2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

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2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

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姓名： 2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

- 2 - 单元素养评价(三)(第三章)

(90分钟 100分)

一、选择题(本题共14小题,每小题4分,共56分。1～10小题为单选,11～14小题为多选)

1.如图所示,将蹄形磁铁的两极置于阴极射线管的两侧,管中的阴极射线(高速运动的电子流)发生了偏转,其原因是运动的电子受到了( )

A.重力 B.摩擦力 C.电场力 D.洛伦兹力

【解析】选D。阴极射线即高速运动的电子流,电子带负电在磁场中受到的力叫洛伦兹力,故D正确;A、B、C错误。

2.如图所示,质量为m的通电细杆ab置于倾角为θ的导轨上,导轨宽为d,杆ab与导轨间的摩擦因数为μ,有电流时,ab恰好在导轨上静止,在它的四个侧视图中标出四种可能的匀强磁场方向,其中杆ab与导轨之间的摩擦力可能为零的图是( )

【解析】选A。细杆受重力、向右的安培力以及支持力;若要使细杆平衡,摩擦力可以为零,故A正确;细杆受重力、垂直斜面向下的安培力以及支持力;若要使细杆平衡,摩擦力方向沿斜面向上,故B错误;细杆受重力和竖直向下的安培力和支持力;若要使细杆平衡,摩擦力方向沿斜面向上,故C错误;细杆受重力、向左的安培力以及支持力;若要使细杆平衡,摩擦力方向沿斜面向上,故D错误。

3.南极考察经常就南极特殊的地理位置进行科学测量。“雪龙号”考察队员一次实验如下:在地球南极附近用弹簧测力计竖直悬挂一未通电螺线管,如图所示。下列说法正确的是( ) 2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

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A.若将a端接电源正极,b端接电源负极,则弹簧测力计示数将减小

B.若将a端接电源正极,b端接电源负极,则弹簧测力计示数将增大

C.若将b端接电源正极,a端接电源负极,则弹簧测力计示数将减小

D.不论螺线管通电情况如何,弹簧测力计示数均不变

【解析】选A。分析弹簧测力计示数是否变化或怎样变化,关键在于确定螺线管与地磁场之间的作用情况。一方面,可以将地球等效处理为一个大磁铁,地理南极相当于磁铁的N极,因此在南极附近地磁场方向近似竖直向上,如图所示;

另一方面,可利用安培定则判定通电螺线管在周围产生的磁场方向,再根据“同名磁极相斥,异名磁极相吸”的原理可判定螺线管与地磁场之间的作用情况,故正确选项为A。

4.(2020·东莞高二检测)如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ。如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是( )

A.棒中的电流变大,θ角变大

B.两悬线等长变短,θ角变小

C.金属棒质量变大,θ角变大

D.磁感应强度变大,θ角变小

【解析】选A。金属棒受力如图所示, 2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

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金属棒平衡,可得:tanθ==,故选A。

5.(2019·全国卷Ⅲ)如图,在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为B和B、方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子垂直于x轴射入第二象限,随后垂直于y轴进入第一象限,最后经过x轴离开第一象限。粒子在磁场中运动的时间为( )

A. B. C. D.

【解析】选B。带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,由R=可知,第一象限粒子的运动半径是第二象限的运动半径的二倍,整个运动轨迹如图:

即运动由两部分组成,第一部分是个周期,第二部分是个周期,故总时间t=·+·=,故B正确。

6.如图所示,在磁感应强度大小为B0的匀强磁场中,两长直导线P和Q垂直于纸面固定放置,二者之间的距离为l。在两导线中均通有方向垂直于纸面向里,大小相等的电流时,纸面内与两导线距离为l的a点处的磁感应强度为零。若仅让P中的电流反向,则2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

- 5 - a点处磁感应强度的大小为( )

A.2B0 B.B0 C.B0 D.B0

【解析】选B。如图甲所示:

设P和Q在a点的磁感应强度大小为B,当P和Q的电流都垂直纸面向里时,根据右手螺旋定则可知,P在a点的磁感应强度方向为水平向右偏下30°,Q点在a点的磁感应强度方向为水平向右偏上30°,两者在a点的合磁感应强度为B,方向水平向右,因a点的磁感应强度为零,故B=B0,B0的方向水平向左。

当P中电流方向反向时,磁场如图乙所示:

如图乙所示当P的电流反向后,P在a点的磁感应强度方向为水平向左偏上

30°,P和Q在a点的合磁感应强度为B,方向竖直向上,则a点的磁感应强度为Ba===B0,故B正确;A、C、D错误;故选B。

7.(2020·全国Ⅱ卷)CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称,CT扫描机可用于对多种病情的探测。图(a)是某种CT机主要部分的剖面图,其中X射线产生部分的示意图如图(b)所示。图(b)中M、N之间有一电子束的加速电场,虚线框内有匀强偏转磁场;2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

- 6 - 经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进,打到靶上,产生X射线(如图中带箭头的虚线所示);将电子束打到靶上的点记为P点。则( )

A.M处的电势高于N处的电势

B.增大M、N之间的加速电压可使P点左移

C.偏转磁场的方向垂直于纸面向外

D.增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移

【解析】选D。电子从M到N做加速运动,故N处的电势高于M处的电势,A错误;经偏转磁场,由左手定则可知偏转磁场的方向垂直于纸面向里,C错误;对电子在电场中由动能定理得eU=mv2①,进入偏转磁场,由牛顿第二定律得evB=m②,设电子出磁场时与水平方向的夹角为α,设磁场的宽度为d,则有sinα=③,联立①②③解得sinα=,当U增大,sinα减小,P点右移,B错误;B增大,sinα增大,P点左移,D正确。

8.(2020·南充高二检测)如图所示,边长为L的正三角形ABC区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B0,BC边的中点O有一粒子源,可以在ABC平面内沿任意方向发射速率为v的相同的正粒子,若从AB边中点D射出磁场的粒子,从O到D的过程中速度方向偏转了60°,不计粒子的重力及带电粒子之间的相互作用,下列说法不正确的是( ) 2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

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A.粒子运动的轨道半径为

B.粒子不可能从A点射出磁场

C.粒子的比荷为=

D.从B点射出的粒子在磁场中的运动时间为

【解析】选D。从D点射出的粒子,由弦长公式OD==2rsin30°,解得r=,故A正确;若粒子从A点射出,则弦长为L,由弦长公式得L=2×sinα,解得:α=60°,即粒子以竖直方向成60°射入,由几何关系可得,粒子将从AC边射出,故粒子不可能从A点射出磁场,B正确;由粒子做匀速圆周运动的半径公式qvB=m得r= ,即=,解得=,C正确;从B点射出的粒子的弦切角为30°,所以运动时间为t=×=,D错误。故选D。

9.如图甲所示,a、b两个金属圆环通过导线相连构成回路,在a环中加垂直于环面的匀强磁场,磁场的磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示,磁感应强度垂直于环面向里为正,则下列说法正确的是( )

A.0～1 s内,a、b两环中的磁场方向相同 2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

- 8 - B.t=2 s时刻,b环中磁通量为零

C.1～3 s内,b环中的电流始终沿顺时针方向

D.2～4 s内,b环中的磁通量先增大后减小

【解析】选C。0～1 s内,a环中磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知a、b环中的感应电流沿逆时针方向,根据安培定则可知b环中感应电流的磁场方向垂直于纸面向外,故选项A不符合题意;t=2 s时刻a环中磁通量的变化率最大,感应电流最大,因此b环中感应电流的磁通量不为零,故选项B不符合题意;1～3 s内,a环中磁通量先向里减小,后向外增大,根据楞次定律可知a环中感应电流方向始终沿顺时针方向,因此b环中的感应电流方向始终沿顺时针方向,故选项C符合题意;2～4 s内,a环中磁通量的变化率先减小后增大,因此a环中感应电流先减小后增大,b环中磁通量先减小后增大,故选项D不符合题意。所以选C。

10.如图,A、B、C是等边三角形的三个顶点,以A、B连线的中点O为坐标原点,A、B连线为x轴,O、C连线为y轴,建立直角坐标系;过A、B、C、O四个点各有一条长直导线垂直穿过纸面,导线中通有大小相等、方向向里的电流。则过O点的通电直导线所受安培力的方向为( )

A.沿y轴正方向 B.沿y轴负方向

C.沿z轴正方向 D.沿z轴负方向

【解析】选A。等边三角形的三个顶点A、B、C处均有一通电导线,且导线中通有大小相等的恒定电流。由安培定则可得:导线A、B的电流在O处的合磁场为零,则只有在C处的电流产生的磁场对O点通电导线有安培力作用。再由左手定则可得:安培力的方向是与AB边垂直,沿着y轴的正方向,故A正确,B、C、D错误。

11.在半导体离子注入工艺中,初速度可忽略的磷离子P+和P3+,经电压为U的电场加速后,垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里,有一定的宽度的匀强磁场区域,如图所示。已知离子P+在磁场中转过θ=30°后从磁场右边界射出。在电场和磁场中运动时,离子P+和P3+( ) 2020-2021学年高中物理 第三章 磁场练习教科版选修3-1

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A.在电场中的加速度之比为1∶1

B.在磁场中运动的半径之比为∶1

C.在磁场中转过的角度之比为1∶2

D.离开电场区域时的动能之比为1∶

【解析】选B、C。两个离子P+和P3+的质量相同,其带电荷量之比是1∶3,所以由a=可知,其在电场中的加速度是1∶3,故A错误;在电场中由动能定理可得qU=mv2,解得离子离开电场时的速度为v=,可知其速度之比为1∶,所以两离子离开电场的动能之比为1∶3,故D错误;又由qvB=m知r=,所以其半径之比为∶1, 故B正确;设磁场宽度为L,离子通过磁场转过的角度等于其圆心角,所以有sin θ=,由B项的分析知道,离子在磁场中运动的半径之比为∶1,则可知角度的正弦值之比为1∶,又P+的角度为30°,可知P3+角度为60°,即在磁场中转过的角度之比为1∶2,故C正确。

12.一个重力忽略不计的带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域,穿出电场后接着又进入匀强磁场区域。设电场和磁场区域有明确的分界线,且分界线与电场强度方向平行,如图中的虚线所示。在图所示的几种情况中,可能出现的是( )