240＋10 A ＝64 mA ④答案：(1)280 rad/s (2)64 mA16．某村在距村庄较远的地方修建了一座小型水电站，发电机输出功率为9 kW ，输出电压为500 V ，输电线的总电阻为10 Ω，允许线路损耗的功率为输出功率的4%，求：(1)村民和村办小企业需要220 V 电压时，所用升压变压器和降压变压器的原、副线圈的匝数比各为多少？(不计变压器的损耗)(2)若不用变压器而由发电机直接输送，村民和村办小企业得到的电压和功率是多少？ 解析：建立如图14所示的远距离输电模型，要求变压器原、副线圈的匝数比，先要知道原、副线圈两端的电压之比．图14本题可以从线路上损耗的功率为突破口，先求出输电线上的电流I 线，再根据输出功率求出U 2，然后再求出U 3.(1)由线路损耗的功率P 线＝I 2线R 线可得 I 线＝P 线R 线＝9000×4%10A ＝6 A 又因为P 输出＝U 2I 线，所以 U 2＝P 输出I 线＝90006V ＝1500 V U 3＝U 2－I 线R 线＝(1500－6×10) V ＝1440 V 根据理想变压器规律n 1n 2＝U 1U 2＝500 V 1500 V ＝13，n 3n 4＝U 3U 4＝1440 V 220 V ＝7211所以升压变压器和降压变压器原、副线圈的匝数比分别是1∶3和72∶11.图15(2)若不用变压器而由发电机直接输送(模型如图15所示)，由P输出＝UI线′可得I线′＝P输出U＝9000500A＝18 A所以线路损耗的功率P线＝I2线R线＝182×10 W＝3240 W用户得到的电压U用户＝U－I线R线＝(500－18×10) V＝320 V用户得到的功率P用户＝P输出－P线＝(9000－3240) W＝5760 W.答案：(1)1∶372∶11(2)320 V5760 W17．传感器有很多种，包括力学传感器、电学传感器等．它们在我们日常生活中的用途越来越大，越来越重要．某老师想制作一个电子控制电路，找到了一个旧传感器，如图16所示为检测该传感器的电路图．传感器上标有“3 V0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V.图16(1)根据传感器上的标注图16，计算该传感器的电阻和额定电流．(2)若电路各元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？(3)根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过1 Ω，则该传感器就失去了作用．实际检测时，将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间(该电源电压小于上述所求电压的最大值)，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压．检测记录如下：用？此时a、b间所加的电压是多少？解析：(1)传感器的电阻R传＝U2传P传＝320.9Ω＝10 Ω传感器的额定电流I传＝P传U传＝0.93A＝0.3 A.(2)要求电路各部分安全，则要求电路的最大电流I＝I传＝0.3 A此时电源电压的最大值U m＝U传＋U0U传为传感器的额定电压，U0为R0调至最大值R0m＝10 Ω时R0两端的电压，即U0＝I传R0m＝0.3×10 V＝3 V∴电源电压最大值U m＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V.(3)设实际检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′.根据第一次实验记录数据有：U＝I1R传′＋U1，即U＝0.16×R传′＋1.48根据第二次实验记录数据有：U＝I2R传′＋U2即U＝0.22×R传′＋0.91解得R传′＝9.5 ΩU＝3 V传感器的电阻变化为ΔR＝R传－R传′＝10 Ω－9.5 Ω<0.5 Ω∴此传感器仍可使用．答案：(1)10 Ω0.3 A(2)6 V(3)仍可使用，3 V。
磁场章末检测
磁场检测试卷一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分.)1．如图1所示，AC 是一个用导线弯成的半径为R 、以O 为圆心的四分之一圆弧，将其放置在与平面AOC 垂直的磁感应强度为B 的匀强磁场中．当在该导线中通以方向由A 到C ，大小为I 的恒定电流时，该导线受到的安培力的大小和方向是( ) A.πBIR 2，垂直AC 的连线指向右上方 B.πBIR 2，垂直AC 的连线指向左下方 C.2BIR ，垂直AC 的连线指向右上方 D.2BIR ，垂直AC 的连线指向左下方2.如图2所示，a 、b 、c 、d 为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示．一带正电的粒子从正方形中心O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是( )A ．向上B ．向下C ．向左D ．向右3．如图所示，直导线通入垂直纸面向里的电流，在下列匀强磁场中，能静止在光滑斜面上的是( )4．电视显像管原理的示意图如图3所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O 点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转．设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使电子打在荧光屏上的位置由a 点逐渐移动到b 点，下列变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是( )5.如图4所示，两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M 和N ，通有同向等值电流；沿纸面与直导线M 、N 等距放置另一根可自由移动的通电导线ab ，则通电导线ab 在安培力作用下运动的情况是( )A ．沿纸面逆时针转动B ．沿纸面顺时针转动C ．a 端转向纸外，b 端转向纸里D ．a 端转向纸里，b 端转向纸外6.如图5所示，带电粒子(不计重力)以初速度v 0从a 点垂直于y 轴进入匀强磁场，运动过程中经过b 点，Oa ＝Ob .若撤去磁场加一个与y 轴平行的匀强电场，带电粒子仍以速度v 0从a 点垂直于y 轴进入电场，仍能通过b 点，则电场强度E 和磁感应强度B 的比值为( )A ．v 0 B.1v 0 C ．2v 0 D.v 027.如图6所示，光滑绝缘轨道ABP 竖直放置，其轨道末端切线水平，在其右侧有一正交的匀强电场、匀强磁场区域，电场竖直向上，磁场垂直纸面向里．一带电小球从轨道上的A 点由静止滑下，经P 点进入场区后，恰好沿水平方向做直线运动．则可判定( )A ．小球带负电B ．小球带正电C ．若小球从B 点由静止滑下，进入场区后将立即向上偏D ．若小球从B 点由静止滑下，进入场区后将立即向下偏8.如图7所示为圆柱形区域的横截面，在该区域加沿圆柱轴线方向的匀强磁场．带电粒子(不计重力)第一次以速度v 1沿截面直径入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转60°角；该带电粒子第二次以速度v 2从同一点沿同一方向入射，粒子飞出磁场区域时，速度方向偏转90°角．则带电粒子第一次和第二次在磁场中运动的( )A ．半径之比为 3∶1B ．速度之比为1∶ 3C ．时间之比为2∶3D ．时间之比为3∶2二、多项选择题（9～12题为多选题，全部选对的得4分，有选对但不全的得2分，有选错的得0分。
高中物理新教材同步选择性必修第二册 电磁感应章末检测试卷(二)
章末检测试卷(二)(时间：90分钟满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题3分，共24分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1．在北半球上，地磁场竖直分量向下．飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变．由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1，右方机翼末端处的电势为φ2，则()A．若飞机从西往东飞，φ2比φ1高B．若飞机从东往西飞，φ2比φ1高C．若飞机从南往北飞，φ1比φ2高D．若飞机从北往南飞，φ2比φ1高答案 C解析若飞机从西往东飞，磁场竖直分量向下，手心向上，拇指指向飞机飞行方向，四指指向左翼末端，故φ1>φ2，选项A错误；同理，飞机从东往西飞，从南往北飞，从北往南飞，都是φ1>φ2，选项C正确，B、D错误．2．如图1所示，螺线管与灵敏电流计相连，磁体从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管．下列说法正确的是()图1A．电流计中的电流先由a到b，后由b到aB．a点的电势始终低于b点的电势C．磁体减少的重力势能等于回路中产生的热量D．磁体刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度答案 D解析在磁体进入螺线管的过程中，穿过螺线管的磁通量增大，且方向向下，由楞次定律可知，感应电流由b经电流计流向a；在磁体穿出螺线管的过程中，磁通量减小，且方向向下，由楞次定律可知，感应电流由a经电流计流向b，则a点电势先低于b点电势，后高于b点电势，故A、B错误；磁体减少的重力势能转化为内能和磁体的动能，故C错误；磁体刚离开螺线管时，由楞次定律的“来拒去留”结论可知，磁体受到向上的安培力，则磁体受到的合外力小于重力，即磁体刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度，故D正确．3.如图2，边长L＝20 cm的正方形线框abcd共有10匝，靠着墙角放着，线框平面与地面的夹角α＝30°.该区域有磁感应强度B＝0.2 T、水平向右的匀强磁场．现将cd边向右拉动，ab 边经0.1 s着地．在这个过程中线框中产生的感应电动势的大小与感应电流的方向分别是()图2A．0.8 V方向为adcbB．0.8 V方向为abcdC．0.4 V方向为adcbD．0.4 V方向为abcd答案 C解析初状态的磁通量Φ1＝BS sin α，末状态的磁通量Φ2＝0，根据法拉第电磁感应定律得：E＝n ΔΦΔt＝nBS sin αt＝10×0.2×0.22×0.50.1V＝0.4 V，根据楞次定律可知，感应电流的方向为adcb，故C正确．4．如图3所示，有两个完全相同的灯泡A、B，A与一自感线圈L相连接，线圈L的直流电阻阻值为R；B与一定值电阻相连，定值电阻的阻值为R.下列说法正确的是()图3A．开关闭合瞬间A、B两灯一起亮B．稳定后A灯比B灯亮C．开关断开瞬间A灯会闪亮一下，B灯不会闪亮一下D．开关断开后两灯缓慢熄灭答案 D解析由于A、B为两个完全相同的灯泡，当开关闭合瞬间，B灯泡立刻发光，由于线圈的自感现象，导致A灯泡渐渐变亮，因线圈L的直流电阻阻值为R，当电流稳定时，两个灯一样亮，故A、B错误；因线圈L的直流电阻阻值为R，说明稳定时，两个支路电阻相等，两个支路电流相等，所以开关断开瞬间，通过两个灯泡的电流不会突然变大，所以两灯都不会闪亮，而是缓慢熄灭，故D 正确，C 错误．5.(2020·黑龙江鹤岗一中高二月考)如图4所示是圆盘发电机的示意图，铜盘安装在水平的铜轴上，它的盘面恰好与匀强磁场垂直，两块铜片C 、D 分别与转动轴和铜盘的边缘接触．若铜盘半径为L ，匀强磁场的磁感应强度为B ，回路的总电阻为R ，从左往右看，铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动．则( )图4A ．由于穿过铜盘的磁通量不变，故回路中无感应电流B ．回路中感应电流大小不变，为BL 2ω2RC ．回路中感应电流方向不变，为D →C →R →DD ．回路中有周期性变化的感应电流答案 B解析 把铜盘视为闭合回路的一部分，在铜盘以角速度ω沿顺时针方向匀速转动时，铜盘切割磁感线产生感应电动势，回路中有感应电流，选项A 错误；铜盘切割磁感线产生感应电动势为E ＝12BL 2ω，回路中感应电流为I ＝E R ＝BL 2ω2R，选项B 正确，D 错误；由右手定则可判断出感应电流方向为C →D →R →C ，选项C 错误．6．(2020·甘肃靖远四中高二上月考)如图5甲所示，在虚线所示的区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的变化规律如图乙所示，面积为S 的单匝金属线框处在磁场中，线框与电阻R 相连，若金属线框的电阻为R 2，下列说法正确的是( )图5A ．流过电阻R 的感应电流由b 到aB ．线框cd 边受到的安培力方向向上C ．感应电动势大小为2B 0S t 0D ．a 、b 间的电压大小为2B 0S 3t 0答案 D解析 穿过线框的磁通量在增大，根据楞次定律结合安培定则可得感应电流沿逆时针方向，故流过电阻R 的感应电流由a 到b ，选项A 错误；电流从c 到d ，根据左手定则可得线框cd边受到的安培力方向向下，选项B 错误；根据法拉第电磁感应定律可得E ＝ΔΦΔt ＝B 0S t 0，根据闭合电路欧姆定律可得a 、b 间的电压大小为U ＝R R ＋R 2E ＝2B 0S 3t 0，选项C 错误，D 正确． 7．(2020·江苏高二月考)如图6所示，一个直角边长为2L 的等腰直角三角形ABC 区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，其左侧有一个用金属丝制成的边长为L 的正方形线框abcd ，线框以水平速度v 匀速通过整个匀强磁场区域，设电流顺时针方向为正．则在线框通过磁场的过程中，线框中感应电流i 随时间t 变化的规律正确的是( )图6答案 B解析 线框刚进入磁场中时，只有bc 边切割磁感线，根据楞次定律可知，电流方向为逆时针方向，即为负，在线框完全进入磁场之前，电流方向与大小不变；当ad 边刚进入磁场时感应电流为零，接着bc 边开始出磁场，回路中的感应电动势为边ad 产生的电动势减去bc 边在磁场中产生的电动势，随着线框的运动回路中电动势逐渐增大，电流逐渐增大，方向为顺时针，即为正；在前进2L 后，bc 完全出磁场，ad 也开始出磁场，切割磁感线的长度逐渐减小，电流逐渐减小，方向为顺时针方向，即为正，直至线框完全脱离磁场，电流减小为零，综上分析可知，B 正确，A 、C 、D 错误．8．(2018·全国卷Ⅰ)如图7所示，导体轨道OPQS 固定，其中PQS 是半圆弧，Q 为半圆弧的中点，O 为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM 是有一定电阻、可绕O 转动的金属杆，M 端位于PQS 上，OM 与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B .现使OM 从OQ 位置以恒定的角速度逆时针转到OS 位置并固定(过程Ⅰ)；再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B 增加到B ′(过程Ⅱ)．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM 的电荷量相等，则B ′B等于( )图7A.54B.32C.74D ．2 答案 B解析 设半圆弧PQS 的半径为r ，在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感应定律，有E 1＝ΔΦ1Δt 1＝B ⎝⎛⎭⎫12πr 2－14πr 2Δt 1＝B ·14πr 2Δt 1根据闭合电路欧姆定律，有I 1＝E 1R且q 1＝I 1Δt 1在过程Ⅱ中，有E 2＝ΔΦ2Δt 2＝(B ′－B )12πr 2Δt 2I 2＝E 2Rq 2＝I 2Δt 2又q 1＝q 2，即B ·14πr 2R ＝(B ′－B )12πr 2R所以B ′B ＝32. 二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9．(2018·全国卷Ⅰ)如图8，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是( )图8A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动答案AD解析根据安培定则，开关闭合时铁芯中产生水平向右的磁场，开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N 极朝垂直纸面向里的方向转动，A项正确；开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指北，B、C项错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D项正确．10.如图9所示，在磁感应强度B＝1.0 T的匀强磁场中，金属杆PQ在外力F作用下在粗糙U 形导轨上以速度v＝2 m/s向右匀速滑动，两导轨间距离l＝1.0 m，电阻R＝3.0 Ω，金属杆的电阻r＝1.0 Ω，导轨电阻忽略不计，则下列说法正确的是()图9A．通过R的感应电流的方向为由a到dB．金属杆PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为2.0 VC．金属杆PQ受到的安培力大小为0.5 ND．外力F做功的数值等于电路产生的焦耳热答案ABC解析由右手定则判断知，当金属杆滑动时产生逆时针方向的感应电流，通过R的感应电流的方向为由a到d，故A正确；金属杆PQ切割磁感线产生的感应电动势的大小为E＝Bl v＝1.0×1.0×2 V＝2.0 V，故B正确；整个回路中产生的感应电流为I＝ER＋r，代入数据得I＝0.5 A，由安培力公式F安＝BIl，代入数据得F安＝0.5 N，故C正确；金属杆PQ在外力F作用下在粗糙U形导轨上以速度v向右匀速滑动，外力F做功大小等于电路产生的焦耳热和金属杆与导轨之间的摩擦力产生的内能之和，故D错误．11.如图10所示，一个水平放置的“∠”形光滑金属导轨固定在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，ab是粗细、材料与导轨完全相同的导体棒，导体棒与导轨接触良好．在外力作用下，导体棒以恒定速度v向右平动，导体棒与导轨一边垂直，以导体棒在图中所示位置的时刻作为计时起点，则下列关于回路中感应电动势E、感应电流I、导体棒所受外力的功率P和回路中产生的焦耳热Q随时间变化的图像正确的是()图10答案AC解析设“∠”形导轨的夹角为θ，经过时间t，导体棒的水平位移为x＝v t，导体棒切割磁感线的有效长度L＝v t·tan θ，所以回路中感应电动势E＝BL v＝B v2t·tan θ，感应电动势与时间t成正比，A正确；相似三角形的三边长之比为定值，故组成回路的三角形导轨总长度与时间成正比，而感应电动势与时间也成正比，故感应电流大小与时间无关，为定值，B错误；导体棒匀速移动，外力F与导体棒所受安培力为一对平衡力，故外力的功率P＝F v＝BIL v＝BI v2t·tan θ，与时间t成正比，C正确；回路产生的焦耳热Q＝I2Rt，回路电阻R与t成正比，故焦耳热Q与t2成正比，D错误．12．如图11甲所示，闭合矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示．规定垂直纸面向里为磁场的正方向，abcda方向为导线框中感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向，关于导线框中的电流i与ad边所受的安培力F随时间t变化的图像，下列选项正确的是()图11答案 BD解析 由题图B －t 图像可知，0～1 s 内，线框中向里的磁通量增大，由楞次定律可知，线框中电流方向为逆时针，沿adcba 方向，即电流为负方向；同理可知1～2 s 内，电流为正方向；2～3 s 内，磁通量不变，则感应电流为零；3～4 s 内，电流为负方向，根据法拉第电磁感应定律E ＝ΔΦΔt ＝ΔB ·S Δt ，则I ＝E R ＝ΔB ·S R Δt，由于一段时间内磁感应强度均匀变化，所以该时间内产生的感应电流保持不变，故A 错误，B 正确；0～1 s 内，电路中电流方向为逆时针，沿adcba 方向，根据左手定则可知，ad 棒受到的安培力的方向向右，为正值；同理可知1～2 s 内，ad 棒受到的安培力为负值；2～3 s 内，不受安培力；3～4 s 内，ad 棒受到的安培力为负值；根据安培力的公式F ＝BIL ，安培力的大小与磁感应强度成正比，故C 错误，D 正确．三、非选择题(本题共5小题，共60分)13．(8分)(2020·启东中学期末)我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律．以下是实验探究过程的一部分．图12(1)如图12甲所示，当磁体的N 极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生感应电流的方向，必须知道____________________________________________________．(2)如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏转．电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，此过程中电流表指针向________偏转，若将线圈A 抽出，此过程中电流表指针向________偏转．(均选填“左”或“右”)(3)某同学按图丙所示电路完成探究实验，在完成实验后未断开开关，也未把A 、B 两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时突然被电击了一下，则被电击是在拆除________(选填“A ”或“B ”)线圈所在电路时发生的，分析可知，要避免电击发生，在拆除电路前应______________(选填“断开开关”或“把A 、B 线圈分开放置”)．答案 (1)电流表指针偏转方向与电流方向间的关系(2分) (2)左(1分) 左(1分) (3)A (2分) 断开开关(2分)解析 (1)如题图甲所示，当磁体的N 极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生感应电流的方向，必须知道电流表指针偏转方向与电流方向间的关系．(2)如题图乙所示，实验中发现闭合开关时，穿过线圈B 的磁通量增加，电流表指针向右偏；电路稳定后，若向右移动滑动变阻器的滑片，通过线圈A 的电流减小，磁感应强度减小，穿过线圈B 的磁通量减少，电流表指针向左偏转；若将线圈A 抽出，穿过线圈B 的磁通量减少，电流表指针向左偏转．(3)在完成实验后未断开开关，也未把A 、B 两线圈和铁芯分开放置，在拆除电路时，线圈A 中的电流突然减少，从而出现断电自感现象，线圈中会产生自感电动势，进而会突然被电击一下，为了避免此现象，则在拆除电路前应断开开关．14.(10分)(2020·浙江杭州高二上月考)如图13所示，边长为L 的单匝正六边形金属框质量为m ，电阻为R ，用细线把它悬挂于一个有界匀强磁场中，金属框的下半部处于磁场中，磁场方向与金属框平面垂直，磁感应强度大小随时间变化的规律为B ＝kt (k >0)．重力加速度为g ，求：图13(1)金属框中感应电流的方向；(2)金属框中感应电动势的大小；(3)从t ＝0时刻开始，经多长时间细线的拉力为零？答案 (1)逆时针方向 (2)33L 2k 4 (3)23Rmg 9L 3k 2解析 (1)磁场逐渐增强，则穿过金属框的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，根据安培定则可知感应电流的方向为逆时针方向．(2分)(2)由法拉第电磁感应定律可得E ＝ΔΦΔt ＝ΔB ·S Δt ＝k ×3×12×L ×32L ＝33L 2k 4(3分) (3)由题意可知，金属框所受安培力方向向上，且当磁感应强度增大时，细线拉力减小，当细线拉力为零时，有mg ＝F 安(2分)而F 安＝BI ·2L ＝2ILB (1分)由闭合电路欧姆定律可知I ＝E R(1分) 且B ＝kt联立解得t ＝23Rmg 9L 3k 2(1分) 15．(12分)如图14所示，在范围足够大的匀强磁场中倾斜放置两根平行光滑的金属导轨，它们所构成的导轨平面与水平面的夹角θ＝30°，平行导轨的间距L ＝1.0 m ．匀强磁场方向垂直于导轨平面向下，磁感应强度B ＝0.2 T ．两根金属杆ab 和cd 可以在导轨上无摩擦地滑动．两金属杆的质量均为m ＝0.2 kg ，电阻均为R ＝0.2 Ω.若用与导轨平行的拉力作用在金属杆ab 上，使ab 杆沿导轨匀速上滑并使cd 杆在导轨上保持静止，整个过程中两金属杆均与导轨垂直且接触良好．金属导轨的电阻可忽略不计，取重力加速度g ＝10 m/s 2.求：图14(1)cd 杆受到的安培力F 安的大小；(2)通过金属杆的感应电流大小I ；(3)作用在金属杆ab 上拉力的功率．答案 (1)1.0 N (2)5.0 A (3)20 W解析 (1)金属杆cd 静止在金属导轨上，所受安培力方向平行于导轨平面向上．则F 安＝ mg sin 30°(2分)解得：F 安＝1.0 N(1分)(2)F 安＝BIL (2分)解得：I ＝5.0 A(1分)(3)金属杆ab 所受安培力方向平行于导轨平面向下，金属杆ab 在拉力F 、安培力F 安和重力mg 沿导轨方向分力作用下匀速上滑，则F ＝BIL ＋mg sin 30°(2分)根据法拉第电磁感应定律，金属杆ab 上产生的感应电动势为E ＝BL v (1分)根据闭合电路欧姆定律，通过金属杆ab 的电流I ＝E 2R (1分)根据功率公式及上述各式得：P ＝F v ＝20 W ．(2分)16.(14分)(2020·常州市高二上期中)如图15所示，光滑导轨MN 和PQ 固定在竖直平面内，导轨间距为L ，两端分别接有阻值均为R 的定值电阻R 1和R 2.两导轨间有一边长为L 2的正方形区域abcd ，该区域内有磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场．一质量为m 的金属杆与导轨相互垂直且接触良好，从ab 处由静止释放，若金属杆离开磁场前已做匀速运动，其余电阻均不计．重力加速度为g ，求：图15(1)金属杆离开磁场前的瞬间流过R 1的电流大小和方向；(2)金属杆离开磁场时速度的大小；(3)金属杆穿过整个磁场过程中通过金属杆的电荷量．答案 (1)mg BL 方向从P 到M (2)2mgR B 2L 2 (3)BL 22R解析 (1)设金属杆离开磁场前瞬间流过金属杆的电流为I ，由平衡条件可得mg ＝BI ·L 2(2分) 解得I ＝2mg BL(1分) 所以流过R 1的电流大小为I 1＝I 2＝mg BL(2分) 由右手定则知流过R 1的电流方向从P 到M (1分)(2)设金属杆匀速运动时的速度为v则感应电动势E ＝B L 2v (2分) 又知E ＝I R 2(2分) 得v ＝2mgR B 2L2(1分) (3)电荷量q ＝I t ＝ΔΦR 总(2分) 得q ＝B (L 2)2R 2＝BL 22R(1分)17．(16分)如图16所示，MN 、PQ 两平行光滑水平导轨分别与半径r ＝0.5 m 的相同竖直半圆导轨在N 、Q 端平滑连接，M 、P 端连接定值电阻R ，质量M ＝2 kg 的cd 绝缘杆垂直且静止在水平导轨上，在其右侧至NQ 端的区域内存在竖直向上的匀强磁场．现有质量m ＝1 kg 的ab 金属杆以初速度v 0＝12 m/s 水平向右运动，与cd 绝缘杆发生正碰后，进入磁场并最终未滑出，cd 绝缘杆则恰好能通过半圆导轨最高点，不计其他电阻和摩擦，ab 金属杆始终与导轨垂直且接触良好，g 取10 m/s 2.(不考虑cd 杆通过半圆导轨最高点以后的运动)求：图16(1)cd 绝缘杆通过半圆导轨最高点时的速度大小v ；(2)正碰后ab 杆的速度大小；(3)电阻R 产生的焦耳热Q .答案 (1) 5 m/s (2)2 m/s (3)2 J解析 (1)cd 绝缘杆通过半圆导轨最高点时，由牛顿第二定律有Mg ＝M v 2r(2分) 解得v ＝gr ＝ 5 m/s.(2分)(2)碰撞后cd 绝缘杆滑至最高点的过程中，由动能定理有－2Mgr ＝12M v 2－12M v 22(2分) 解得碰撞后cd 绝缘杆的速度v 2＝5 m/s(2分)两杆碰撞过程动量守恒，取向右为正方向，由动量守恒定律得m v 0＝m v 1＋M v 2(2分) 解得碰撞后ab 金属杆的速度v 1＝2 m/s(2分)(3)ab 金属杆进入磁场后由能量守恒定律有12m v 12＝Q ，(2分) 解得Q ＝2 J ．(2分)。
章末 创新实验探究 探究测定磁感应强度的方法
������·������ℎ������ 答案: ������
思维总结
物理
新课标高中总复习一轮
通电液体在磁场中要受到安培力, 安培力的作用
又要在液体中产生附加压强 p, 通过对附加压强 p的分析就可以 测出磁感应强度. 创新方法 3: 利用功能关系测定磁感应强度 【例 3】 磁场具有能量, 磁场中单位体积所具有的能量叫做能量
物理
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探究测定磁感应强度的方法
磁感应强度是电磁学中的一个重要物理量, 其大小的测定方法较多, 归纳 起来主要有以下几种. 创新方法 1: 利用物体的平衡条件测定磁感应强度 【例 1】 如图所示的天平可用来测定磁感应强度, 天平的右臂下面挂有一 个矩形线圈, 宽为 L, 共 N 匝, 线圈下部悬在匀强磁场中, 磁场方向垂直纸面, 当线圈中通有电流 I( 方向如图) 时, 在天平左、右两边加上质量各为 m 1、m 2 的砝码, 天平平衡, 当电流反向( 大小不变) 时, 右边再加上质量为 m 的砝码后, 天平重新平衡, 求磁感应强度的大小和方向.
由①②③得 B=
(������1 - ������2 )g . ������������������
物理
答案: 见解析
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思维总结
用天平来测定磁感应强度的实质是利用物体的平衡条件, 分 析时关键要弄清因电流反向时安培力的变化大小. 创新方法 2: 利用导电液体的压强测定磁感应强度
【例 2】如图所示是一个可以用来测量磁感应强度的装置: 一长方体绝缘容 器内部高为 L, 厚为 d, 左右两管等高处装有两根完全相同的开口向上的管子 a、b, 上、下两侧装有电极 C ( 正极) 和 D( 负极) , 并经开关 S 与电源连接, 容器
第三章 磁场 章末检测题(人教版选修3-1)
第三章磁场单元综合评估(A卷)(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！) 1．下列关于电场线和磁感线的说法正确的是()A．二者均为假想的线，实际上并不存在B．实验中常用铁屑来模拟磁感线形状，因此磁感线是真实存在的C．任意两条磁感线不相交，电场线也是D．磁感线是闭合曲线，电场线是不闭合的解析：两种场线均是为形象描绘场而引入的，实际上并不存在，故A对；任意两条磁感线或电场线不能相交，否则空间一点会有两个磁场或电场方向，故C对；磁体外部磁感线由N极指向S极，内部由S极指向N极，故磁感线是闭合的曲线．而电场线始于正电荷，终于负电荷，故不闭合，D对．故正确答案为ACD.答案：ACD2．关于磁通量，正确的说法有()A．磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量B．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b 线圈的大C．磁通量大，磁感应强度不一定大D．把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大解析：磁通量是标量，大小与B、S及放置角度均有关，只有C项说法完全正确．答案： C3.长直导线AB附近，有一带正电的小球，用绝缘丝线悬挂在M点，当导线通以如右图所示的恒定电流时，下列说法正确的是()A．小球受磁场力作用，方向与导线AB垂直且指向纸里B．小球受磁场力作用，方向与导线AB垂直且指向纸外C．小球受磁场力作用，方向与导线AB垂直向左D．小球不受磁场力作用解析：电场对其中的静止电荷、运动电荷都产生力的作用，而磁场只对其中的运动电荷才有力的作用，且运动方向不能与磁场方向平行，所以只有D选项正确．答案： D4．下列说法中正确的是()A．运动电荷不受洛伦兹力的地方一定没有磁场B．如果把＋q改为－q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向也一定与电荷速度方向垂直D．粒子在只受洛伦兹力作用时运动的动能不变解析：带电粒子所受洛伦兹力的大小不仅与速度的大小有关，还与速度和磁场方向间的夹角有关，A错误；由F＝q v B sin θ知，q、v、B中有两项相反而其他不变时，F不变，B正确；不管速度是否与磁场方向垂直，洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，与磁场方向垂直，即垂直于v和B所决定的平面，但v与B不一定互相垂直，C错误；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功，若粒子只受洛伦兹力作用，运动的动能不变，D 正确．答案：BD5．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的．对磁场认识正确的是()A．磁感线有可能出现相交的情况B．磁感线总是由N极出发指向S极C．某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时N极所指方向一致D．若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零解析：根据磁感线的特点：①磁感线在空间不能相交；②磁感线是闭合曲线；③磁感线的切线方向表示磁场的方向(小磁针静止时N极指向)，可判断选项A、B错误，C正确．通电导线在磁场中是否受力与导线在磁场中的放置有关，故D错．答案： C6.如右图所示，直导线处于足够大的磁场中，与磁感线成θ＝30°角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是()A．增大电流IB．增加直导线的长度C．使导线在纸面内顺时针转30°角D．使导线在纸面内逆时针转60°角解析：由公式F＝ILB sin θ，A、B、D三项正确．答案：ABD7.如右图所示，是电视机中偏转线圈的示意图，圆心O处的黑点表示电子束，它由纸内向纸外而来，当线圈中通以图示方向的电流时(两线圈通过的电流相同)，则电子束将()A．向左偏转B．向右偏转C．向下偏转D．向上偏转解析：偏转线圈由两个“U”形螺线管组成，由安培定则知右端都是N极，左端都是S 极，O处磁场水平向左，由左手定则可判断出电子所受的洛伦兹力向上，电子向上偏转，D 正确．答案： D8．如下图是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E .平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A 1A 2.平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场．下列表述正确的是( )A ．质谱仪是分析同位素的重要工具B ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E /BD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小解析： 粒子先在电场中加速，进入速度选择器做匀速直线运动，最后进入磁场做匀速圆周运动．在速度选择器中受力平衡：Eq ＝q v B 得v ＝E /B ，方向由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，B 、C 正确．进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，q v B 0＝m v 2R 得，R ＝m v qB 0，所以荷质比不同的粒子偏转半径不一样，所以，A 对，D 错．答案： ABC9.如右图所示，一半径为R 的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m ，电荷量为q 的正电荷(重力忽略不计)以速度v 沿正对着圆心O 的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角．磁场的磁感应强度大小为( )A.m v qR tan θ2B.m v qR cot θ2C.m v qR sin θ2D.m v qR cos θ2解析： 本题考查带电粒子在磁场中的运动．根据画轨迹、找圆心、定半径思路分析．注意两点，一是找圆心的两种方法(1)根据初末速度方向垂线的交点．(2)根据已知速度方向的垂线和弦的垂直平分线交点．二是根据洛伦兹力提供向心力和三角形边角关系，确定半径．分析可得B 选项正确．答案： B10．据报道，最近已研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示．炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接．开始时炮弹在导轨的一端，通电流后炮弹会被磁场力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出．设两导轨之间的距离d ＝0.10 m ，导轨长L ＝5.0 m ，炮弹质量m ＝0.30 kg.导轨上的电流I 的方向如图中的箭头所示．可认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B ＝2.0 T ，方向垂直于纸面向里．若炮弹出口速度为v ＝2.0×103 m/s ，求通过导轨的电流I .忽略摩擦力与重力的影响．解析： 在导轨通有电流I 时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为F ＝IdB ① 设炮弹d 加速度的大小为a ，则有F ＝ma ②炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而v 2＝2aL ③联立①②③式得：I ＝12m v 2BdL，④ 代入题给数据得I ＝6.0×105 A.答案： 6.0×105A11．如下图所示，宽度为d 的有界匀强磁场，磁感应强度为B ，MM ′和NN ′是它的两条边界．现在质量为m ，电荷量为q 的带电粒子沿图示方向垂直磁场射入．要使粒子不能从边界NN ′射出，则粒子入射速率v 的最大值可能是________．解析： 题目中只给出粒子“电荷量为q ”，未说明是带哪种电荷．若带正电荷，轨迹是如右图所示上方与NN ′相切的1/4圆弧，轨道半径：R ＝m v Bq， 又d ＝R －R /2，解得v ＝(2＋2)Bqd m若带负电荷，轨迹如图所示下方与NN ′相切的3/4圆弧，则有：d ＝R ＋R /2，解得v ＝(2－2)Bqd /m.所以本题正确答案为(2＋2)Bqd m 或(2－2)Bqd m. 若考虑不到粒子带电性的两种可能情况，就会漏掉一个答案．答案： (2＋2)Bqd m ⎣⎡⎦⎤或(2－2Bqd m ) 12．(2010·福建理综)如图所示的装置，左半部为速度选择器，右半部为匀强的偏转电场．一束同位素离子流从狭缝S 1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S 2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E 的偏转电场，最后打在照相底片D 上．已知同位素离子的电荷量为q (q >0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E 0的匀强电场和磁感应强度大小为B 0的匀强磁场，照相底片D 与狭缝S 1、S 2的连线平行且距离为L ，忽略重力的影响．(1)求从狭缝S 2射出的离子速度v 0的大小；(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v 0方向飞行的距离为x ，求出x 与离子质量m 之间的关系式(用E 0、B 0、E 、q 、m 、L 表示)．解析： (1) 能从速度选择器射出的离子满足qE 0＝q v 0B O ①v 0＝E 0B 0.② (2)离子进入匀强偏转电场E 后做类平抛运动，则x ＝v 0t ③L ＝12at 2④ 由牛顿第二定律得 qE ＝ma ⑤由②③④⑤解得 x ＝E 0B 02mL qE . 答案： (1)E 0B 0 (2)E 0B 02mL qE3单元综合评估(B 卷)(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)1.如图所示，条形磁铁竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置Ⅰ向下运动，到达磁铁上端位置Ⅱ，套在磁铁上到达中部Ⅲ，再到磁铁下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁铁从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ过程中，穿过圆环的磁通量变化情况是()A．变大，变小，变大，变小B．变大，变大，变小，变小C．变大，不变，不变，变小D．变小，变小，变大，变大解析：从条形磁铁磁感线的分布情况看，穿过圆环的磁通量在位置Ⅲ处最大，所以正确答案为B.熟悉几种常见磁场的磁感线分布图，知道条形磁铁内部的磁感线方向是从S极到N极．答案： B2.如上图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则()A．放在a处的小磁针的N极向左B．放在b处的小磁针的N极向右C．放在c处的小磁针的S极向右D．放在a处的小磁针的N极向右解析：由安培定则，通电螺线管的磁场如右图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，则A项错，D项对；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，则B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，则C项错．答案：BD3．如上图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向C．适当增大电流D．使电流反向解析：首先对MN进行受力分析，受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．处于平衡时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大．答案： C4. 如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是()A．都绕圆柱转动B ．以不等的加速度相向运动C ．以相等的加速度相向运动D ．以相等的加速度背向运动答案： C5. 如上图所示，竖直放置的平行板电容器，A 板接电源正极，B 板接电源负极，在电容器中加一与电场方向垂直的、水平向里的匀强磁场．一批带正电的微粒从A 板中点小孔C 射入，射入的速度大小方向各不相同，考虑微粒所受重力，微粒在平行板A 、B 间运动过程中( )A ．所有微粒的动能都将增加B ．所有微粒的机械能都将不变C ．有的微粒可以做匀速圆周运动D ．有的微粒可能做匀速直线运动答案： D6. 电子以垂直于匀强磁场的速度v ，从a 点进入长为d ，宽为L 的磁场区域，偏转后从b 点离开磁场，如上图所示，若磁场的磁感应强度为B ，那么( )A ．电子在磁场中的运动时间t ＝d /vB ．电子在磁场中的运动时间t ＝ab /vC ．洛伦兹力对电子做的功是W ＝Be v 2tD ．电子在b 点的速度值也为v解析： 由于电子做的是匀速圆周运动，故运动时间t ＝ab /v ，B 项正确；由洛伦兹力不做功可得C 错误，D 正确．答案： BD7．如下图所示，质量为m ，带电荷量为－q 的微粒以速度v 与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是( )A ．微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用B ．微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用C ．匀强电场的电场强度E ＝2mg qD ．匀强磁场的磁感应强度B ＝mg q v解析：因为微粒做匀速直线运动，所以微粒所受合力为零，受力分析如图所示，微粒在重力、电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，可知，qE ＝mg ，q v B ＝2mg ，得电场强度E ＝mg q，磁感应强度B ＝2mg q v，因此A 正确． 答案： A8．某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中作匀速圆周运动，磁场方向垂直于它的运动平面，电子所受正电荷的电场力恰好是磁场对它的作用力的3倍，若电子电荷量为e ，质量为m ，磁感应强度为B ，那么电子运动的可能角速度是( )A.4Be mB.3Be mC.2Be mD.Be m 解析： 电子受电场力和洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，当两力方向相同时有：Ee＋e v B ＝mω2r ，Ee ＝3Be v ，v ＝ωr ，联立解得ω＝4Be m，故A 正确；当两力方向相反时有Ee －e v B ＝mω2r ，与上面后两式联立得ω＝2Be m，C 正确． 答案： AC9. 如图所示，在边长为2a 的正三角形区域内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一个质量为m 、电荷量为－q 的带电粒子(重力不计)从AB 边的中点O 以速度v 进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与AB 边的夹角为60°，若要使粒子能从AC 边穿出磁场，则匀强磁场的大小B 需满足( )A ．B ＞3m v 3aq B ．B ＜3m v 3aq C ．B ＞3m v aq D ．B ＜3m v aq解析： 粒子刚好达到C 点时，其运动轨迹与AC 相切，则粒子运动的半径为r 0＝a cot30°.由r ＝m v qB 得，粒子要能从AC 边射出，粒子运动的半径r ＞r 0，解得B ＜3m v 3qa，选项B 正确．答案： B10. 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的．电子束经过电压为U 的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如右图所示．磁场方向垂直于圆面．磁场区的中心为O ，半径为r .当不加磁场时，电子束将通过O 点而打到屏幕的中心M 点．为了让电子束射到屏幕边缘P ，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B 应为多少？解析： 电子在磁场中沿圆弧ab 运动，圆心为C ，半径为R .以v表示电子进入磁场时的速度，m 、e 分别表示电子的质量和电荷量，则eU ＝12m v 2，e v B ＝m v 2R ，又有tan θ2＝r R， 由以上各式解得B ＝1r2mU e tan θ2. 答案： 1r 2mU e tan θ2 11. 如图所示，AB 为一段光滑绝缘水平轨道，BCD 为一段光滑的圆弧轨道，半径为R ，今有一质量为m 、带电荷量为＋q 的绝缘小球，以速度v 0从A 点向B 点运动，后又沿弧BC 做圆周运动，到C 点后由于v 0较小，故难运动到最高点．如果当其运动至C 点时，忽然在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场，使其能运动到最高点，此时轨道弹力为零，且贴着轨道做匀速圆周运动，求：(1)匀强电场的方向和强度；(2)磁场的方向和磁感应强度．(3)小球到达轨道的末端点D 后，将做什么运动？解析： (1)小球到达C 点的速度为v C ，由动能定理得：－mgR ＝12m v C 2－12m v 02，所以v C ＝v 02－2gR .在C 点同时加上匀强电场E 和匀强磁场B 后，要求小球做匀速圆周运动，对轨道的压力为零，必然是洛伦兹力提供向心力，且有qE ＝mg ，故匀强电场的方向应为竖直向上，大小E ＝mg q. (2)由牛顿第二定律得：q v C B ＝m v C 2R ，所以B ＝m v C qR ＝m v 02－2gR qR，B 的方向应垂直于纸面向外．小球离开D 点后，由于电场力仍与重力平衡，故小球仍然会在竖直平面内做匀速圆周运动，再次回到BCD 轨道时，仍与轨道没有压力，连续做匀速圆周运动．答案： (1)匀强电场的方向竖直向上.mg q. (2)垂直于纸面向外．m v 02－2gR qR(3)仍做匀速圆周运动12. (2010·海南卷)图中左边有一对平行金属板，两板相距为d ，电压为U ，两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B 0，方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里．图中右边有一半径为R 、圆心为O 的圆形区域，区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面朝里．一电荷量为q 的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿同一方向射出平行金属板之间的区域，并沿直径EF 方向射入磁场区域，最后从圆形区域边界上的G 点射出．已知弧FG 所对应的圆心角为θ，不计重力．求(1)离子速度的大小；(2)离子的质量．解析： (1)由题设知，离子在平行金属板之间做匀速直线运动，它所受到的向上的磁场力和向下的电场力平衡q v B 0＝qE 0①式中，v 是离子运动速度的大小，E 0是平行金属板之间的匀强电场的强度，有 E 0＝U d② 由①②式得v ＝U B 0d.③ (2)在圆形磁场区域，离子做匀速圆周运动．由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q v B ＝m v 2r④式中，m 和r 分别是离子的质量和它做圆周运动的半径．由题设，离子从磁场边界上的点G 穿出，离子运动的圆周的圆心O ′必在过E 点垂直于EF 的直线上，且在EG 的垂直平分线上．由几何关系有r ＝R tan α⑤式中，α是OO ′与直径EF 的夹角．由几何关系有 2α＋θ＝π⑥联立③④⑤⑥式得，离子的质量为 m ＝qBB 0Rd U cot θ2.⑦答案： (1)U B 0d (2)qBB 0Rd U cot θ23单元综合评估(B卷)(本栏目内容，在学生用书中以活页形式分册装订！)1.如上图所示，条形磁铁竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置Ⅰ向下运动，到达磁铁上端位置Ⅱ，套在磁铁上到达中部Ⅲ，再到磁铁下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁铁从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ过程中，穿过圆环的磁通量变化情况是()A．变大，变小，变大，变小B．变大，变大，变小，变小C．变大，不变，不变，变小D．变小，变小，变大，变大解析：从条形磁铁磁感线的分布情况看，穿过圆环的磁通量在位置Ⅲ处最大，所以正确答案为B.熟悉几种常见磁场的磁感线分布图，知道条形磁铁内部的磁感线方向是从S极到N极．答案： B2.如上图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则()A．放在a处的小磁针的N极向左B．放在b处的小磁针的N极向右C．放在c处的小磁针的S极向右D．放在a处的小磁针的N极向右解析：由安培定则，通电螺线管的磁场如右图所示，右端为N极，左端为S极，在a 点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，则A项错，D项对；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，则B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，则C项错．答案：BD3．如上图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以()A．适当减小磁感应强度B．使磁场反向C．适当增大电流D．使电流反向解析：首先对MN进行受力分析，受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．处于平衡时：2F＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大．答案： C4. 如上图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是()A．都绕圆柱转动B．以不等的加速度相向运动C．以相等的加速度相向运动D．以相等的加速度背向运动答案： C5. 如上图所示，竖直放置的平行板电容器，A板接电源正极，B板接电源负极，在电容器中加一与电场方向垂直的、水平向里的匀强磁场．一批带正电的微粒从A板中点小孔C 射入，射入的速度大小方向各不相同，考虑微粒所受重力，微粒在平行板A、B间运动过程中()A．所有微粒的动能都将增加B ．所有微粒的机械能都将不变C ．有的微粒可以做匀速圆周运动D ．有的微粒可能做匀速直线运动 答案： D6. 电子以垂直于匀强磁场的速度v ，从a 点进入长为d ，宽为L 的磁场区域，偏转后从b 点离开磁场，如上图所示，若磁场的磁感应强度为B ，那么( )A ．电子在磁场中的运动时间t ＝d /vB ．电子在磁场中的运动时间t ＝ab /vC ．洛伦兹力对电子做的功是W ＝Be v 2tD ．电子在b 点的速度值也为v解析： 由于电子做的是匀速圆周运动，故运动时间t ＝ab /v ，B 项正确；由洛伦兹力不做功可得C 错误，D 正确．答案： BD7．如下图所示，质量为m ，带电荷量为－q 的微粒以速度v 与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是( )A ．微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用B ．微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用C ．匀强电场的电场强度E ＝2mgqD ．匀强磁场的磁感应强度B ＝mgq v解析：因为微粒做匀速直线运动，所以微粒所受合力为零，受力分析如图所示，微粒在重力、电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，可知，qE ＝mg ，q v B ＝2mg ，得电场强度E ＝mgq ，磁感应强度B ＝2mgq v，因此A 正确． 答案： A8．某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中作匀速圆周运动，磁场方向垂直于它的运动平面，电子所受正电荷的电场力恰好是磁场对它的作用力的3倍，若电子电荷量为e ，质量为m ，磁感应强度为B ，那么电子运动的可能角速度是( )A.4Be mB.3Be mC.2Be mD.Be m解析： 电子受电场力和洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，当两力方向相同时有：Ee ＋e v B ＝mω2r ，Ee ＝3Be v ，v ＝ωr ，联立解得ω＝4Bem ，故A 正确；当两力方向相反时有Ee－e v B ＝mω2r ，与上面后两式联立得ω＝2Bem，C 正确．答案： AC9. 如上图所示，在边长为2a 的正三角形区域内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一个质量为m 、电荷量为－q 的带电粒子(重力不计)从AB 边的中点O 以速度v 进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与AB 边的夹角为60°，若要使粒子能从AC 边穿出磁场，则匀强磁场的大小B 需满足( )A ．B ＞3m v3aq B ．B ＜3m v3aq C ．B ＞3m vaqD ．B ＜3m vaq解析： 粒子刚好达到C 点时，其运动轨迹与AC 相切，则粒子运动的半径为r 0＝a cot30°.由r ＝m v qB 得，粒子要能从AC 边射出，粒子运动的半径r ＞r 0，解得B ＜3m v3qa ，选项B正确．答案： B10. 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的．电子束经过电压为U 的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如右图所示．磁场方向垂直于圆面．磁场区的中心为O ，半径为r .当不加磁场时，电子束将通过O 点而打到屏幕的中心M 点．为了让电子束射到屏幕边缘P ，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B 应为多少？解析： 电子在磁场中沿圆弧ab 运动，圆心为C ，半径为R .以v 表示电子进入磁场时的速度，m 、e 分别表示电子的质量和电荷量，则eU ＝12m v 2，e v B ＝m v 2R ，又有tan θ2＝rR，由以上各式解得B ＝1r 2mU e tan θ2. 答案：1r2mU e tan θ211. 如上图所示，AB 为一段光滑绝缘水平轨道，BCD 为一段光滑的圆弧轨道，半径为R ，今有一质量为m 、带电荷量为＋q 的绝缘小球，以速度v 0从A 点向B 点运动，后又沿弧BC 做圆周运动，到C 点后由于v 0较小，故难运动到最高点．如果当其运动至C 点时，忽然在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场，使其能运动到最高点，此时轨道弹力为零，且贴着轨道做匀速圆周运动，求：(1)匀强电场的方向和强度； (2)磁场的方向和磁感应强度．(3)小球到达轨道的末端点D 后，将做什么运动？解析： (1)小球到达C 点的速度为v C ，由动能定理得：－mgR ＝12m v C 2－12m v 02，所以v C ＝v 02－2gR .在C 点同时加上匀强电场E 和匀强磁场B 后，要求小球做匀速圆周运动，对轨道的压力为零，必然是洛伦兹力提供向心力，且有qE ＝mg ，故匀强电场的方向应为竖直向上，大小E ＝mgq.(2)由牛顿第二定律得：q v C B ＝m v C 2R ，所以B ＝m v C qR ＝m v 02－2gRqR ，B 的方向应垂直于纸面向外．小球离开D 点后，由于电场力仍与重力平衡，故小球仍然会在竖直平面内做匀速圆周运动，再次回到BCD 轨道时，仍与轨道没有压力，连续做匀速圆周运动．答案： (1)匀强电场的方向竖直向上.mgq .(2)垂直于纸面向外． m v 02－2gRqR(3)仍做匀速圆周运动12. (2010·海南卷)图中左边有一对平行金属板，两板相距为d ，电压为U ，两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B 0，方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里．图中右边有一半径为R 、圆心为O 的圆形区域，区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面朝里．一电荷量为q 的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿同一方向射出平行金属板之间的区域，并沿直径EF 方向射入磁场区域，最后从圆形区域边界上的G 点射出．已知弧FG 所对应的圆心角为θ，不计重力．求(1)离子速度的大小； (2)离子的质量．解析： (1)由题设知，离子在平行金属板之间做匀速直线运动，它所受到的向上的磁场力和向下的电场力平衡q v B 0＝qE 0①式中，v 是离子运动速度的大小，E 0是平行金属板之间的匀强电场的强度，有 E 0＝U d ②由①②式得。
磁场一章末检测
磁场一章末检测一、选择题（共8小题,每小题6分,共48分）1.如图所示,条形磁铁放在光滑斜面上,用平行于斜面的轻弹簧拉住而平衡,A 为水平放置的直导线的截面.导线中无电流时磁铁对斜面的压力为N 1;当导线中有电流通过时,磁铁对斜面的压力为N 2,此时弹簧的伸长量减小了,则（ ）A .N 1<N 2,A 中电流方向向外B .N 1=N 2,A 中电流方向向外C .N 1>N 2,A 中电流方向向内D .N 1>N 2,A 中电流方向向外答案 D2.一个足够长的绝缘斜面,倾角为θ,置于匀强磁场中,磁感应强度为B ,方向垂直于纸面向 里,与水平面平行.如图所示,现有一带电荷量为q 、质量为m 的小球在斜面顶端由静止 开始释放,小球与斜面间的动摩擦因数为μ,则（ ）A .如果小球带正电,小球在斜面上的最大速度为qBmg θcos B .如果小球带正电,小球在斜面上的最大速度为qB mg μθμθ)cos (sin -C .如果小球带负电,小球在斜面上的最大速度为qBmg θcos D .如果小球带负电,小球在斜面上的最大速度为qBmg μθμθ)cos (sin -答案 BC3.如图所示,在光滑的绝缘水平面上,一轻绳连着一个带电小球绕竖直方向的轴O 在匀强磁场中做逆时针方向的匀速圆周运动,磁场方向竖直向下（本图为俯视图）.若小球运动到圆周上的A 点时, 从绳子的连接处脱离,脱离后仍在磁场中运动,则关于以后小球运动情况以下说法中正确的是（ ）A .小球可能做逆时针的匀速圆周运动,半径不变B .小球可能做逆时针的匀速圆周运动,半径减小C .小球可能做顺时针的匀速圆周运动,半径不变D .小球可能做顺时针的匀速圆周运动,半径增大 答案 ACD4.金属棒MN 两端用细软导线连接后,悬挂于a 、b 两点,且使其水平,棒的中部处于水平方向的匀强磁场中,磁场方向垂直于金属棒,如图所示.当棒中通有M 流向N 的恒定电流时, 悬线对棒有拉力.为了减小悬线中的拉力,可采用的办法有（ ）A .适当增大磁场的磁感应强度B .使磁场反向C .适当减小金属棒中的电流强度D .使电流反向答案 A5.（2009·邢台质检）如图所示的天平可用于测定磁感应强度,天平的右臂下面挂有一个不计重力的矩形线圈,宽度为L ,共N 匝,线圈下端悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面.当线圈中通有方向如图所示的电流I 时,在天平左右两边加上质量各为m 1、m 2的砝码,天平平衡,当电流反向（大小不变）时,右边再加上质量为m 的砝码后,天平重新平衡,由此可知（ ）A .磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为NIL gm m )(21-B .磁感应强度的方向垂直于纸面向里,大小为NIL mg2 C .磁感应强度的方向垂直于纸面向外,大小为NIL gm m )(21-D .磁感应强度的方向垂直于纸面向外,大小为NILmg2 答案 B6.在某地上空同时存在着匀强的电场与磁场,一质量为m 的带正电小球,在该区域内沿水平方向向 右做直线运动,如图所示,关于场的分布情况可能的是（ ）A .该处电场方向和磁场方向重合B .电场竖直向上,磁场垂直纸面向里C .电场斜向里侧上方,磁场斜向外侧上方,均与v 垂直D .电场水平向右,磁场垂直纸面向里 答案 ABC7.环形对撞机是研究高能粒子的重要装置,其核心部件是一个高度真空的圆环状的空腔.若带电粒子初速度可视为零,经电压为U的电场加速后,沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B.带电粒子将被限制在圆环状空腔内运动.要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动,下列说法中正确的是（）A.对于给定的加速电压,带电粒子的荷质比q/m越大,磁感应强度B越大B.对于给定的加速电压,带电粒子的荷质比q/m越大,磁感应强度B越小C.对于给定的带电粒子和磁感应强度B,加速电压U越大,粒子运动的周期越小D.对于给定的带电粒子和磁感应强度B,不管加速电压U多大,粒子运动的周期都不变答案BD8.如图所示,长方形abcd长ad=0.6 m,宽ab=0.3 m,O、e分别是ad、bc的中点,以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场（边界上无磁场）,磁感应强度B=0.25 T.一群不计重力、质量m=3×10-7 kg、电荷量q=+2×10-3C的带电粒子以速度v=5×102m/s沿垂直于ad方向且垂直于磁场射入磁场区域（）A.从Od边射入的粒子,出射点全部分布在Oa边B.从aO边射入的粒子,出射点全部分布在ab边C.从Od边射入的粒子,出射点分布在Oa边和ab边D.从aO边射入的粒子,出射点分布在ab边和be边答案D二、计算论述题（共4小题,共52分,其中9、10小题各12分,11、12小题各14分）9.质量为m、长度为L的导体棒MN静止于水平导轨上,通过MN的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与导轨平面成θ角斜向下,如图所示,求棒MN所受的支持力大小和摩擦力大小.答案 BIL cos θ+mg BIL sin θ10.（2009·昌平质检）带电粒子的质量m =1.7×10-27 kg ,电荷量q =1.6×10-19 C ,以速度v =3.2×106 m/s ,沿着垂直于磁场方向同时又垂直于磁边界的方向射入匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B =0.17 T ,磁场的宽度l =10cm .求:（1）带电粒子离开磁场时的速度多大?速度方向与入射方向之间的偏折角多大? （2）带电粒子在磁场中运动的时间多长?离开磁场时偏离入射方向的距离多大? 答案 （1）3.2×106 m/s30°（2）3.3×10-8 s2.7 cm11.如图所示为置于真空中的实验装置.质量为m 、电荷量为e 、初速度为0的电子在加速电压为U 的加速电场加速后垂直进入匀强的偏转电场,之后又进入被测的匀强磁场（电子速度方向与磁场方向垂直）.电子从刚进入磁场P 1到刚离开磁场P 2两点间的距离为d .试求磁场的磁感应强度.答案meUed m 2212.如图所示,在坐标系Oxy 的第一象限中存在沿y 轴正方向的匀强电场,场强大小为E .在其他象限中存在匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里.A 是y 轴上的一点,它到坐标原点O 的距离为h ;C 是x 轴上的一点,到O的距离为l .一质量为m 、电荷量为q 的带负电的粒子以某一初速度沿x 轴方向从A 点进入电场区域,继而通过C 点进入磁场区域,并再次通过A 点,此时速度方向与y 轴正方向成锐角.不计重力作用. 试求：（1）粒子经过C 点时速度的大小和方向.（2）磁感应强度的大小B .答案 （1）mhl h qE 2)4(22+,与x 轴的夹角为arctan l h 2（2）qmhEl h l222+。
(粤教版)高中物理【选修3-1】第3章《磁场》章末知识整合课时检测及答案
【金版新学案】2014-2015学年高中物理第3章磁场章末知识整合课时检测粤教版选修3-1专题一磁场对电流的作用1．+公式F＝BIL中L为导线的有效长度．2．安培力的作用点为磁场中通电导体的几何中心．3．安培力做功：做功的结果将电能转化成其他形式的能．4．分析在安培力作用下通电导体运动情况的一般步骤．①画出通电导线所在处的磁感线方向及分布情况．②用左手定则确定各段通电导线所受安培力．③据初速度方向结合牛顿定律确定导体运动情况．如图所示：在倾角为α的光滑斜面上，垂直纸面放置一根长为L，质量为m的直导体棒．当导体棒中的电流I垂直纸面向里时，欲使导体棒静止在斜面上，可将导体棒置于匀强磁场中，当外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针转至水平向左的过程中，关于B大小的变化，正确的说法是( )A．逐渐增大 B．逐渐减小C．先减小后增大 D．先增大后减小解析：根据外加匀强磁场的磁感应强度B的方向在纸面内由竖直向上逆时针至水平向左的条件，受力分析，再根据力的平行四边形定则作出力的合成变化图，由此可得B大小的变化情况是先减小后增大．答案：C练习1．如右图所示，一根长度为L的均匀金属杆用两根劲度系数为k的轻弹簧水平悬挂在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里．当金属棒中通有由左向右的电流I时，两根轻弹簧比原长缩短Δx后金属杆平衡，保持电流大小不变，方向相反流过金属杆时，两弹簧伸长Δx后金属杆平衡，求匀强磁场的磁感应强度B 为多大？解析：根据安培力和力的平衡条件有(设棒的重力为mg)： 当电流方向由左向右时：BIL ＝2k Δx ＋mg ， 当电流方向由右向左时：BIL ＋mg ＝2k Δx ， 将重力mg 消去得：B ＝2k ΔxIL .答案：B ＝2k ΔxIL2．如图所示，两平行金属导轨间的距离L ＝0.40 m ，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ＝37°，在导轨所在平面内，分布着磁感应强度B ＝0.50 T 、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E ＝4.5 V 、内阻r ＝0.50 Ω的直流电源．现把一个质量m ＝0.040 kg 的导体棒ab 放在金属导轨上，导体棒恰好静止．导体棒与金属导轨垂直、且接触良好，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R ＝2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g 取210 /m s .已知sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80，求： (1)通过导体棒的电流； (2)导体棒受到的安培力大小； (3)导体棒受到的摩擦力．解析：(1)导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有：I＝ER＋r ＝1.5 A(2)导体棒受到的安培力：F安＝BIL＝0.30 N(3)导体棒所受重力沿斜面向下的分力F1＝mgsin 37°＝0.24 N，由于F1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f；根据共点力平衡条件mgsin 37°＋f＝F安，解得：f＝0.06 N.答案：(1)I＝1.5 A (2)F安＝0.30 N(3)f＝0.06 N专题二磁场对运动电荷的作用1．带电粒子在无界匀强磁场中的运动：完整的圆周运动．2．带电粒子在有界匀强磁场中的运动：部分圆周运动(偏转)．解题一般思路和步骤：①利用辅助线确定圆心．②利用几何关系确定和计算轨道半径．③利用有关公式列方程求解．如图所示，在x轴的上方(y＞0的空间内)存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，一个不计重力的带正电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成45°角，若粒子的质量为m，电量为q，求：(1)该粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径．(2)粒子在磁场中运动的时间．解析：先作圆O′，根据题目条件过O作直线L即x轴，交圆O′于O″，即可得到粒子进入磁场的运动轨迹：过入射点O沿逆时针再经O″出射．再分别过O、O″作垂线交于O′，既为粒子作圆周运动轨迹的圆心．如图(a)这样作出的图既准确又标准，且易判断粒子做圆周运动的圆心角为270°.(1)粒子轨迹如图(b)．粒子进入磁场在洛伦兹力的作用下做圆周运动：qvB ＝m2v r，r ＝mvqB.(2)粒子运动周期：T ＝2πr v ＝2πm qB ，粒子做圆周运动的圆心角为270°，所以t ＝34T ＝3πm2qB.答案：(1)mv qB (2)3πm2qB3．(2013·广东)(双选)两个初速度大小相同的同种离子a 和b ，从O 点沿垂直磁场方向进人匀强磁场，最后打到屏P 上．不计重力，下列说法正确的有( )A ．a 、b 均带正电B ．a 在磁场中飞行的时间比b 的短C ．a 在磁场中飞行的路程比b 的短D ．a 在P 上的落点与O 点的距离比b 的近解析：a 、b 粒子的运动轨迹如图所示：粒子a 、b 都向下由左手定则可知，a 、b 均带正电，故A 正确；由r ＝mvqB 可知，两粒子半径相等，根据上图中两粒子运动轨迹可知a 粒子运动轨迹长度大于b 粒子运动轨迹长度，运动时间a 在磁场中飞行的时间比b 的长，故B 、C 错误；根据运动轨迹可知，在P 上的落点与O 点的距离a 比b 的近，故D 正确．故选AD.答案：AD 练习4．如图所示，分布在半径为r 的圆形区域内的匀强磁场，磁感应强度为B ，方向垂直纸面向里．电量为q 、质量为m 的带正电的粒子从磁场边缘A 点沿圆的半径AO 方向射入磁场，离开磁场时速度方向偏转了60°角．试求：(1)粒子做圆周运动的半径； (2)粒子的入射速度；(3)若保持粒子的速率不变，从A 点入射时速度的方向顺时针转过60°角，粒子在磁场中运动的时间．解析：(1)设带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动半径为R ，如图所示 ∠OO′A ＝ 30°由图可知，圆运动的半径R ＝ O′A ＝ 3r ；(2)根据牛顿运动定律， 有：Bqv ＝m v 2R 有：R ＝ mv qB ，故粒子的入射速度 v ＝3rqBm(3)当带电粒子入射方向转过60°角，如图所示，在△OAO 1中，OA ＝ r ，O 1A ＝ 3r ，∠O 1AO ＝30°，由几何关系可得，O 1O ＝r ，∠AO 1E ＝60°设带电粒子在磁场中运动所用时间为t ，由： v ＝2πR T ，R ＝mvBq有：T ＝ 2πR Bq 解出：t ＝ T 6＝πm 3qB答案：见解析☞规律小结： (1) 直线边界(进出磁场具有对称性，如图)(2)平行边界(存在临界条件，如图)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图)专题三带电粒子在复合场中的运动1．复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中两场共存．2．组合场：电场和磁场各位于一定得区域内，并不重叠或在同一区域，电场、磁场交替出现．3．三种场的比较4.复合场中粒子重力是否考虑的三种情况(1)对于微观粒子，如电子、质子、离子等，因为其重力一般情况下与电场力或磁场力相比太小，可以忽略；而对于一些实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般考虑其重力． (2)在题目中有明确说明是否要考虑重力的，这种情况按题目要求处理比较正规，也比较简单． (3)不能直接判断是否要考虑重力的，在受力分析与运动分析时，要结合运动状态确定是否要考虑重力．5．带电粒子在复合场中运动的应用实例 (1)速度选择器①平行板中电场强度E 和磁感应强度B 互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器．②带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是：qvB ＝qE 即v ＝E B .(2)磁流体发电机①磁流体发电机是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能． ②根据左手定则，右图可知B 是发电机的正极．③磁流体发电机两极间的距离为L ，等离子体的速度为v ，磁场的磁感应强度为B ，则两极板间能达到的最大电势差U ＝BLv.④外电阻R 中的电流可由闭合电路欧姆定律求出． (3)电磁流量计工作原理：如图所示，圆形导管直径为d ，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a 、b 间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a 、b 间的电势差就保持稳定，即qvB ＝qE ＝q U d ，所以v ＝UBd 因此液体流量：即Q ＝Sv ＝24d ，U Bd ＝πdU4B(4) 霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这种现象成为霍尔电势差，其原理如图所示．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B 的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )A ．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B ．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C ．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D ．污水流量Q 与U 成正比，与a 、b 无关解析：由左手定则可判断，前表面聚集负电荷，比后表面电势低，且当时，电荷不再偏转，电压表示数恒定，与污水中的离子的多少无关，A 、B 、C 均错误；由Q ＝v·1·bc 可得Q ＝UcB .可见，Q 与U 成正比，与a 、b 无关，D 正确． 答案：D 练习5．半径为r 的圆形空间内，存在着垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子(不计重力)从A 点以速度v 0垂直于磁场方向射入磁场中，并从B 点射出．∠AOB ＝120°，如图所示，则该带电粒子在磁场中运动的时间为( )A.023r v πB.03rvC. 03rv πD.03r v解析：由∠AOB＝120°可知，弧AB 所对圆心角θ＝60°，故t ＝16T ＝πm3qm ，但题中已知条件不够，没有此项选择，另想办法找规律表示t.由匀速圆周运动t ＝L ABv 0，从图中分析有R＝3r ，则AB 弧长L AB ＝R·θ＝3r×π3＝33πr ，则t ＝L AB v 0＝3πr3v 0，D 项正确．答案：D6．如下图，在平面直角坐标系xOy 内，第Ⅰ象限存在沿y 轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限以ON 为直径的半圆形区域内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B.一质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子，从y 轴正半轴上y ＝ h 处的M 点，以速度v0垂直于y 轴射入电场，经x 轴上x ＝ 2h 处的P 点进入磁场，最后以垂直于y 轴的方向射出磁场．不计粒子重力．求：(1)电场强度的大小E.(2)粒子在磁场中运动的轨道半径r.(3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t.解析：粒子的运动轨迹如下图所示(1)设粒子在电场中运动的时间为t 1，x 、y 方向： 2h ＝v 0t 1，h ＝12at 2根据牛顿第二定律Eq ＝ma 求出E ＝mv 22qh(2)根据动能定理Eqh ＝12mv 2－12mv 2设粒子进入磁场时速度为v ，根据Bqv ＝m v2rr ＝2mv 0Bq(3)粒子在电场中运动的时间t 1＝2hv 0粒子在磁场中运动的周期 T ＝2πr v ＝2πm Bq设粒子在磁场中运动的时间为t 2＝38T求出t ＝t 1＋t 2＝2h v 0＋3πm4Bq答案：见解析如图(a)所示，左为某同学设想的粒子速度选择装置，由水平转轴及两个薄盘N 1、2N 构成，两盘面平行且与转轴垂直，相距为L ，盘上各开一狭缝，两狭缝夹角可调，如下图(b)；右为水平放置的长为d 的感光板，板的正上方有一匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁感应强度为B.一小束速度不同、带正电的粒子沿水平方向射入N 1，能通过2N 的粒子经O 点垂直进入磁场．O 到感光板的距离为d2，粒子电荷量为q ，质量为m ，不计重力．(1)若两狭缝平行且盘静止，如下图(c)，某一粒子进入磁场后，竖直向下打在感光板中心点M上，求该粒子在磁场中运动的时间t.(2)若两狭缝夹角为0，盘匀速转动，转动方向如图(b)．要使穿过N 1、2N 的粒子均打到感光板1P 、1P连线上，试分析盘转动角速度ω的取值范围(设通过N 1的所有粒子在盘转一圈的时间内都能到达2N )．分析说明：(1)作圆周X ，由入射点O 、出射点M 可以确定粒子在磁场中运动的轨迹为四分之一圆周，如图(1)．(2)作圆周Y ，要使穿过N 1、2N 的粒子打到感光板的P 1，可以确定粒子在磁场中运动的轨迹为二分之一圆周，对应的粒子运动速度为最小值，如图(2)． (3)作圆周Z ，要使穿过N 1、2N 的粒子打到感光板的2P ，可以确定粒子在磁场中运动的轨迹为OP 2段圆周，对应的粒子运动速度为最大值，再找出圆心的位置，几何关系就易找出了，如图(3)．解析：(1)粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动半径R ＝d4，洛伦兹力提供向心力，qvB ＝m2v R，又：2πR ＝v·T, t＝T 4，解得：t ＝πm2qB.(2)速度最小时，运动半径1R ＝d 4，L ＝v t 11，θ0＝t ω11，qv B 1＝m 211v R ，解得：ω1＝4qBd mlθ；速度最大时，22R＝(2R－d 2)2＋d2，解得：2R ＝5d 4，L ＝22v t ，θ0＝22t ω，2qv B ＝m222v R ，解得：2ω＝54qBd mlθ，所以04qBd mlθ≤ω≤54qBd ml θ.答案：(1)πm2qB (2)04qBd ml θ≤ω≤054qBd ml θ。
第一章 章末检测试卷(一)
章末检测试卷(一)(满分：100分)一、单项选择题(本题共8小题，每小题4分，共32分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)1.(2021·张家口市高二上期末)如图所示，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相反、大小相等的电流，a、b两点位于两导线所在的平面内．下列说法正确的是()A．a点的磁感应强度一定为零B．b点的磁感应强度一定为零C．ef导线受到的安培力方向向右D．cd导线在a点产生的磁场方向垂直纸面向外答案 C解析根据安培定则可知，通电导线cd在a点产生的磁场方向垂直纸面向里，通电导线ef 在a点产生的磁场方向垂直纸面向外，cd、ef中通有方向相反、大小相等的电流，但a点离cd较近，故a点的磁场方向垂直纸面向里，故a点的磁感应强度一定不为零，故A、D错误；根据安培定则可知，通电导线ef和cd在b点产生的磁场方向相同，均为垂直纸面向外，所以b点的磁场方向垂直纸面向外，故b点的磁感应强度一定不为零，故B错误；cd、ef中通的电流方向相反，ef导线受到的安培力方向向右，故C正确．2.如图所示，用绝缘细线悬挂一个导线框，导线框是由两个同心半圆弧导线和直导线ab、cd(ab、cd在同一条水平直线上)连接而成的闭合回路，导线框中通有图示方向的电流，处于静止状态．在半圆弧导线的圆心处沿垂直于导线框平面的方向固定放置一根长直导线P.当P 中通以方向垂直于导线框向外的电流时()A ．导线框将向左摆动B ．导线框将向右摆动C ．从上往下看，导线框将顺时针转动D ．从上往下看，导线框将逆时针转动 答案 D解析 当长直导线P 中通以方向垂直于导线框向外的电流时，由安培定则可判断出长直导线P 产生的磁场方向为逆时针方向，磁感线是以P 为圆心的同心圆，则两半圆弧导线不受安培力，由左手定则可判断出直导线ab 所受的安培力方向垂直纸面向外，cd 所受的安培力方向垂直纸面向里，从上往下看，导线框将逆时针转动，故D 正确．3.如图所示，MN 为区域Ⅰ、Ⅱ的分界线，在区域Ⅰ和区域Ⅱ内分别存在着与纸面垂直的匀强磁场，一带电粒子沿着弧线apb 由区域Ⅰ运动到区域Ⅱ.已知圆弧ap 与圆弧pb 的弧长之比为2∶1，不计粒子重力，下列说法正确的是( )A ．粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中的速率之比为2∶1B ．粒子通过圆弧ap 、pb 的时间之比为1∶2C ．圆弧ap 与圆弧pb 对应的圆心角之比为2∶1D ．区域Ⅰ和区域Ⅱ的磁场方向相反 答案 D解析 由于洛伦兹力不做功，所以粒子在两个磁场中的运动速度大小不变，即粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中的速率之比为1∶1，A 错误；根据t ＝lv ，v 相同，则时间之比等于经过的弧长之比，即粒子通过圆弧ap 、pb 的时间之比为2∶1，B 错误；圆心角θ＝lr ，r ＝m v qB ，由于磁场的磁感应强度之比不知，故半径之比无法确定，则转过的圆心角之比无法确定，故C 错误；根据曲线运动的条件，可知洛伦兹力的方向与运动方向的关系，再由左手定则可知，两个磁场的磁感应强度方向相反，故D 正确．4.(2021·重庆缙云教育联盟高二上期末)图中a 、b 、c 、d 为四根与纸面垂直的长直导线，它们的横截面分别位于正方形的四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示．一带负电的粒子从正方形中心O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是( )A ．向上B ．向下C ．向左D ．向右答案 A解析 由安培定则可知b 与d 导线中电流在O 点产生的磁场相互抵消，而a 与c 导线中的电流在O 点产生的磁场均水平向左相互叠加，合磁场方向水平向左．当一带负电的粒子从正方形中心O 点沿垂直于纸面的方向向外运动，根据左手定则可知，它所受洛伦兹力的方向向上，故选A.5.(2022·汾阳中学高二下月考)如图所示，半径为R 的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，质量为m 、电荷量为q 的正电荷(重力忽略不计)以速度v 沿正对着圆心O 的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角．则磁场的磁感应强度大小为( )A.m v qR tanθ2B.m v tanθ2qRC.m v qR sinθ2D.m v qR cosθ2答案 B解析 画出电荷运动的轨迹如图所示，设电荷运动的轨道半径为r ，由几何关系可得tan θ2＝Rr ；洛伦兹力提供电荷在磁场中做匀速圆周运动的向心力，可得q v B ＝m v 2r ，联立可得B ＝m v tanθ2qR，故选B.6.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比为( )A ．11B ．12C ．121D ．144 答案 D解析 设质子的质量和电荷量分别为m 1、q 1，该一价正离子的质量和电荷量分别为m 2、q 2.对于任意粒子，在加速电场中，由动能定理得 qU ＝12m v 2－0，得v ＝2qUm① 在磁场中，由洛伦兹力提供向心力有 q v B ＝m v 2r②由①②式联立得m ＝B 2r 2q2U ，由题意知，两种粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径相同，加速电压U 不变，其中B 2＝12B 1，q 1＝q 2，可得m 2m 1＝B 22B 12＝144，故选项D 正确．7.(2021·池州市高二上期末)如图所示，空间中有方向垂直桌面向下的匀强磁场B (图中未画出)，两根平行通电金属直导线M 和N 恰好静止在光滑绝缘的水平桌面上，图中为垂直导线的截面图，M 和N 中电流大小分别为I M 、I N .则下列判断可能正确的是( )A ．电流方向相同，I M ＝I NB ．电流方向相同，I M ≠I NC ．电流方向相反，I M ＝I ND ．电流方向相反，I M ≠I N 答案 C解析 对M 和N 进行受力分析可知，在水平方向各自所受合外力为零，若电流方向相同，则M 、N 所受匀强磁场产生的安培力方向相同，而两通电直导线相互产生的安培力方向相反，合外力不可能都为零，A 、B 错误；若电流方向相反，则M 、N 所受匀强磁场产生的安培力方向相反，又因为两通电直导线之间的安培力为排斥力，方向相反，大小相等，根据安培力公式F ＝BIL 可知，只有M 和N 中电流大小相等时，所受匀强磁场的安培力大小才相等，每根导线受到的合力可能为零，C 正确，D 错误．8.在直角坐标系xOy 的第一象限内，存在一垂直于xOy 平面、磁感应强度大小为2 T 的匀强磁场(未画出)，如图所示，一带电粒子(重力不计)在x 轴上的A 点沿着y 轴正方向以大小为 2 m/s 的速度射入第一象限，并从y 轴上的B 点穿出．已知A 、B 两点的坐标分别为(8 m,0)，(0,4 m)，则该粒子的比荷为( )A ．0.1 C/kgB ．0.2 C/kgC ．0.3 C/kgD ．0.4 C/kg答案 B解析 粒子的运动轨迹如图所示，由几何知识得r 2－OB 2＋r ＝OA ，解得r ＝5 m ，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得q v 0B ＝m v 02r ，解得q m ＝v 0Br ＝22×5C/kg ＝0.2 C/kg ，故B 正确．二、多项选择题(本题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)9.如图所示，由两种比荷不同的离子组成的离子束，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，离子的重力不计，下列说法正确的是()A．组成A束和B束的离子都带正电B．组成A束和B束的离子质量一定相同C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷D．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里答案ACD解析A、B离子进入磁场后都向左偏，根据左手定则可知A、B两束离子都带正电，故A正确；能通过速度选择器的离子所受静电力和洛伦兹力平衡，则q v B＝qE，即不发生偏转的离；进入另一个匀强磁场分裂为A、B两束，轨道半径不等，子具有相同的速度，大小为v＝EB可知，半径大的比荷小，所以A束离子的比荷大于B束离子的比荷，但不能判断根据r＝m vqB两离子的质量关系，故B错误，C正确；在速度选择器中，电场方向水平向右，A、B离子所受电场力方向向右，所以洛伦兹力方向向左，根据左手定则可知，速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里，故D正确．10.(2019·海南卷)如图，虚线MN的右侧有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，两电荷量相同的粒子P、Q从磁场边界的M点先后射入磁场，在纸面内运动．射入磁场时，P的速度v P垂直于磁场边界，Q的速度v Q与磁场边界的夹角为45°.已知两粒子均从N点射出磁场，且在磁场中运动的时间相同，则()A．P和Q的质量之比为1∶2B．P和Q的质量之比为2∶1C．P和Q速度大小之比为2∶1D．P和Q速度大小之比为2∶1答案 AC解析 设MN ＝2R ，则粒子P 的运动半径为R ，有R ＝m P v PBq，粒子Q 的运动半径为2R ，有2R ＝m Q v Q Bq ；又两粒子的运动时间相同，则t P ＝12T P ＝πm P Bq ，t Q ＝14T Q ＝πm Q 2Bq ，即πm P Bq ＝πm Q 2Bq ，联立解得m Q ＝2m P ，v P ＝2v Q ，故A 、C 正确，B 、D 错误．11.如图为回旋加速器的示意图，两个靠得很近的D 形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B .一质子从加速器的A 处开始加速．已知D 形盒的半径为R ，高频交变电源的电压为U 、频率为f ，质子质量为m ，电荷量为q .已知质子在磁场中运动的周期等于交变电源的周期，下列说法正确的是( )A ．质子的最大速度不超过2πRfB ．质子的最大动能为q 2B 2R 24mC ．质子的最大动能与U 无关D ．若增大电压U ，质子的最大动能增大 答案 AC解析 质子出回旋加速器的速度最大的半径为R ，则v ＝2πRT ＝2πRf ，所以最大速度不超过2πRf ，A 正确．由Bq v ＝m v 2R 得v ＝BqR m ，质子的最大动能E k ＝12m v 2＝q 2B 2R 22m ，与电压无关，B 、D 错误，C 正确．12.(2021·绵阳市江油中学高二月考)如图所示，虚线EF 的下方存在着正交的匀强电场和匀强磁场(未画出)，电场强度为E ，磁感应强度为B .一带电微粒自离EF 为h 的高处由静止下落，从B 点进入场区，做了一段匀速圆周运动，从D 点射出，下列说法正确的是(重力加速度为g )( )A ．微粒做圆周运动的半径为EB2h gB．从B点运动到D点的过程中微粒的重力势能与动能之和在C点最小C．从B点运动到D点的过程中微粒的电势能先减小后增大D．从B点运动到D点的过程中微粒的电势能和重力势能之和在最低点C最小答案AB解析由题可知，带电微粒进入正交的匀强电场和匀强磁场中做匀速圆周运动，静电力与重力必定平衡，则微粒受到的静电力的方向一定竖直向上，有mg＝qE，由洛伦兹力提供向心力，有q v B＝m v2r ，由运动学公式v2＝2gh，联立可得微粒做圆周运动的半径r＝EB2hg，故A正确；从B点运动到D点的过程中动能没有发生改变，在C点的高度最低，重力势能最小，所以从B点运动到D点的过程中微粒的重力势能与动能之和在C点最小，故B正确；从B 点运动到D点的过程中静电力先做负功后做正功，所以微粒的电势能先增大后减小，故C错误；根据能量守恒定律可知，微粒在运动过程中，电势能、动能、重力势能之和一定，动能不变，则电势能和重力势能之和不变，故D错误．三、非选择题(本题共4小题，共52分)13.(10分)(2022·广东茂名一中高二下月考)如图所示，将长为50 cm，质量为10 g的均匀金属棒ab的两端用两根相同的弹簧悬挂成水平状态，置于垂直于纸面向里的匀强磁场中．当金属棒中通以0.4 A的电流时，弹簧恰好不伸长．g＝10 m/s2.(1)求匀强磁场的磁感应强度的大小；(2)当金属棒中通过大小为0.2 A、方向由a到b的电流时，弹簧伸长1 cm；如果电流方向由b到a，而电流大小不变，则弹簧伸长又是多少？答案(1)0.5 T(2)3 cm解析(1)弹簧恰好不伸长时，ab棒受到向上的安培力BIL和向下的重力mg且二者大小相等即BIL＝mg(2分)解得B＝mgIL＝0.5 T(2分)(2)当大小为0.2 A的电流由a流向b时，ab棒受到两根弹簧向上的拉力2kx1，及向上的安培力BI 1L 和向下的重力mg 作用，处于平衡状态． 根据平衡条件有2kx 1＋BI 1L ＝mg (2分)当电流反向后，ab 棒在两根弹簧向上的拉力2kx 2及向下的安培力BI 1L 和重力mg 作用下处于平衡状态．根据平衡条件有2kx 2＝mg ＋BI 1L (2分) 联立解得x 2＝mg ＋BI 1L mg －BI 1Lx 1＝3 cm.(2分)14．(12分)(2021·潍坊市高二期末)如图所示，一半径为R 的圆形区域，圆心位于平面直角坐标系的原点O ，其内充满垂直于xOy 平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B 0；在第四象限x ≥R 空间充满沿y 轴正方向的匀强电场．位于x 轴上的离子源以恒定速度射出电荷量为q 、质量为m 的正离子，离子沿x 轴正方向进入磁场，经坐标点(4R,0)离开电场．已知离子离开磁场时速度方向与x 轴正方向的夹角θ＝60°.忽略离子间的相互作用，不计重力．求：(1)离子在圆形区域中运动时的速度的大小； (2)电场强度的大小．答案 (1)3B 0Rq m (2)23B 02Rq 3m解析 (1)离子离开磁场时速度方向与x 轴正方向的夹角θ＝60°，由几何关系可知tan 30°＝Rr(2分)洛伦兹力提供向心力，得q v B 0＝m v 2r (2分)联立可得v ＝3B 0Rqm.(2分) (2)由题意知，离子射入电场时的纵坐标为－3R ，离子射入电场后沿x 轴方向3R ＝v cos 60°t(2分)沿y 方向3R ＝－v sin 60°t ＋12·qEm t 2(2分)解得t ＝6Rv E ＝23B 02Rq 3m.(2分)15．(14分)回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图甲所示：D 1和D 2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，两个D 形盒接在如图乙所示的电压为U 、周期为T 的交流电源上，D 形盒两直径之间的区域只有电场，交流电源用来提供加速电场．位于D 1的圆心处的质子源A 在t ＝0时产生的质子(初速度可以忽略)在两盒之间被电压为U 的电场加速，第一次加速后进入D 形盒D 2，在D 形盒的磁场中运动，运动半周时交流电源电压刚好改变方向对质子继续进行加速，已知质子质量为m 、带电荷量为q .半圆形D 形盒所在空间只有磁场，磁场的磁感应强度为B ，D 形盒的半径为R ，当质子被加速到最大速度后，沿D 形盒边缘运动半周再将它们引出，质子的重力不计，求：(1)质子第一次被电场加速后进入磁场的轨道半径； (2)质子在磁场中运动的时间． 答案 (1)1B2mU q (2)πBR 22U解析 (1)质子在加速电场中第一次被加速，根据动能定理，有 qU ＝12m v 12(2分)在磁场中洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有 q v 1B ＝m v 12r (2分)解得r ＝1B2mUq(2分) (2)设质子被加速n 次后达到最大速度，由动能定理，有 nqU ＝12m v 2(2分)洛伦兹力提供质子做圆周运动的向心力，有q v B ＝m v 2R (2分) 周期T ＝2πR v (1分)则质子在磁场中运动的时间t ＝n T 2(1分) 解得t ＝πBR 22U(2分) 16．(16分)(2021·衡阳一中月考)如图所示，直角三角形OAC (α＝30°)区域内有B ＝0.5 T 的匀强磁场，方向如图所示．两平行极板M 、N 接在电压为U 的直流电源上，M 板为高电势．一带正电的粒子从靠近M 板由静止开始加速，从N 板的小孔射出电场后，从P 点以垂直OA的方向进入磁场中，带电粒子的比荷为q m＝1.0×104 C/kg ，O 、P 间距离为l ＝1.2 m ．全过程不计粒子所受的重力，求：(1)粒子从OA 边离开磁场时，粒子在磁场中运动的时间；(2)粒子从OC 边离开磁场时，粒子在磁场中运动的最长时间；(3)若加速电压U ＝220 V ，通过计算说明粒子从三角形OAC 的哪一边离开磁场．答案 (1)2π×10－4 s (2)4π3×10－4 s (3)OC 边 解析 (1)带电粒子在磁场中做圆周运动，由Bq v ＝m v 2r及T ＝2πr v 可得周期为： T ＝2πm qB ＝2π0.5×10－4 s ＝4π×10－4 s(2分) 当粒子从OA 边离开磁场时，粒子在磁场中恰好运动了半个周期，时间为t 1＝T 2＝2π×10－4 s ； (2分)(2)如图甲所示，当带电粒子的轨迹与OC 边相切时为临界状态，时间即为从OC 边射出的最大值，由几何关系可知，粒子在磁场中运动的圆心角为120°，所以粒子在磁场中运动的最长时间为t 2＝T 3＝4π3×10－4 s ；(4分)甲 乙(3)粒子在加速电场被加速，则有qU ＝12m v 2(2分) 粒子在磁场中做匀速圆周运动，则有q v B ＝m v 2r(2分) 因U ＝220 V ，解得r ＝0.4 1.1 m(1分) 如图乙所示，当带电粒子的轨迹与OC 边相切时为临界状态，设此时粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为R ，由几何关系得R ＋R sin α＝l (1分) 解得R ＝0.4 m(1分)由于粒子在磁场中运动的半径r ＝0.4 1.1 m>0.4 m ，所以粒子从OC 边射出．(1分)。
《磁场》章末测试
《磁场》章末测试磁场磁场是围绕磁体的一种特殊空间，它是由磁体所产生的磁力线组成的。
磁场的产生与磁性有着密切的关系，只有具有一定的磁性物质，才能产生磁场。
磁场具有方向性和强度的特点，它能够对周围的物体产生吸引或排斥的效果。
磁场的强度可以用磁场线的稀密程度来衡量，磁场线越稀密，说明磁场的强度越大。
磁场线的分布形状与磁体的形状有关，磁体有均匀磁场和非均匀磁场之分。
在均匀磁场中，磁场线形状规则，密度均匀，磁力相等；而在非均匀磁场中，磁场线形状复杂，密度不均匀，磁力不等。
根据磁场的性质和特点，人们利用磁场进行了许多应用和研究。
磁场在物理学、地学、医学等领域都有重要的应用。
在物理学中，人们研究磁场的性质，探索磁场对物质的影响和作用机理。
地学研究中，人们利用磁场测量地球的磁场，揭示地球内部的构造和演化过程。
在医学中，磁场被用来进行磁共振成像，帮助医生诊断疾病和进行治疗。
除了应用领域，磁场还有广泛的研究价值。
科学家们利用磁场进行了许多精密的实验和研究，揭示了磁场的许多奇妙特性。
例如，磁场可以引起电流的感应，这就是电磁感应现象。
根据这个现象，人们发明了发电机和电动机等重要的电器设备，实现了电力的产生和利用。
另外，磁场还可以使物体发生加速或减速的运动，这被称为洛伦兹力。
洛伦兹力广泛应用于粒子加速器、磁悬浮列车等高科技领域。
在生活中，我们也会时常感受到磁场的影响。
比如，我们使用的电磁炉、电吹风、电视机等电器设备都是利用磁场产生的。
此外，磁场还可以被用来制作磁钢和电磁铁等工业原料，广泛应用于机械、电子等领域。
磁场的应用为人们的生活带来了便利和发展。
然而，磁场也存在一些问题和风险。
比如，长时间接触强磁场可能对人体健康产生不良影响，尤其是对心脏和神经系统的影响。
此外，强磁场也会对电子设备和磁性材料产生干扰，甚至损坏。
因此，在日常生活中，我们要注意避免长时间接触强磁场，保护好自己的健康和财产安全。
总的来说，磁场是人们研究和应用的一个重要领域。
第十一章 磁场 章末质量检测.
第十一章磁场(时间60分钟，满分100分)一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分)1．如图1所示，通电导线均置于匀强磁场中，其中导线受安培力作用的是 ()图1解析：只有当通电导线和磁场平行时，才不受安培力的作用，而A、D中导线均与磁场垂直，B中导线与磁场方向夹角为60°，因此都受安培力的作用，故正确选项为A、B、D.答案：ABD2．物理学家法拉第在研究电磁学时，亲手做过许多实验，如图2所示的实验就是著名的电磁旋转实验，这种现象是：如果载流导线附近只有磁铁的一个极，磁铁就会围绕导线旋转；反之，载流导线也会围绕单独的某一磁极旋转．这一装置实际上就是最早的电动机．图中A是可动磁铁，B是图2固定导线，C是可动导线，D是固定磁铁．图中黑色部分表示汞(磁铁和导线的下半部分都浸没在汞中)，下部接在电源上．请你判断这时自上向下看，A和C转动方向为 ( )A．顺时针、顺时针 B．顺时针、逆时针C．逆时针、顺时针 D．逆时针、逆时针解析：根据电流的方向判定可以知道B中的电流方向是向上的，那么在B导线附近的磁场方向为逆时针方向，即为A磁铁N极的受力方向；由于D磁铁产生的磁场呈现出由N极向外发散，C中的电流方向是向下的，由左手定则可知C受到的安培力方向为顺时针．故选项C正确．答案：C3．(2008·广东高考)带电粒子进入云室会使云室中的气体电离，从而显示其运动轨迹．图3所示是在有匀强磁场的云室中观察到的粒子的轨迹，a和b是轨迹上的两点，匀强磁场B垂直于纸面向里．该粒子在运动时，其质量和电荷量不变，而动能逐渐减少，下列说法正确的是( ) 图3A．粒子先经过a点，再经过b点B．粒子先经过b点，再经过a点C．粒子带负电D．粒子带正电解析：从粒子运动的轨迹可以判断，粒子在a点的曲率半径大于在b点的曲率半径．由mvR＝可知，半径越小速度越小，所以粒子在b点的速度小于在a点的速度，故粒qB子先经过a点，再经过b点，即在运动中，使气体电离、损失动能、速度变小，A正确，B错误；根据左手定则可以判断粒子带负电，C正确，D错误．答案：AC4．如图4所示的天平可用来测定磁感应强度．天平的右臂下面挂有一个矩形线圈．宽度为l，共N匝，线圈下端悬在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面．当线圈中通有电流I时 (方向如图)，在天平左右两边加上质量图4各为m1、m2的砝码，天平平衡，当电流反向(大小不变)时，右边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，由此可知 ( )(m1－m2)gA．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为NIlmgB．磁感应强度的方向垂直纸面向里，大小为2NIl(m1－m2)gC．磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为NIlmgD．磁感应强度的方向垂直纸面向外，大小为 2NIl解析：由题意可知，当电流方向改变反向时右边需要再加质量为m的砝码后，天平才能平衡，由此可知，电流反向，安培力由向下改为向上，所以磁场方向是垂直纸面向里的，设矩形线圈的重力为G0，第一次平衡时，左边盘中砝码的质量为m1，右边砝码质量为m2，由力矩平衡原理得m1g＝m2g＋NBIl＋G0，电流反向后，达到mg平衡时m1g＝m2g＋mg－NBIl＋G0，由上述两式可得B＝B正确． 2NIl答案：B5．如图5所示的虚线框为一长方形区域，该区域内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，一束电子以不同的速率从O点垂直于磁场方向、沿图中方向射入磁场后，分别从a、b、c、d四点射出磁图5场，比较它们在磁场中的运动时间ta、tb、tc、td，其大小关系是 ( )A．ta<tb<tc<td B．ta＝tb＝tc＝tdC．ta＝tb<tc<td D．ta＝tb>tc>td解析：带电粒子的运动轨迹如图所示，由图可知，从a、b、c、d四点飞出的电子对应的圆心角θa＝2πmθb>θc>θd，而带电粒子的周期T＝ qBθ磁场中运动时间t＝T，故ta＝tb>tc>td.D项正确．2π答案：D6．如图6所示，一束正离子从S点沿水平方向射出，在没有电、磁场时恰好击中荧光屏上的坐标原点O；若同时加上电场和磁场后，正离子束最后打在荧光屏上坐标系的第Ⅲ象限中，则所加电场E和磁场B的方向可能是(不计离子重力及其间相互作用力) ()图6A．E向上，B向上 B．E向下，B向下C．E向上，B向下 D．E向下，B向上解析：带电粒子在电场中沿y轴方向偏转，在磁场中沿x轴方向偏转，现带电粒子最后打在第Ⅲ象限中，故粒子偏向y轴负方向，则E向下；粒子还偏向x轴负方向，由左手定则可知B向下，因此选项B正确．答案：B7．地球大气层外部有一层复杂的电离层，既分布有地磁场，也分布有电场．假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图7所示的电场和磁场；电场的方向在纸面内斜向左下方，磁场的方向垂直于纸面向里．此时一带电宇宙粒子，恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域，不计重图7力作用，则在该区域中，有关该带电粒子的运动情况可能的是 ( )A．仍做直线运动 B．立即向左下方偏转C．立即向右上方偏转 D．可能做匀速圆周运动解析：假定粒子带正电，则粒子受力如图所示，若Eq＝qvB，则A项正确，若Eq>qvB，则B项正确，若Eq<qvB，则C项正确．因粒子做曲线运动时电场力做功会改变粒子速度的大小，故D项错误．综上所述A、B、C选项正确．答案：ABC8．如图8所示，连接平行金属板P1和P2(板面垂直于纸面)的导线的一部分CD和另一连接电池的回路的一部分GH平行，CD和GH均在纸平面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当一束等离子体射入两图8金属板之间时，CD段导线将受到力的作用，下列判断正确的是 ( )A．当等离子体从右侧射入时，CD受力的方向远离GHB．当等离子体从右侧射入时，CD受力的方向指向GHC．当等离子体从左侧射入时，CD受力的方向远离GHD．当等离子体从左侧射入时，CD受力的方向指向GH解析：由电路知识知GH中的电流方向向下．等离子体从右方射入时，由左手定则可知，正离子向下偏转，负离子向上偏转，CD中的电流方向向上，由异向平行的电流相互排斥可知，CD受力的方向背离GH，A对B错．同理可知，等离子体从左方射入时，CD受力的方向指向GH，C错D对．答案：AD9．(2010·兰州模拟)实验室经常使用的电流表是磁电式仪表．这种电流表的构造如图9甲所示．蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布的．当线圈通以如图乙所示的电流，下列说法正确的是 ()图9A．线圈转到什么角度，它的平面都跟磁感线平行B．线圈转动时，螺旋弹簧被扭动，阻碍线圈转动C．当线圈转到图乙所示的位置时，b端受到的安培力方向向上D．当线圈转到图乙所示的位置时，安培力的作用使线圈沿顺时针方向转动解析：由于磁场是均匀辐向分布的，因此线圈平面始终与磁感线平行，故A正确；线圈转动时，会使螺旋弹簧扭动，产生一个阻碍线圈转动的力，故B正确；当线圈转到图乙所示位置时，a端所受安培力向上，b端所受安培力向下，使线圈沿顺时针方向转动，故选项D正确，C错误．答案：ABD10．(2010·重庆五校联考)空间存在垂直于纸面方向的均匀磁场，其方向随时间做周期性变化，磁感应强度B随时间t变化的图象如图10所示．规定B>0时，磁场的方向穿出纸面．一电荷量q＝5π×107 C、质量m＝5×10－－10 kg的带电粒子，位于某点O处，在t＝0时刻以初速度v0＝π m/s沿某方向开始运动．不计重力的作用，不计磁场的变化可能产生的一切其他影响．则在磁场变化N个(N为整数)周期的时间内 5带电粒子的平均速度的大小等于 ()图10πA．π m/s m/s 2C．2 m/s D.2 m/smv0解析：带电粒子在磁场中的运动半径为r＝ Bq2πm0.01 m，周期为T＝0.02 s，作出粒子的轨迹 Bq示意图如图所示，所以在磁场变化N个(N为整数)周期的时间内，带电粒子的平均速度的大小等于2 m/s，即C选项正确．答案：C二、计算题(本题共4小题，共50分)11．(10分)水平面上有电阻不计的U形导轨NMPQ，它们之间的宽度为L，M和P之间接入电动势为E的电源(不计内阻)．现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为图11R的金属棒ab，并加一个范围较大的匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，如图11所示．问：(1)当ab棒静止时，ab棒受到的支持力和摩擦力各为多少？(2)若B的大小和方向均能改变，则要使ab棒所受支持力为零，B的大小至少为多少？此时B的方向如何？解析：(1)Fx合＝F摩－Fsinθ＝0 ①Fy合＝FN＋Fcosθ－mg＝0 ②EF＝BIL＝B ③ RBLEcosθBLE解①②③式得FN＝mg－F摩＝sinθ. RR(2)要使ab棒受的支持力为零，其静摩擦力必然为零，满足上述条件的最小安培力E应与ab棒的重力大小相等、方向相反，所以有F＝mg，即B＝mg.解得最小磁R感应强度Bmin＝mgRB的方向应水平向右． ELBELcosθBLE答案：(1)mg－sinθ RRmgR(2)方向水平向右 EL12．(11分)空间存在水平方向互相正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E＝103N/C，磁感应强度为B＝1 T，方向如图12所示．有一个质量m＝2.0×106 kg、带电图12 －荷量q＝＋2.0×106 C的粒子在空间做直－线运动，试求其速度的大小和方向(g＝10 m/s2)．解析：经分析可知，该粒子在重力、电场力与磁场力作用下做匀速直线运动．粒子的受力如图所示． qE＝mgtanα ①qvBcosα＝mg ②解①②得v＝20 m/sθ＝60°③速度方向与电场方向成60°角斜向上．答案：20 m/s 方向为与电场方向成60°角斜向上13．(14分)如图13所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ、Ⅱ中，直径A2A4与A1A3的夹角为60°.一质量为m、带电荷量为＋q的粒子以图13 某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场．已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求Ⅰ区和Ⅱ区中磁感应强度的大小B1和B2(忽略粒子重力)．解析：设粒子的速度为v，在Ⅰ区中运动半径为R1，周期为T1，运动时间为t1；在Ⅱ区中运动半径为R2，周期为T2，运动时间为t2；磁场的半径为R. (1)粒子在Ⅰ区运动时：轨迹的圆心必在过A1点垂直速度的直线上，也必在过O 点垂直速度的直线上，故圆心在A2点，由几何知识和题意可知，轨道半径R1＝R，又mvmvR1R＝①qB1qB1T2πmπm轨迹所对应的圆心角θ1＝π/3，则运动时间t1＝② 66qB13qB1mv2mv(2)粒子在Ⅱ区运动时：由题意及几何关系可知R2＝R/2，又R2＝R＝qB2qB2Tπm轨迹对应的圆心角θ2＝π，则运动时间t2＝＝④ 2qB2πmπm又t1＋t2＝t，将②④代入得：＋t ⑤ 3qB1qB2由①③式联立解得B2＝2B1，5πm5πm代入⑤式解得：B1＝B2＝6qt3qt5πm5πm答案： 6qt3qt14．(15分)(2009·山东高考)如图14甲所示，建立xOy坐标系．两平行极板P、Q 垂直于y轴且关于x轴对称，极板长度和板间距均为l.在第一、四象限有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于xOy平面向里．位于极板左侧的粒子源沿x轴向右连续发射质量为m、电荷量为＋q、速度相同、重力不计的带电粒子．在0～3t0时间内两板间加上如图乙所示的电压(不考虑极板边缘的影响)．已知t＝0时刻进入两板间的带电粒子恰好在t0时刻经极板边缘射入磁场．上述m、q、l、t0、B为已知量．(不考虑粒子间相互影响及返回极板间的情况)图14(1)求电压U0的大小．1(2)求0时刻进入两板间的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径． 2(3)何时进入两板间的带电粒子在磁场中的运动时间最短？求此最短时间．解析：(1)t＝0时刻进入两板间的带电粒子在电场中做匀变速曲线运动，t0时刻刚好1从极板边缘射出，在y轴负方向偏移的距离为l，则有 2UE＝① lqE＝ma ② 112l＝at ③ 220联立①②③式，解得两板间电压为ml2U0＝④ qt0111(2)0时刻进入两板间的带电粒子，前t0时间在电场中偏转，后t0时间两板间没有222电场，带电粒子做匀速直线运动．带电粒子沿x轴方向的分速度大小为lv0＝⑤ t0带电粒子离开电场时沿y轴负方向的分速度大小为1vy＝a0 ⑥ 2带电粒子离开电场时的速度大小为v＝v0＋vy ⑦设带电粒子离开电场进入磁场做匀速圆周运动的半径为R，则有v2qvB＝m ⑧ R联立③⑤⑥⑦⑧式解得5mlR＝⑨ 2qBt0(3)2t0时刻进入两板间的带电粒子在磁场中运动时间最短．带电粒子离开电场时沿y轴正方向的分速度为10 vy′＝at0 ○设带电粒子离开电场时速度方向与y轴正方向的夹角为α，则v0tanα ⑪ vy′10⑪式解得联立③⑤○πα＝⑫ 4π带电粒子在磁场中的运动轨迹如图所示，圆弧所对的圆心角为2α＝2间为t1min＝4T 带电粒子在磁场中运动的周期为T＝2πmqB 联立⑬⑭式得t＝πmmin2qB答案：(1)ml2qt (2)5ml(3)2tπm02qBt00 2qB ⑬⑭。
章末检查
(时间：50分钟 满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分，每小题至少有一个选项正确，选对但选不全得3分，有错选或不答的得0分)1.(2012·河北衡水中学调研)如图1所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B 1＝1 T 。
位于纸面内的细直导线，长L ＝1 m ，通有I ＝1 A 的恒定电流。
当导线与B 1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度B 2的可能值是( )A.12 TB. 32 T C ．1 T D. 3 T 图12．1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。
若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图2所示，则下列相关说法中正确的是( )A ．该束带电粒子带负电B ．速度选择器的P 1极板带正电C ．在B 2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大 图2D ．在B 2磁场中运动半径越大的粒子，比荷q /m 越小3. (2012·山西四校联考)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是与高频交变电源两极相连接的两个D 形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使带电粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图3所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法正确的是( )A ．增大电场的加速电压B ．增大D 形金属盒的半径C ．减小狭缝间的距离D ．减小磁场的磁感应强度 图34.如图4所示，垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形abcd 区域内，O 点是cd 边的中点。
一个带正电的粒子仅在磁场力的作用下，从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形内，经过时间t 0刚好从c 点射出磁场。
现设法使该带电粒子从O 点沿纸面以与Od 成30°角的方向，以大小不同的速度射入正方形内，那么下列说法中正确的是( )A ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是53t 0，则它一定从cd 边射出磁场 图4 B ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是23t 0，则它一定从ad 边射出磁场 C ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是54t 0，则它一定从bc 边射出磁场 D ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是t 0，则它一定从ab 边射出磁场5．(2012·洛阳统考)显像管原理的示意图如图5所示，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O 点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。
高中物理 第一章 电磁感 章末检测试卷(第一章)讲义精练教科教科高二物理试题
点囤市安抚阳光实验学校章末检测试卷(第一章)(时间：90分钟满分：100分)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共计48分.1～8题为单项选择题，9～12题为多项选择题，选对的得4分，选对但不全的得2分，错选和不选的得0分)1．在物理学发展中，观测、、假说和逻辑推理方法都起到了重要作用．下列叙述符合史实的是( )A．奥斯特在中观察到电流的磁效，该效说明了电和磁之间存在联系B．法拉第根据通电直导线的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说C．安培在中观察到，通有恒电流的静止导线附近的固导线圈中，出现了感电流D．楞次在分析了许多事实后提出，感电流的磁场总是与引起感电流的磁场方向相反答案A解析奥斯特发现了电流的磁效，揭示了电和磁之间存在联系，选项A正确；根据通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场的相似性，安培提出了磁性是分子内环形电流产生的，即分子电流假说，选项B错误；法拉第探究磁产生电的问题，发现导线中电流“通、断”时导线附近的固导线圈中出现感电流而导线中通有恒电流时导线圈中不产生感电流，选项C错误；楞次律指出感电流的磁场总要阻碍引起感电流的磁通量的变化，选项D错误．2．如图1所示，螺线管与灵敏电流计相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向下穿过螺线管．下列说法正确的是( )图1A．电流计中的电流先由a到b，后由b到aB．a点的电势始终低于b点的电势C．磁铁减少的重力势能于回路中产生的热量D．磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度答案D解析在磁铁进入螺线管的过程中，螺线管磁通量增大，且方向向下，由楞次律可知，感电流由b经电流计流向a；在磁铁穿出螺线管下端的过程中，磁通量减小，且方向向下，由楞次律可知，感电流由a经电流计流向b，则a点电势先低于b点电势，后高于b点电势，故A、B错误；磁铁减少的重力势能转化为内能和磁铁的动能，C错误；磁铁刚离开螺线管时，由楞次律“来拒去留”可知，磁铁受到的合外力小于重力，D正确．3．如图2所示是研究通电自感现象的电路图，A1、A2是两个规格相同的小灯泡，闭合开关，调节滑动变阻器R的滑动触头，使两个灯泡的亮度相同，调节滑动变阻器R1的滑动触头，使它们都正常发光，然后断开开关S.重闭合开关S，则( )图2A．闭合瞬间，A1立刻变亮，A2逐渐变亮B．闭合瞬间，A1、A2均立刻变亮C．稳后，L和R两端的电势差一相同D．稳后，A1和A2两端的电势差不相同答案C解析断开开关再重闭合开关的瞬间，根据自感原理可判断，A2立刻变亮，而A1逐渐变亮，A、B均错误；稳后，自感现象消失，根据题设条件可判断，滑动变阻器R接入电路的阻值与线圈L的电阻一样大，线圈L和R两端的电势差一相同，A1和A2两端的电势差也相同，所以C正确，D错误．4．匀强磁场方向垂直纸面，规向里的方向为正方向，磁感强度B随时间t的变化规律如图3甲所示，在磁场中有一细金属圆环，圆环平面位于纸面内，如图乙所示．令E1、E2、E3分别表示Oa、bc、cd段的感电动势的大小，I1、I2、I3分别表示对的电流，则下列判断正确的是( )图3A．E1<E2，I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向B．E1<E2，I1沿顺时针方向，I2沿逆时针方向C．E2<E3，I2沿逆时针方向，I3沿顺时针方向D．E2＝E3，I2沿逆时针方向，I3沿顺时针方向答案A5．(2018·市模拟)电磁感现象在生产、生活中有着广泛的用．图4甲为工业上探测物件表面层内部是否存在缺陷的涡流探伤技术原理图．其原理是将线圈中通入电流，使被测物件内产生涡流，借助探测线圈内电流变化测涡流的改变，从而获得被测物件内部是否断裂及位置的信息．图乙为一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来的跳环装置，将一个套环置于线圈L上且使铁芯穿过其中，闭合开关S的瞬间，套环将立即跳起．关于对以上两个用实例理解正确的是( )图4A．能被探测的物件和所用的套环必须是导电材料B．涡流探伤技术运用了互感原理，跳环演示了自感现象C．以上两个用实例中的线圈所连接电源都必须是变化的交流电源D．以上两个用实例中的线圈所连接电源也可以都是恒电源答案A6．(2017·、、、模拟)法拉第发明了上第一台发电机．如图5所示，圆形金属盘安置在电磁铁的两个磁极之间，两电刷M、N分别与盘的边缘和中心点接触良好，且与灵敏电流计相连．金属盘绕中心轴沿图示方向转动，则( )图5A ．电刷M 的电势高于电刷N 的电势B ．若只将电刷M 移近N ，电流计的示数变大C ．若只提高金属盘转速，电流计的示数变大D ．若只将变阻器滑片向左滑动，电流计的示数变大答案 C解析 由电流的流向，根据安培则，可知蹄形磁铁的左端为N 极，右端为S 极，两磁极间的磁场方向向右，根据金属盘的转动方向，结合右手则可以判断，电刷N 的电势高于电刷M 的电势，A 错误；若只将电刷M 移近N ，则电路中的感电动势减小，电流计的示数减小，B 错误；若只提高金属盘的转速，则金属盘中产生的感电动势增大，电流计的示数增大，C 正确；若只将变阻器滑片向左滑动，变阻器接入电路的电阻增大，则电磁的电流减小，两磁极间的磁感强度减小，圆盘中产生的感电动势减小，电流计的示数减小，D 错误．7．(2018·卷Ⅰ)如图6所示，导体轨道OPQS 固，其中PQS 是半圆弧，Q 为半圆弧的中点，O 为圆心．轨道的电阻忽略不计．OM 是有一电阻、可绕O 转动的金属杆，M 端位于PQS 上，OM 与轨道接触良好．空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场，磁感强度的大小为B .现使OM 从OQ 位置以恒的角速度逆时针转到OS 位置并固(过程Ⅰ)；再使磁感强度的大小以一的变化率从B 增加到B ′(过程Ⅱ)．在过程Ⅰ、Ⅱ中，流过OM 的电荷量相，则B ′B于( )图6A.54B.32C.74 D ．2 答案 B解析 设半圆弧PQS 的半径为r ，在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感律，有E 1＝ΔΦ1Δt 1＝B ⎝ ⎛⎭⎪⎫12πr 2－14πr 2Δt 1根据闭合电路欧姆律，有I 1＝E 1R且q 1＝I 1Δt 1 在过程Ⅱ中，有E 2＝ΔΦ2Δt 2＝B ′－B 12πr 2Δt 2I 2＝E 2Rq 2＝I 2Δt 2又q 1＝q 2，即B ⎝ ⎛⎭⎪⎫12πr 2－14πr 2R＝B ′－B 12πr 2R所以B ′B ＝32.8.如图7所示，足够长的平行金属导轨倾斜放置，倾角为37°，宽度为0.5 m ，电阻忽略不计，其上端接一小灯泡，电阻为1 Ω.一导体棒MN 垂直导轨放置，质量为0.2 kg ，接入电路的电阻为1 Ω，两端与导轨接触良好，与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场(图中未画出)，磁感强度为0.8 T ．将导体棒MN 由静止释放，运动一段时间后，小灯泡稳发光，此后导体棒MN 的运动速度以及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)( ) 图7A ．2.5 m/s 1 WB ．5 m/s 1 WC ．7.5 m/s 9 WD ．15 m/s 9 W 答案 B解析 小灯泡稳发光时，导体棒MN 匀速下滑，其受力如图所示，f ＝μmg cos 37°，由平衡条件可得F 安＋f ＝mg sin 37°，故F 安＝mg (sin 37°－μcos 37°)＝0.4 N ，由F 安＝BIL 得I ＝F 安BL ＝1 A ，所以E ＝I (R 灯＋R MN )＝2 V ，导体棒的运动速度v ＝E BL＝5 m/s ，小灯泡消耗的电功率为P 灯＝I 2R 灯＝1 W ．正确选项为B.9．(2017·)如图8甲所示，一个刚性圆形线圈与电阻R 构成闭合回路，线圈平面与所在处的匀强磁场方向垂直，磁场的磁感强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示．下列关于线圈中产生的感电动势e 、电阻R 消耗的功率P 随时间t 变化的图像，可能正确的有 ( ) 图8答案 BD解析 线圈的面积不变，由E ＝nS ΔBΔt 得感电动势为值，且磁场增强和磁场减弱引起的感电动势方向相反，A 错误，B 正确；对于电阻R ，流过的电流大小不变，功率P ＝I 2R 恒，C 错误，D 正确． 10．如图9甲所示，一个匝数n ＝100的圆形导体线圈，面积S 1＝0.4 m 2，电阻r ＝1 Ω.在线圈中存在面积S 2＝0.3 m 2的垂直线圈平面向外的匀强磁场区域，磁感强度B 随时间t 变化的关系如图乙所示．有一个R ＝2 Ω的电阻，将其两端a 、b 分别与图的圆形线圈相连接，b 端接地，则下列说法正确的是( ) 图9A ．圆形线圈中产生的感电动势E ＝6 VB ．在0～4 s 时间内通过电阻R 的电荷量q ＝6C C ．设b 端电势为零，则a 端的电势φa ＝3 VD ．在0～4 s 时间内电阻R 上产生的焦耳热Q ＝18 J 答案 BD解析 由法拉第电磁感律可得E ＝n ΔB Δt S 2，由题图乙可得ΔB Δt ＝0.64T/s ＝0.15T/s ，将其代入可得E ＝4.5 V ，A 错．q ＝I Δt ＝ER ＋r ·Δt ＝n ΔΦR ＋r Δt Δt＝n ΔΦR ＋r ，在0～4 s 穿过圆形导体线圈磁通量的变化量为ΔΦ＝0.6×0.3 Wb －0＝0.18 Wb ，代入可得q ＝6 C ，B 对.0～4 s 内磁感强度增大，圆形线圈内磁通量增加，由楞次律结合安培则可得b 点电势高，a 点电势低，故C 错．由于磁感强度均匀变化产生的电动势与电流均恒，可得I ＝Er ＋R＝1.5 A ，由焦耳律可得Q ＝I 2Rt ＝18 J ，D 对．11．如图10甲所示，电阻不计且间距L ＝1 m 的光滑平行金属导轨竖直放置，上端接一阻值R ＝2 Ω的电阻，虚线OO ′下方有垂直于导轨平面向里的匀强磁场，现将质量m ＝0.1 kg 、电阻不计的金属杆ab 从OO ′上方某处由静止释放．金属杆在下落的过程中与导轨保持良好接触且始终水平．已知杆ab 进入磁场时的速度v 0＝1 m/s ，下落0.3 m 的过程中加速度a 与下落距离h 的关系图像如图乙所示，g 取10 m/s 2，则( ) 图10A ．匀强磁场的磁感强度为2 TB ．杆ab 下落0.3 m 时，金属杆的速度为1 m/sC ．杆ab 下落0.3 m 的过程中，R 上产生的热量为0.2 JD ．杆ab 下落0.3 m 的过程中，通过R 的电荷量为0.25 C答案 AD解析 当金属杆进入磁场后，根据右手则判断可知金属杆ab 中电流的方向由a 到b .由题图乙知，刚进入磁场时，金属杆的加速度大小a 1＝10 m/s 2，方向竖直向上．由牛顿第二律得：BI 1L －mg ＝ma 1，其中I 1＝E R ＝BLv 0R，代入数据解得：B＝2 T ，故A 正确；a ＝0时金属杆受到的重力与安培力平衡，有mg －BIL ＝0，其中I ＝BLvR，联立得：v ＝0.5 m/s ，故B 错误；从开始到下落0.3 m 的过程中，由能量守恒有：mgh －Q ＝12mv 2，代入数据得：Q ＝0.287 5 J ，故C 错误；金属杆自由下落高度为h 0＝v 202g＝0.05 m ，金属杆下落0.3 m 的过程中通过R 的电荷量为：q ＝I Δt ＝E R Δt ＝ΔΦΔt R Δt ＝ΔΦR ＝BL h －h 0R，代入数据得q ＝0.25C ，故D 正确．12．如图11所示，有一个在水平面内固的“V”字形金属框架CAD ，θ＝60°，磁感强度为B 的匀强磁场方向竖直向下，导体棒MN 在框架上从A 点开始在外力F 作用下，沿垂直MN 方向以速度v 匀速向右平移，使导体棒和框架始终构成边三角形回路．已知框架和导体棒的材料和横截面积均相同，其单位长度的电阻均为r ，框架和导体棒均足够长，导体棒运动中始终与磁场方向垂直，且与框架接触良好．下列关于回路中的电流I 、外力F 和回路消耗的电功率P 随时间t 变化关系的四个图像中正确的是( ) 图11 答案 AC解析 导体棒运动时间为t 时，通过的位移为x ＝vt ，回路中的有效切割长度为：L ＝2x tan θ2，感电动势为E ＝BLv ，回路的总电阻为R 总＝r ·3·2x tan θ2，联立得感电流与t 的关系式为I ＝Bv3r，B 、v 、r 一，则I 为一值，故A 正确，B错误；外力F 大小于安培力大小，则F ＝BIL ＝2B 2v 2tanθ23r t ，F 与t 成正比，故C 正确；运动x 时的功率为：P ＝I 2R 总＝2B 2v 3tanθ23r t ，则P 与t 成正比，故D错误．二、非选择题(本题共5小题，共计52分)13．(8分)(2018·高二下学期期末)如图12甲所示为“研究电磁感现象”的装置． 图12(1)按的要求将图所缺的导线补画完整．(2)开关闭合后，下列说法正确的是________．A ．只要将线圈A 放在线圈B 中就会引起电流计指针偏转B ．线圈A 插入或拔出线圈B 的速度越大，电流计指针偏转的角度越大C ．如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，A 线圈插入B 线圈中，将滑动变阻器滑动触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针向左偏一下(3)上述中，原线圈A 可效为一个条形磁铁，将线圈B 和灵敏电流计连接如图乙所示，当电流从正接线柱流入灵敏电流计时，指针向正接线柱一侧偏转．则当条形磁铁迅速向上拔出时，图中灵敏电流计指针向______(填“正”或“负”)接线柱方向偏转．答案 (1)如图所示(3分) (2)BC(3分) (3)正(2分)解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈A 串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将电流计与线圈B 串联成另一个回路，电路图如图所示．(2)当将线圈A 放在线圈B 中，因磁通量不变，则不会引起电流计指针偏转，故A 错误；线圈A 插入或拔出线圈B 的速度越大，则穿过线圈的磁通量的变化率越大，感电动势越大，则产生的感电流越大，那么电流计指针偏转的角度越大，故B 正确；在闭合开关时，电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次律发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，A 线圈插入B 线圈中，将滑动变阻器滑动触头迅速向左拉时，接入电路中的电阻增大，电流减小，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次律可知灵敏电流计指针向左偏一下，故C 正确．(3)当电流从正接线柱流入灵敏电流计时，指针向正接线柱一侧偏转，根据楞次律，依据题图可知，螺线管的感电流由上向下，则当条形磁铁迅速向上拔出时，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次律，螺线管的感电流由上向下，灵敏电流计指针向正接线柱方向偏转．14．(10分)如图13甲所示，竖直平面内有边长l ＝0.2 m 的正方形线框，匝数n ＝100，线框总电阻R ＝8 Ω，一范围足够大的匀强磁场，其方向垂直于线框平面，磁场的磁感强度B 按如图乙所示规律变化(磁场方向以垂直于线框平面向外为正)．求： 图13(1)前2 s 内，线框产生的焦耳热；(2)t ＝0.5 s 时，线框的ab 边受到的安培力大小． 答案 (1)16 J (2)20 N解析 (1)前2 s 内线框的感电动势大小为： E ＝n ΔBΔtS (2分)解得E ＝8 V(1分)线框产生的焦耳热Q ＝E 2Rt (1分)解得Q ＝16 J(1分)(2)由楞次律可知前2 s 内线框中的感电流方向为abcda ，t ＝0.5 s 时ab 边受到的安培力方向向上安培力的大小F ＝nBIl (2分)I ＝ER(1分)由题图乙可知t ＝0.5 s 时磁感强度的大小B ＝1 T(1分) 解得F ＝20 N ．(1分)15．(10分)小明同学设计了一个“电磁天平”，如图14所示，臂天平的左臂为挂盘，右臂挂有矩形线圈，两臂平衡．线圈的水平边长L ＝0.1 m ，竖直边长H ＝0.3 m ，匝数为N 1.线圈的下边处于匀强磁场内，磁感强度B 0＝1.0 T ，方向垂直线圈平面向里．线圈中通有可在0～2.0 A 范围内调节的电流I .挂盘放上待测物体后，调节线圈中电流使天平平衡，测出电流即可测得物体的质量．(重力加速度取g ＝10 m/s 2)图14 图15(1)为使“电磁天平”的量程达到0.5 kg ，线圈的匝数N 1至少为多少？ (2)进一步探究电磁感现象，另选N 2＝100匝、形状相同的线圈，总电阻R ＝10 Ω.不接外电流，两臂平衡．如图15所示，保持B 0不变，在线圈上部另加垂直纸面向外的匀强磁场，且磁感强度B 随时间均匀变大，磁场区域宽度d ＝0.1 m ．当挂盘中放质量为0.01 kg 的物体时，天平平衡，求此时磁感强度的变化率ΔB Δt .答案 (1)25匝 (2)0.1 T/s解析 (1)“电磁天平”中的线圈受到安培力，I ＝2.0 A 时线圈的匝数最少F ＝N 1B 0IL (1分)由天平平衡可知：mg ＝N 1B 0IL (2分) 代入数据解得：N 1＝25匝．(1分)(2)由法拉第电磁感律得：E ＝N 2ΔΦΔt ＝N 2ΔBΔtLd (2分)由欧姆律得：I ′＝ER(1分)线圈受到的安培力F ′＝N 2B 0I ′L (1分) 由天平平衡可得：m ′g ＝F ′(1分)联立各式，代入数据可得ΔBΔt＝0.1 T/s.(1分)16．(10分)(2017·单科)如图16所示，两条相距为d 的平行金属导轨位于同一水平面内，其右端接一阻值为R 的电阻．质量为m 的金属杆静置在导轨上，其左侧的矩形匀强磁场区域MNPQ 的磁感强度大小为B 、方向竖直向下．当该磁场区域以速度v 0匀速地向右扫过金属杆后，金属杆的速度变为v .导轨和金属杆的电阻不计，导轨光滑且足够长，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触．求： 图16(1)MN 刚扫过金属杆时，杆中感电流的大小I ；(2)MN 刚扫过金属杆时，杆的加速度大小a ；(3)PQ 刚要离开金属杆时，感电流的功率P .答案 (1)Bdv 0R (2)B 2d 2v 0mR (3)B 2d 2v 0－v2R解析 (1)感电动势E ＝Bdv 0(1分)感电流I ＝ER (1分)解得I ＝Bdv 0R(1分)(2)安培力F ＝BId (1分)对金属杆，由牛顿第二律得F ＝ma (1分)解得a ＝B 2d 2v 0mR(1分)(3)金属杆切割磁感线的相对速度v ′＝v 0－v (1分)则感电动势E ′＝Bdv ′(1分) 电功率P ＝E ′2R (1分)解得P ＝B 2d 2v 0－v2R(1分)17．(14分)(2018·高二下期末)如图17所示，平行长直光滑固的金属导轨MN 、PQ 平面与水平面的夹角θ＝30°，导轨间距为L ＝0.5 m ，上端接有R ＝3 Ω的电阻，在导轨中间加一垂直轨道平面向下的匀强磁场，磁场区域为OO ′O 1′O 1，磁感强度大小为B ＝2 T ，磁场区域宽度为d ＝0.4 m ，放在导轨上的一金属杆ab 质量为m ＝0.08 kg 、电阻为r ＝2 Ω，从距磁场上边缘d 0处由静止释放，金属杆进入磁场上边缘的速度v ＝2 m/s.导轨的电阻可忽略不计，杆在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，重力加速度大小为g ＝10 m/s 2，求：图17(1)金属杆距磁场上边缘的距离d 0；(2)通过磁场区域的过程中通过金属杆的电荷量q ；(3)金属杆通过磁场区域的过程中电阻R 上产生的焦耳热Q R .答案 (1)0.4 m (2)0.08 C (3)0.096 J解析 (1)由能量守恒律得mgd 0sin 30°＝12mv 2(1分)金属杆距磁场上边缘的距离d 0＝0.4 m(1分) (2)由法拉第电磁感律E ＝ΔΦΔt(1分)由闭合电路欧姆律I ＝ER ＋r(1分)q ＝I ·Δt (1分)则金属杆通过磁场区域的过程中通过其的电荷量q ＝ΔΦR ＋r ＝BLd R ＋r＝0.08 C(1分)(3)由法拉第电磁感律，金属杆刚进入磁场时E ＝BLv ＝2 V(1分)由闭合电路欧姆律I ＝ER ＋r＝0.4 A(1分)金属杆受到的安培力F ＝BIL ＝0.4 N(1分)金属杆重力沿导轨向下的分力F ′＝mg sin 30°＝0.4 N(1分)所以金属杆进入磁场后做匀速运动(1分)由能量守恒律得，回路中产生的焦耳热Q ＝mgd sin 30°(1分)金属杆通过磁场区域的过程中，在电阻R 上产生的热量Q R＝RR＋rQ(1分)代入数据可得Q R＝0.096 J．(1分)。
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磁场章末检测
1关于磁感应强度，下列说法中正确的是
A ．若长为L 、电流为I 的导线在某处受到的磁场力为F ，则该处的磁感应强度必为F IL
B ．由B ＝F
IL
知，B 与F 成正比，与IL 成反比 C ．由B ＝
F
IL
知，一小段通电导线在某处不受磁场力，说明该处一定无磁场 D ．磁感应强度的方向就是小磁针北极所受磁场力的方向
2根据安培的思想，认为磁场是由于运动电荷产生的，这种思想如果对地磁场也适用，而目前在地球上并没有发现相对地球定向移动的电荷，那么由此可断定地球应该（ ） A ．带负电 Ｂ．带正电 C ．不带电 Ｄ．无法确定
3如图1所示，套在条形磁铁正中间外的两个线圈，其面积S 1=2S 2，设各线圈中的磁通量依次为φ1、φ2则它们的大小关系是 （ ） A 、φ1>φ2 B 、φ1=φ 2 C 、φ1<φ2 D 、φ1=2φ2
4如图4，质量为m 、带电量为q 的小球，从倾角为θ的光滑绝缘
斜面上由静止下滑，整个斜面置于方向水平向外的匀强磁场中，其磁感强度为B 。
若带电小球下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零，下面说法中正确
的是 （ ）
①小球带正电 ②小球在斜面上运动时做匀加速直线运动 ③小球在斜面上运动时做加速度增大，而速度也增大的变加速直线运动
④则小球在斜面上下滑过程中，当小球对斜面压力为零时的速率为mg cos θ／Bq
A 、①②③
B 、①②④
C 、①③④
D 、②③④
5电磁轨道炮工作原理如下图4所示，待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动，并与轨道保持良好接触．电流I 从一条轨道流入，通过导电弹体后从另一条轨道流回．轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场)，磁感应强度的大小与I 成正比．通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射出．现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍，理论上可采用的办法是( )
A ．只将轨道长度L 变为原来的2倍
B ．只将电流I 增加至原来的2倍
C ．只将弹体质量减至原来的一半
D ．将弹体质量减至原来的一半，轨道长度L 变为原来的2倍，其他量不变
6如图所示，一带电粒子以水平初速度0v （0E
v B
）先后进入方向垂直的匀强电场和匀
强磁场区域，已知电场方向竖直向宽度相同且紧邻在一起，在带电粒子穿过电场和磁场的过程中（其所受重力忽略不计），电场和磁场对粒子所做的总功为1W ；若把电场和磁场正交重叠，如图所示，粒子仍以初速度0v 穿过重叠场区，在带电粒子穿过电场和磁场的过程中，电场和磁场对粒子所做的总功为2W ，比较1W 和2W ，有（ ） Ａ.一定是12W W > Ｂ.一定是12W W =
Ｃ.一定是1W W < Ｄ.可能是1W W <，也可能是12W W >
7在方向如图15-13所示的匀强电场（场强为E ）和匀强磁场（磁感应强度为B ）共存的场区，一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v 0 射入场区，则 ( ) A ．若v 0 ＞E /B ，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v ＞v 0 B ．若v 0 ＞E /B ，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v ＜v 0 C ．若v 0 ＜E /B ，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v ＞v 0 D ．若v 0 ＜E /B ，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v ＜v 0
8如图所示，在竖直放置的金属板M 上放一个放射源C ，可向纸面内各个方向射出速率均为v 的α粒子，P 是与金属板M 平行的足够大的荧光屏，到M 的距离为d ．现在 P 与金属板M 间加上垂直纸面的匀强磁场，调整磁感应强度的大小，恰使沿M 板向上射出的α粒子刚好垂直打在荧光屏上。
若α粒子的质量为m ，电荷量为+2e 。
则（ ） A ．磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度B 的大小为ed
mv 2
B ．磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度B 的大小为ed
mv 2
C ．在荧光屏上能观察到的亮斑区的长度为2d
D ．在荧光屏上能观察到的亮斑区的长度为4d
9某制药厂的污水处理站的管道中安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B 的匀强磁场，在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极，当含有大量正负离子（其重力不计）的污水充满管口从左向右流经该装置时，利用电压表所显示的两个电极间的电压U ，就可测出污水流量Q （单位时间内流出的污水体积）．则下列说法正确的是
图15-13
A ．后表面的电势一定高于前表面的电势，与正负哪种离子多少无关
B ．若污水中正负离子数相同，则前后表面的电势差为零
C ．流量Q 越大，两个电极间的电压U 越大
D ．污水中离子数越多，两个电极间的电压U 越大
10如图所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部
分是两个D 形金属盒．在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能E k 随时间t 的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是 A ．在E k －t 图中应有t 4－t 3＝t 3－t 2＝t 2－t 1 B ．高频电源的变化周期应该等于t n －t n －1
C ．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大
D ．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D 形盒的半径
11如图所示，光滑导轨与水平面成α角，导轨宽L 。
匀强磁场磁感应强度为B 。
金属杆长也为L ，质量为m ，水平放在导轨上。
当回路总电流为I 1时，金属杆正好能静止。
求： ⑴B 至少多大？这时B 的方向如何？
⑵若保持B 的大小不变而将B 的方向改为竖直向上，应把回路总电流I 2调到多大才能使金属杆保持静止？
14如图所示，空间分布着图示的匀强电场E (宽为l )和匀强磁场B ，一带电粒子质量为m ，电量为q ，(不计重力)从A 点由静止释放后经电场加速后进入磁场，穿过中间磁场进入右边磁场后能按某一路径再返回A 点而重复前述过程．求中间磁场的宽度d 和粒子的运动周期（虚线为磁场分界线，并不表示有什么障碍物）
B
图
16
15在矩形区域CDN M内有沿纸面向上的匀强电场，场强的大小E＝1.5×105N/C；在矩形区域M N GF内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小B＝0.2 T．已知CD＝M N＝FG＝0.6 m，C M＝MF＝0.20 m．在CD边中点O处有一放射源，沿纸面向电场中各方向均匀地辐射出速率均为v0＝1.0×106 m/s的某种带正电粒子，粒子质量m＝6.4×10－27 kg，电荷量q＝3.2×10－19C，粒子可以无阻碍地通过边界M N进入磁场，不计粒子的重力．求：
(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径；
(2)边界FG上有粒子射出磁场的范围长度；
(3)粒子在磁场中运动的最长时间．
16.如图8-5-11所示，中轴线PQ将矩形区域MNDC分成上、下两部分，上部分充满垂直纸面向外的匀强磁场，下部分充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度皆为B．一质量为m、带电荷量为q的带正电的粒子从P点进入磁场，速度与边MC的夹角θ＝30°．MC 边长为a，MN边长为8a，不计粒子重力．求：
（1）带电粒子在磁场中运动的周期是多少；
（2）若要该粒子不从MN边射出磁场，其速度最大是多少；
（3）若要求该粒子恰从Q点射出磁场，其在磁场中的运行时间最短是多少．
图8-5-11。