2018-2019高中同步新课标高中物理人教版选修3-1练习:第三章 磁场3.6 Word版含解析
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3.几种常见的磁场(本栏目内容,在学生用书中分册装订!)1.如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将( )A.逐渐增大 B.逐渐减小C.保持不变D.不能确定解析: 离导线越远,电流产生的磁场越弱,穿过线圈的磁感线条数越少,磁通量逐渐减小,故只有B正确.答案: B2.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: ACD3.右图为某磁场的一条磁感线,其上有A、B两点,则( )A.A点的磁感应强度一定大B.B点的磁感应强度一定大C.因为磁感线是直线,A、B两点的磁感应强度一样大D.条件不足,无法判断解析: 由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱.答案: D4.关于磁感应强度,下列说法中正确的是( )A .磁感应强度的方向,就是通电直导线在磁场中的受力方向B .磁感应强度大的地方,通电导线所受的力也一定大C .磁感应强度的单位可以用Wb/m 2表示D .通电导线在某处所受磁场力为零,则该处的磁感应强度一定为零解析: 磁感应强度的方向与导线受力方向垂直,故A 错.由于安培力F 安=BIL sin θ,即安培力与B 、I 、L 、θ四者都有关,故B 、D 错.由磁通量的定义式Φ=BS sin θ可知B =,故C 正确.ΦS sin θ答案: C 5.右图是等腰直角三棱柱,其中面ABCD 为正方形,边长为L ,按图示位置放置于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B ,下面说法中正确的是( )A .通过ABCD 平面的磁通量大小为L 2·B 22B .通过BCFE 平面的磁通量大小为L 2·B 22C .通过ADFE 平面的磁通量大小为L 2BD .通过ABE 平面的磁通量为L 2B 12解析: 面BCFE 的面积为L 2,选项B 正确;L 2为面ABCD 的有效面积,通过2222ABCD 平面的磁通量大小为L 2·B ,选项A 正确;ADFE 平面和ABE 平面分别与磁感线平22行,通过平面的磁通量均为零,选项C 、D 错误.答案: AB6.取两根完全相同的长导线,用其中一根绕成如图甲所示的螺线管,当在该螺线管中通以大小为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乙所示的螺线管,并通以大小也为I 的电流,则在该螺线管内中部的磁感应强度大小为( )A.0 B.0.5BC.B D.2B解析: 长导线对折后绕成的螺线管相当于两个反向流动的电流绕成的螺线管,根据右手定则判定管内中部两个反向电流产生的磁感应强度方向相反、大小相等,矢量和为零.所以A正确.答案: A7.有两根长直导线a、b互相平行放置,下图为垂直于导线的截面图,O点为两根导线连线的中点,M、N为两导线附近的两点,它们在两导线连线的中垂线上,且与O点的距离相等.若两导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,则关于线段MN上各点的磁感应强度,下列说法中正确的是( )A.M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相同B.M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相反C.线段MN上各点的磁感应强度都不可能为零D.线段MN上只有一点的磁感应强度为零解析: 根据安培定则和磁场的叠加原理,M点和N点的磁感应强度大小相等,方向相反,故A错误,B正确;在线段MN上只有在O点处,a、b两电流形成的磁场的磁感应强度等大反向,即只有O点处的磁感应强度为零,C错误、D正确.答案: BD8.如图所示,两同心圆环A和B处在同一平面内,B的半径小于A的半径,一条形磁铁的轴线与圆环平面垂直,则穿过两圆环的磁通量ΦA与ΦB的大小关系是( ) A.ΦA>ΦB B.ΦA=ΦBC.ΦA<ΦB D.无法比较解析: 在磁体的外部磁感线从N极到S极,且A环面积大于B环面积(S A>S B),所以向下穿过A环的磁感线条数比穿过B环的多,所以穿过A环的合磁通量小,即ΦA<ΦB,选项C正确.答案: C9.如图所示,条形磁铁放在水平地面上,两个完全相同的线圈a和b在等高处水平放置,a线圈在N极的正上方,b线圈位于磁铁的正中央.关于穿过a、b线圈的磁通量Φa和Φb,下列判断正确的是( )A.Φa>Φb B.Φa=ΦbC.Φa<Φb D.无法判定解析: 根据条形磁铁周围磁场的分布情况可知,穿过a线圈的磁通量不为零,且磁感线是从下向上穿过线圈平面,而穿过b线圈的磁通量恰好为零,故选项A正确.答案: A10.南极考察队队员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( )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增大D.不论螺线管通电情况如何,弹簧测力计示数均不变解析: 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,因而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”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 、C.答案: AC11.已知山东某地地面处的地磁场水平分量约为3×10-5 T ,某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验.他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图所示.小磁针静止时N 极指向y 轴正方向,当接通电源后,发现小磁针N 极指向与y 轴正方向成60°角的方向.请在图上标明螺线管导线的绕向,并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小.(保留一位有效数字)解析: 接通电源后,小磁针N 极指向是地磁场和螺线管的磁场的叠加磁场的方向,由此可判定螺线管的磁场在小磁针处方向水平向右,由安培定则判定螺线管导线绕向如图所示.由题意知地磁场水平分量B y =3×10-5T ,设通电螺线管产生的磁场为B x .由图知=tan 60°得B x =3×10-5× T ≈5×10-5 T.Bx By 3答案: 5×10-5 T12.如图所示,ab 、cd 为两根相距2 m 的平行金属导轨,水平放置在竖直向下的匀强磁场中,通以5 A 的电流时,质量为3.6 kg 的金属棒MN 沿导轨做匀速运动;当棒中电流增大到8 A 时,棒能获得2 m/s 2的加速度.已知金属棒受到的磁场力方向水平,求匀强磁场的磁感应强度的大小.解析: 设磁感应强度为B ,金属棒与轨道间的动摩擦因数为μ,金属棒的质量为m ,金属棒在磁场中的有效长度L =2 m .当棒中的电流I 1=5 A 时,金属棒所受到的安培力与轨道对棒的滑动摩擦力平衡,金属棒做匀速直线运动.由平衡条件可得BI 1L =μmg ①当金属棒中的电流I 2=8 A 时,棒做加速运动,加速度大小为a ,根据牛顿第二定律得BI 2L -μmg =ma ②将①代入②得B == T =1.2 T.ma (I 2-I 1)L 3.6×23×2 答案: 1.2 T。
03 课后巩固训练[对点训练]考点一对磁感应强度的理解1.(多选)有关磁感应强度B的方向,下列说法正确的是()A.B的方向就是小磁针N极所指的方向B.B的方向与小磁针在任何情况下N极受力方向一致C.B的方向就是通电导线的受力方向D.B的方向就是该处磁场的方向答案BD解析磁场的方向就是磁感应强度的方向,规定为小磁针静止时N极所指方向或小磁针N极受力方向,它与通电导线所受力的方向是不一致的。
2.(多选)如图所示,可自由转动的小磁针上方有一根长直导线,开始时两者在纸面内平行放置。
当导线中通过如图所示的电流I时,发现小磁针的N极向里,S极向外,停留在与纸面垂直的位置上,这一现象说明()A.小磁针感知到了电流的磁场B.小磁针处的磁场方向垂直纸面向里C.小磁针处的磁场方向垂直纸面向外D.把小磁针移走,该处就没有磁场了答案AB解析小磁针可以检验磁场的存在,当导线中通入电流时,在导线的周围就产生了磁场,在小磁针处的磁场方向为N极的受力方向,即垂直纸面向里,选项A、B正确,C错误;电流的磁场是客观存在的特殊物质,不会随小磁针的移走而消失,只要导线中有电流存在,磁场就会存在,选项D错误。
3.磁感应强度B在国际单位制中的单位是特斯拉(符号:T),下列单位中与磁感应强度单位一致的是()A.NA·m B.NA·s C.NC·m D.V·sm2答案 A解析由B=FIL可得:1 T=1NA·m,A对。
4.长10 cm的导线,放入匀强磁场中,它的方向和磁场方向垂直,导线中的电流是3.0 A,受到的磁场力是1.5×10-3 N,则该处的磁感应强度B大小为()A.5.0×10-3 T B.5.0×10-2 TC.5.0×10-1 T D.5.0 T答案 A解析由B=FIL=1.5×10-33.0×0.1T=5.0×10-3 T,A对。
第三章磁场3 几种常见的磁场A级抓基础1.关于磁感线和电场线,下列说法中正确的是()A.磁感线是闭合曲线,而电场线不是闭合曲线B.磁感线和电场线都是一些互相平行的曲线C.磁感线起始于N极,终止于S极;电场线起始于正电荷,终止于负电荷D.磁感线和电场线都只能分别表示磁场和电场的方向答案:A2.如图所示为电流产生磁场的分布图,正确的分布图是()A.①③B.②③C.①④D.②④答案:C3.(多选)如图所示,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极向右答案:BD4.如图所示,两个同心放置的共面金属圆环a和b,一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直,则穿过两环的磁通量Φa和Φb大小关系为()A.均向上,Φa>ΦbB.均向下,Φa<ΦbC.均向上,Φa=ΦbD.均向下,无法比较大小答案:A5.(多选)用安培提出的分子电流假说可以解释的现象是() A.永久磁铁的磁场B.直线电流的磁场C.环形电流的磁场D.软铁棒被磁化的现象解析:安培分子电流假说是安培为解释磁体的磁现象而提出来的,所以选项A、D是正确的.答案:ADB级提能力6.如图所示,两根相互平行的长直导线过纸面上的M、N两点,且与纸面垂直,导线中通有大小相等、方向相反的电流.a、O、b 在M、N的连线上,O为MN的中点,c、d位于MN的中垂线上,且a,b、c、d到O点的距离均相等.关于以上几点处的磁场,下列说法正确的是()A.O点处的磁感应强度为零B.a、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相反C.c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同D.a、c两点处磁感应强度的方向不同解析:根据安培定则判断磁场方向,再结合矢量的合成知识求解,根据安培定则判断:两直线电流在O点产生的磁场方向均垂直于MN 向下,O点的磁感应强度不为零,故A选项错误;a、b两点的磁感应强度大小相等,方向相同,故B选项错误;根据对称性,c、d两点处的磁感应强度大小相等,方向相同,故C选项正确;a,c两点的磁感应强度方向相同,故D选项错误.答案:C7.(多选)下列说法中正确的是()A.通过某面的磁感线条数为零则此面处磁感应强度一定为零B.空间各点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向C.平行放置的两条形磁铁间异名磁极间的磁场为匀强磁场D.磁感应强度为零,则放在该处的某面通过的磁感线条数一定为零解析:磁感应强度反映磁场的强弱和方向,它的方向就是该处磁场的方向,故B正确;磁感应强度为零,放在该处的某面就无磁感线穿过,故D正确;但是若某面无磁感线穿过,可能磁场很强而平面平行于磁场放置导致磁感线穿过该面的条数为零,所以A错误;两平行放置异名磁极间的磁场不是匀强磁场,近距离两异名磁极间的磁场才是匀强磁场,C错误.答案:BD8.为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的.在如图四个图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是()A BC D解析:地磁的南极在地理北极的附近,故在用安培定则判定环形电流的方向时右手的拇指必须指向南方;而根据安培定则:拇指与四指垂直,而四指弯曲的方向就是电流流动的方向,故四指的方向应该向西,B正确.答案:B9.如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=0.8 T,矩形线圈abcd 的面积S=0.5 m2,B与S垂直,线圈一半在磁场中,则当线圈从图示位置绕ad边绕过60°时,线圈中的磁通量为____________,在此过程中磁通量的改变量为________;当线圈再绕ad边转过30°时,线圈中的磁通量为________,在此过程中磁通量的改变量为________.解析:图示位置的磁通量Φ1=B S 2=0.2 Wb ,当线圈从图示位置绕ad 边转过60°时,线圈垂直磁场方向的面积S ⊥=S cos 60°=12S ,线圈恰好都进入磁场区域,所以Φ2=BS ⊥=0.2 Wb ,因此ΔΦ1=Φ2-Φ1=0.当线圈再绕ad 边转过30°时,线圈与磁场方向平行,Φ3=0,此过程中磁通量的改变量为ΔΦ2=|Φ3-Φ2|=0.2 Wb.答案:0.2 Wb 0 0 0.2 Wb小课堂:如何培养中学生的自主学习能力? 自主学习是与传统的接受学习相对应的一种现代化学习方式。
6.带电粒子在匀强磁场中的运动(本栏目内容,在学生用书中分册装订!)1.洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列各图中均标有带正电荷粒子的运动速度v,洛伦兹力F及磁场B的方向,虚线圆表示粒子的轨迹,其中可能出现的情况是( )解析: 由左手定则可判断出A正确,B选项中粒子应向上做圆周运动,C选项中粒子受力向左,应向左下方做圆周运动,D选项中,粒子应向右下方做圆周运动,故本题选A.答案: A2.一个不计重力的带正电荷的粒子,沿右图中箭头所示方向进入磁场,磁场方向垂直于纸面向外,则粒子的运动轨迹( )A.可能为圆弧aB.可能为直线bC.可能为圆弧cD.a、b、c都有可能解析: 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由左手定则判断出粒子轨迹可能为c.答案: C423.质子(p)和α粒子He以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为R p和Rα,周期分别为T p和Tα.下列选项正确的是( )A.R p∶Rα=1∶2 T p∶Tα=1∶2B.R p∶Rα=1∶1 T p∶Tα=1∶1C.R p∶Rα=1∶1 T p∶Tα=1∶2D.R p∶Rα=1∶2 T p∶Tα=1∶1解析: 由洛伦兹力提供向心力,则q v B =m ,R =,由此得v 2R m v qB =·=·=;由周期T =得=·==,故A 选项正确.R p R αm p q p q αm αm q 2q 4m 122πm qB T p T αm p q p q αm αR p R α12答案: A4.如图所示,一电子以与磁场方向垂直的速度v 从P 处沿PQ 方向进入长为d 、宽为h 的匀强磁场区域,从N 处离开磁场.若电子质量为m ,带电荷量为e ,磁感应强度为B ,则( )A .电子在磁场中运动的时间t =d /vB .电子在磁场中运动的时间t =h /vC .洛伦兹力对电子做的功为Be v hD .电子在N 处的速度大小也是v解析: 洛伦兹力不做功,所以电子在N 处速度大小也为v ,D 正确,C 错;电子在磁场中的运动时间t =,不等于,也不等于,A 、B 均错.弧长v d v h v 答案: D5.处于匀强磁场中的一个带电粒子,仅在磁场力作用下做匀速圆周运动.将该粒子的运动等效为环形电流,那么此电流值( )A .与粒子电荷量成正比 B .与粒子速率成正比C .与粒子质量成正比D .与磁感应强度成正比解析: 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T =,该粒子运动等效的环2πm qB 形电流I ==,由此可知I ∝q 2,故选项A 错误;I 与速率无关,选项B 错误;I ∝,q T q 2B 2πm 1m 即I 与m 成反比,故选项C 错误;I ∝B ,选项D 正确.答案: D6.电子质量为m 、电荷量为q ,以速度v 0与x 轴成θ角射入磁感应强度为B 的匀强磁场中,最后落在x 轴上的P 点,如图所示,求:(1)O 的长度;P (2)电子从由O 点射入到落在P 点所需的时间t .解析: (1)过O 点和P 点作速度方向的垂线,两线交点C 即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心,如图所示,则可知O =2R ·sin θP Bq v 0=m v 20R解得O =sin θP 2m v 0Bq (2)由图中可知2θ=ωt =t2πT 又v 0=ωR =2πRT 解得t =2θmBq答案: (1)sin θ (2)2m v 0Bq 2θmBq7.质量和电量都相等的带电粒子M 和N ,以不同的速率经小孔S 垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中虚线所示.下列表述正确的是( )A .M 带负电,N 带正电B .M 的速率小于N 的速率C .洛伦兹力对M 、N 做正功D .M 的运行时间大于N 的运行时间解析: 由左手定则知M 带负电,N 带正电,选项A 正确;带电粒子在磁场中做匀速圆周运动且向心力F 向=F 洛,即=q v B ,得r =,因为M 、N 的质量、电荷量都相等,m v 2r m v qB 且r M >r N ,所以v M >v N ,选项B 错误;M 、N 运动过程中,F 洛始终与v 垂直,F 洛不做功,选项C 错误;由T =知M 、N 两粒子做匀速圆周运动的周期相等且在磁场中的运动时2πm qB 间均为,选项D 错误.T 2答案: A 8.1932年,劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D 形金属盒半径为R ,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直.A 处粒子源产生的粒子,质量为m 、电荷量为+q ,在加速器中被加速,加速电压为U .加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.求粒子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比.解析: 设粒子第1次经过狭缝后的半径为r 1,速度为v 1,则有qU =m v 1221q v 1B =m v 21r 1解得r 1= 1B 2mUq同理,粒子第2次经过狭缝后的半径r 2= 1B 4mUq 则r 2∶r 1=∶12答案: ∶129.(2013·广东卷)如图所示,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入匀强磁场,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: 带电离子打到屏P 上,说明带电离子向下偏转,根据左手定则,a 、b 两离子均带正电,选项A 正确;a 、b 两离子垂直进入磁场的初速度大小相同,电荷量、质量相等,由r =知半径相同,b 在磁场中运动了半个圆周,a 的运动大于半个圆周,故a 在P 上的m v qB 落点与O 点的距离比b 的近,飞行的路程比b 长,选项C 错误,选项D 正确;根据=t θ知,a 在磁场中飞行的时间比b 的长,选项B 错误.T2π答案: AD10.如图甲所示,半径r =0.1 m 的圆形匀强磁场区域边界跟y 轴相切于坐标原点O ,磁感应强度B =0.332 T ,方向垂直纸面向里.在O 处有一放射源,可沿纸面向各个方向射出速率均为v =3.2×106 m/s 的α粒子.已知α粒子质量m =6.64×10-27 kg ,电荷量q =3.2×10-19 C ,不计α粒子的重力.求α粒子在磁场中运动的最长时间.解析: 由q v B =得R ==0.2 m>r =0.1 mm v 2R m v qB 因此,要使α粒子在磁场中运动的时间最长,则需要α粒子在磁场中运动的圆弧所对应的弦长最长,从图乙可以看出,沿以直径OA 为弦、R 为半径的圆弧所做的圆周运动,α粒子在磁场中运动的时间最长.因T =,运动时间t m =2θ×,又sin θ==0.5,得t m =6.5×10-8 s2πm qB T 2πr R 答案: 6.5×10-8 s 11.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: 如图所示,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 =m v 212e v B =m v 2R又有tan =θ2r R由以上各式解得B = tan 1r 2mU e θ2此题是一个现实问题,解题关键是根据题意作图,找到运动轨迹的圆心.答案: tan 1r 2mU e θ212.如图所示,在某装置中有一匀强磁场,磁感应强度为B ,方向垂直于xOy 所在纸面向外.某时刻在x =l 0、y =0处,一质子沿y 轴负方向进入磁场;同一时刻,在x =-l 0、y =0处,一个α粒子进入磁场,速度方向与磁场垂直.不考虑质子与α粒子的相互作用,设质子的质量为m ,电荷量为e (α粒子的质量为4m ,电荷量为2e ),则:(1)如果质子经过坐标原点O ,它的速度为多大?(2)如果α粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇,α粒子的速度应为何值?方向如何?解析: (1)质子的运动轨迹如图所示,其圆心在x =l 0/2处,其半径r 1=l 0/2又r 1=m v /eB可得v =eBl 02m(2)质子从x =l 0处到达坐标原点O 处的时间t H =T H /2又T H =2πm eB可得t H =πm eBα粒子的周期T α=4πm eB可得t α=T α4两粒子的运动轨迹如图所示.由几何关系得r α=l 0,又2e v αB =,解得v α=,方向与x 轴正方向的夹角22m αv 2αr α2eBl 04m 为.π4答案: (1) (2),方向与x 轴正方向的夹角为eBl 02m 2eBl 04m π4。
最新中小学教学设计、试题、试卷2.磁感觉强度(本栏目内容,在学生用书中分册装订!)1.磁场中某点磁感觉强度的方向就是()A.该点的磁场的方向B.该点小磁针静止时N 极所指方向C.该点小磁针N 极的受力方向D.该点小磁针S 极的受力方向分析:磁场方向为小磁针N 极受力方向,或许说小磁针静止时N 极所指方向,同时磁感觉强度方向就是磁场的方向.答案:ABC2.磁感觉强度的单位是特斯拉 (T) ,与它等价的是 ()N B. N·AA.A·m mN·A NC. m2D.A·m2F分析:当导线与磁场方向垂直时,由公式B=IL,磁感觉强度 B 的单位由 F、I、 L 的N单位决定.在国际单位制中,磁感觉强度的单位是特斯拉,简称T,1 T= 1 A·m.答案:A3.如下图,通电直导线处在蹄形磁铁两极间,遇到力 F 的作用发生偏转,以下说法正确的是()A .这个力 F 是经过磁场产生的B.这个力 F 没有反作使劲C.这个力 F 的反作使劲作用在通电导线上D.这个力 F 的反作使劲作用于蹄形磁铁上分析:磁场力是磁场自己性质的表现,磁场是一种物质,磁体间或磁体与电流间的作用都是经过磁场达成的,可是磁场看不见摸不着其实不意味着只有受力物体没有施力物体,没有反作使劲.这时我们需找出产生磁场的物体,它才是施力物体,力 F 的反作使劲作用在施力物体上.答案:AD4.对于磁感觉强度为B,电流 I 、导线长L 和导线所受磁场力 F 的关系,以下说法中正确的选项是 ()A .在 B=0 的地方, F 必定等于零B.在 F =0 的地方, B 必定等于零C.若 B=1 T,I =1 A ,L= 1 m,则 F 必定等于 1 ND.若 L =1 m, I= 1 A ,F = 1 N ,则 B 必定等于1 TF分析:由 F= ILB ,当 B= 0 时, F 必定为零.可是用B=IL判断 B 时, B 必定要和通电导线垂直,没有“垂直”这个条件,是没法判断的.故只有 A 正确.答案:A5.将一电流元IL 放入空间中某点,调整电流元的地点发现最大的磁场力为 F m,以下说法正确的选项是 ()F mA .该点的磁感觉强度为ILF mB.该点的磁感觉强度小于ILF mC.该点的磁感觉强度大于ILD.该点的磁感觉强度与IL 没关F分析:B=IL是磁感觉强度的定义式,只合用于通电导线与磁场垂直的状况.答案:AD6.将一小段通电直导线垂直磁场方向放入一匀强磁场中,以下图象能正确反应各量间关系的是 ()分析:匀强磁场各处的磁感觉强度的大小和方向同样,不随 F 或 IL 而发生变化,故FB 正确, D 错误.因为导线垂直于磁场,有B=IL,即 F= ILB .可见在 B 不变的状况下 F 与IL 成正比,所以 A 错误, C 正确.正确答案为B、 C.答案:BC7.如下图,可自由转动的小磁针上方有一根长直导线,开始时两者在纸面内平行搁置.当导线中通以如下图电流 I 时,发现小磁针的 N 极向里, S 极向外,逗留在与纸面垂直的位置上.这一现象说明()A.小磁针感知到了电流的磁场B.小磁针处磁场方向垂直纸面向里C.小磁针处磁场方向垂直纸面向外D.若把小磁针移走,该处就没有磁场了分析:小磁针能够查验磁场的存在,当导线中通入电流时,在导线的四周就产生了磁场.在小磁针地点处的磁场方向为N 极的受力方向,即垂直纸面向里,故 A 、 B 正确, C 错误.电流的磁场是客观存在的特别物质,不会随小磁针的移走而消逝,只需导线中有电流存在,磁场就会存在,故 D 不正确.答案:AB8.长 10 cm 的通电直导线中经过 1 A 的电流,在磁场强弱、方向都同样的空间(匀强磁场) 中某处遇到的磁场力为0.4 N,则该磁场的磁感觉强度()A.等于 4 TB.大于或等于 4 TC.小于或等于 4 TD.方向与其所遇到的磁场力方向一致分析:题目中没有说明导线怎样搁置,若导线与磁场垂直,则由磁感觉强度的定义式F得 B=IL=4 T.若导线没有与磁场垂直搁置,此时所受安培力为0.4 N,若把此导线与磁场F垂直搁置时,遇到的安培力将大于0.4 N,依据磁感觉强度的定义式B=IL可知,此时磁感应强度将大于 4 T ,故 B 正确, A 、 C 错误;磁感觉强度的方向与磁场的方向一致,与导线的受力方向没关,故 D 错.答案:B9.如下图,在空间某点 A 存在大小、方向恒定的两个磁场B1、B2, B1= 3 T,B2= 4 T,A 点的磁感觉强度大小为()A.7 TB.1 TC.5 TD.大于 3 T小于 4 T分析:磁感觉强度 B 是矢量,所以其合成合用平行四边形定章,即B=22 B1+B2=32+ 42 T= 5 T.答案:C-5,10.某处地磁场的磁感觉强度是4.0× 10 T.一根长为 500 m 的导线,电流为 10 A该导线遇到的最大磁场力是多大?分析:电流处在地磁场中,依据磁感觉强度的定义,只有电流方向与磁场方向垂直时,所受的磁场力最大.F由公式 B=IL可得 F= BIL所以,有 F m=4.0× 10-5×10× 500 N = 0.2 N答案:0.2 N11.如下图,直导线处于足够大的磁场中,与磁感线成θ=30°角,导线中经过的电流为I,为了增大导线所受的安培力,可采纳的方法是()A .增大电流IB.增添直导线的长度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°角分析:由安培力 F = BIL 可知,选项 A 、B 正确.又因为在电流垂直磁场时磁场力最大,故 D对,C错.答案:ABD12.在匀强磁场中某处P 放一个长度为L= 20 cm 、通电电流I = 0.5 A 的直导线,测得它遇到的最大磁场力 F =1.0 N,其方向竖直向上.现将该通电导线从磁场中撤走,则P 处的磁感觉强度为()A .零B.10 T ,方向竖直向上C.0.1 T ,方向竖直向下D. 10 T,方向必定不沿竖直向上的方向分析:导体遇到的是最大磁场力F= 1.0 N,可判知导体与磁场方向垂直,由FB=IL 解得 B= 10 T.因为磁场力的方向是竖直向上的,可判断磁场的方向必定不会竖直向上,因为两者是相互垂直的关系,方向可有多种状况.撤走导线后,P 处的磁感觉强度不变,仍为10 T.故正确答案为 D.答案:D13.在磁场中的同一地点,先后引入长度相等的直导线 a 和 b,a、b 导线的方向均与磁场方向垂直,但两导线中的电流不一样,所以所遇到的力也不同样.下边的四幅图象表示的是导线所遇到的力 F 与经过导线的电流I 的关系. a、b 各自有一组 F 、I 的数据,在图象中各描出一个点.此中正确的选项是()分析:两条同样的导线通入不一样的电流先后放在磁场中的同一点,磁场方向垂直,因为磁场方向是不变的,故导线所在处的磁感觉强度而且电流方向都与B 是确立的.依据磁感觉强度的定义式FB= IL ,当L 确准时F∝I,则 F -I图象应是一条过原点的直线,故 C对.C14.磁场中放一与磁场方向垂直的电流元,通入的电流是 2.5 A,导线长10 cm,它受到的磁场力为5× 10-2N.问:(1)这个地点的磁感觉强度是多大?(2)假如把通电导线中的电流增大到 5 A 时,这一点的磁感觉强度是多大?(3)假如通电导线在磁场中某处不受磁场力,能否能够必定这里没有磁场.分析:(1) 由磁感觉强度的定义式得F5×10-2 N=0.2 TB=IL=2.5 A× 1× 10-1m(2)磁感觉强度 B 是由磁场和空间地点(点 )决定的,和导线的长度L、电流 I 的大小没关,所以该点的磁感觉强度是0.2 T.(3)不能够.假如通电导线在磁场中某处不受磁场力,则有两种可能:①该处没有磁场;②该处有磁场,但通电导线与磁场方向平行.答案:(1)0.2 T (2)0.2 T (3)看法析.END。
4.通电导线在磁场中受到的力(本栏目内容,在学生用书中分册装订!)1.如图所示,通电导线均置于匀强磁场中,其中导线受安培力方向向右的是()解析:由左手定则可知,A项中导线受向左的安培力,A项错;B项中导线受向右的安培力,B项对;C项中导线不受安培力作用,C项错;D项中导线所受安培力垂直纸面向里,D项错.答案: B2.如图所示的各图中,磁场的磁感应强度大小相同,导线两端点距离均相等,导线中电流均相等,则有关各图中导线所受安培力的大小的判断正确的是()A.d图最大B.b图最大C.一样大D.无法判断解析:安培力公式F=BIL⊥,其中L⊥为垂直于磁场方向的有效长度,a、b、c、d四个图中导线的有效长度相等,所以所受的安培力相等.答案: C3.一根容易形变的弹性导线,两端固定.导线中通有电流,方向如图中箭头所示.没有磁场时,导线呈直线状态;分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时,描述导线状态的四个图示中正确的是()解析:通电导线在磁场中受安培力时,可用左手定则判断安培力的方向.答案: D4.如图所示,长为2l的直导线折成边长相等、夹角为60°的V形,并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中,磁感应强度为B.当在该导线中通以大小为I的电流时,该V形通电导线受到的安培力大小为()A.0 B.0.5 BIlC.BIl D.2BIl解析:V形导线通入电流I时每条边受到的安培力大小均为BIl,方向分别垂直于导线斜向上,再由平行四边形定则可得其合力F=BIl,答案为C.答案: C5.通电矩形线框abcd与长直通电导线MN在同一平面内,如图所示,ab边与MN平行.关于MN的磁场对线框的作用力,下列说法正确的是()A.线框有两条边所受的安培力方向相同B.线框有两条边所受的安培力大小相等C.线框所受的安培力的合力方向向左D.线框所受的安培力的合力方向向右解析:由安培定则可知导线MN在线框处所产生的磁场方向垂直于纸面向外,再由左手定则判断出bc边和ad边所受安培力大小相等,方向相反.ab边受到向右的安培力F ab,cd边受到向左的安培力F cd.因ab所处的磁场强,cd所处的磁场弱,故F ab>F cd,线框所受合力方向向右.答案:BD6.如图所示,均匀绕制的螺线管水平放置,在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A.A与螺线管垂直,“×”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里.开关S闭合后,A受到通电螺线管磁场的作用力的方向是()A.水平向左B.水平向右C.竖直向下D.竖直向上解析:开关闭合后根据安培定则可判定导线所在位置处磁感线的方向为水平向右,再由左手定则判定导线受到安培力的方向为竖直向下,C项正确.答案: C7.如图所示,光滑的平行导轨与电源连接后,与水平方向成θ角倾斜放置,导轨上放一个质量为m的金属导体棒.当S闭合后,在棒所在区域内加一个合适的匀强磁场,可以使导体棒静止平衡,如图所示的四个图分别加了不同方向的磁场,其中有可能平衡的是()解析:四种情况的受力分别如图所示,A、C有可能平衡,D中如果重力与安培力刚好大小相等,则导体棒与导轨间没有压力,可以平衡,B中合外力不可能为零.答案:ACD8.如图所示,长度为10 cm的一段直导线AB,与磁场方向垂直地放置在磁感应强度B=3×10-2T的匀强磁场中.今在导线中通以10 A的电流,方向自B向A,导线以固定点O 为转动轴(设OA=3OB),由图中位置按顺时针方向转过60°角时,求:(1)导线受到的磁场力的大小和方向;(2)如果在AB的竖直面上,OA从图中位置以O点为转动轴,由纸面向外转30°角时,情况又如何?解析:(1)F=BIL sin θ=3×10-2×10×0.1×sin 30°N=3×10-2×10×0.1×0.5 N=1.5×10-2 N,它作用在导线上,方向垂直于纸面向外.(2)F=BIL sin θ=3×10-2×10×0.1×sin 90° N=3×10-2 N,力的方向与导线垂直,且与原OA方向成120°角指向纸外.答案:见解析9.(2014·云南昆明调研)将闭合通电导线圆环平行于纸面缓慢地竖直向下放入水平方向垂直纸面向里的匀强磁场中,如图所示,则在通电圆环从刚进入到完全进入磁场的过程中,所受的安培力的大小()A.逐渐增大B.逐渐变小C.先增大后减小D.先减小后增大解析:通电圆环受到的安培力大小F=ILB,其中I、B分别为所通电流大小、磁感应强度大小,L指有效长度,它等于圆环所截边界线的长度.由于L先增大后减小,安培力先增大后减小,C正确.答案: C10.如图所示,在倾角为37°的光滑斜面上有一根长为0.4 m、质量为6×10-2kg的通电直导线,电流I=1 A,方向垂直纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度每秒增加0.4 T,方向竖直向上的磁场中,设t=0,B=0,则需要多长时间斜面对导线的支持力为零?(g取10 m/s2)解析:导线恰要离开斜面时受力情况如图所示.由平衡条件,得F=mg/tan 30°①而F=BIl②B=0.4t③代入数据并联解①②③即得t=5 s答案: 5 s11.(2014·湖南重点中学联考)水平面上有一电阻不计的U形导轨NMPQ,宽度为L,M和P之间接有电动势为E的电源(不计内阻).现垂直于导轨搁一根质量为m、电阻为R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,如图所示,问:(1)当ab棒静止时,其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)从b向a看的侧视图如图所示.水平方向:F f=F A sin θ竖直方向:F N+F A cos θ=mg又F N =BIL =B ERL解得F N =mg -BLE cos θR ,F f =BLE sin θR(2)使ab 棒受支持力为零,且让磁场最小,可知安培力竖直向上,则有F A =mg ,B min=mgREL,根据左手定则判定磁场方向水平向右. 答案: (1)mg -BLE cos θR BLE sin θR (2)mgREL 方向水平向右12.如图所示,光滑导轨与水平面成θ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:(1)当B 的方向垂直于导轨平面向上时B 的大小;(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I 2调到多大才能使金属杆保持静止?解析: (1)杆受力如图甲所示. 由平衡条件可得 F =mg sin θ 即BI 1L =mg sin θ 得B =mg sin θI 1L(2)磁场竖直向上,杆受力如图乙所示. 由平衡条件可得BI 2L =mg tan θ I 2=mg tan θBL再由B =mg sin θI 1L得I 2=I 1cos θ答案: (1)mg sin θI 1L (2)I 1cos θ。
人教版版2018-2019 学年高中物理选修3-1 课时作业[课时作业 ][A 组基础巩固]一、单项选择题1.电磁铁用软铁棒做铁芯,这是因为软铁棒()A.能保持磁性B.可能被其他磁体吸引C.去磁迅速D.能导电解析:电磁铁多用于电磁继电器或大型磁力吊车,原理是通过电流控制磁场的产生与消失,所以希望断电后磁场立刻消失,因而选用软磁体, C 正确.答案: C2.如图所示,两个同心放置的平面金属圆环、条形磁铁穿过圆心且与两环平面垂直,则通过两圆环的磁通量A.Φa>ΦbC.Φa=Φb Φa、Φb间的关系是 () B.Φa<ΦbD.不能确定解析:通过圆环的磁通量为穿过圆环的磁感线的条数,首先明确条形磁铁的磁感线分布情况,另外要注意磁感线是闭合的曲线.条形磁铁的磁感线在磁体的内部是从 S 极到 N 极,在磁体的外部是从 N 极到 S 极,内部有多少条磁感线,外部的整个空间就有多少条磁感线同内部磁感线构成闭合曲线.对两个圆环,磁体内部的磁感线全部穿过圆环,外部的磁感线穿过多少,磁通量就抵消多少,所以面积越大,磁通量反而越小,故选项 A 正确.答案: A3.有一束电子流沿 y 轴正方向高速运动,如图所示,电子流在z 轴上 P 点处所产生的磁场方向沿 ()A. x 轴正方向B.x 轴负方向C. z 轴正方向D.z 轴负方向解析:电子流沿 y 轴正方向运动,电流方向沿y 轴负方向,用安培定则可以判定P 点的磁场方向沿 x 轴负方向.答案: B4.(2017 陕·西西安中学期末 )三根完全相同的长直导线互相平行,它们的截面处于一个正方形abcd 的三个顶点 a 、 b 、 c 处,导线中通有大小和方向都相同的电流,如图所示.已知每根通电导线在其周围产生的磁场的磁感应强度大小与该导线的距离成反比,通电导线 b 在 d 处所产生的磁场的磁感应强度大小为B ,则三根通电导线产生的磁场在 d 处的合磁感应强度大小为 ()A . 2BB .3BC . 2.1BD .3.8B解析:设 a 、b 、c 三根通电导线在 d 处产生的磁场的磁感应强度大小分别为B a 、b 和 Bc ,正方形的边长为 l ,则有 B b =B =kI= 2kI ,B a = B c =kI,又 B a 与 B cB2ll2l2kI的矢量和为 B ac =l=2B ,且方向与 B b 方向相同,故 d 处的合磁感应强度大小为 B 合 =B b + B ac = 3B ,选项 B 正确.答案: B5.铁环上绕有绝缘的通电导线,电流方向如图所示,则铁环中心O 处的磁场方向为 ()A .向下B .向上C .垂直于纸面向里D .垂直于纸面向外解析:铁环左侧上端为 N 极,右侧上端也为 N 极,在环中心叠加后,在中心O的磁场方向向下,故 A 正确.答案: A二、多项选择题6.如图所示,一个电子沿逆时针方向做圆周运动,则由于电子的运动将( )A .不产生磁场B .在圆周的内侧、外侧均产生磁场C .产生磁场,圆心处的磁场方向垂直于纸面向里D .产生磁场,圆心处的磁场方向垂直于纸面向外解析:电子沿逆时针方向做圆周运动,形成的电流方向为顺时针方向,根据安培定则可判断电子的运动将在圆周的内侧、外侧均产生磁场,且圆心处的磁场方向垂直于纸面向里,选项 B、C 正确.答案: BC7.如图所示为某磁场的一条磁感线,其上有A、B 两点,则 ()A. A、 B 两点的磁感应强度方向相同B.B 点的磁感应强度一定大C.因为磁感线是直线, A、B 两点的磁感应强度一样大D.条件不足,无法判断A、 B 两点的磁感应强度大小解析:由磁场中一根磁感线无法判断磁场强弱,故 D 正确,由题图可知 A、B 两点的磁感应强度方向相同,故 A 正确.答案: AD8.如图所示是云层之间闪电的模拟图,图中A、B 是位于北南方向带有电荷的两块阴雨云,在放电的过程中在两云的尖端之间形成了一个放电通道,发现位于通道正上方的小磁针N 极转向纸里, S 极转向纸外,则关于A、B 的带电情况说法中正确的是()A.带同种电荷B.带异种电荷C. B 带正电D.A 带正电解析:云层间放电必须发生在异种电荷之间,故 B 对;在云层间放电时,形成的强电场和高温将空气电离成正离子和负离子,并在强电场的作用下做定向移动,形成电流,相当于通电直导线形成磁场.由题意知,从上往下看,磁场是逆时针的,根据安培定则可以判断电流是从 A 流向 B 的,故可知 A 带正电, B 带负电,故 D 对.答案: BD三、非选择题9.如图所示,有一个 100 匝的线圈,其横截面是边长为L =0.20 m 的正方形,放在磁感应强度为B=0.50 T 的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直.若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变 ),在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少?解析:线圈横截面是正方形时的面积S1= L2=(0.20)2 m2=4.0×10-2 m2.穿过线圈的磁通量Φ1=BS1=0.50× 4.0× 10-2Wb=2.0× 10-2Wb.4L2L截面形状为圆形时,其半径r ==,2L2=162截面积大小 S2=π(100πm .π)穿过线圈的磁通量16- 2Φ2=BS2=0.50×100πWb=2.55×10Wb.所以磁通量的变化量-2-3ΔΦ=Φ2 -Φ1=(2.55-2.0)×10Wb=5.5×10Wb.-3答案: 5.5×10 Wb[B 组能力提升]一、选择题1.如图所示为某种用来束缚原子的磁场的磁感线分布情况,以O 点为坐标原点,沿 z 轴正方向磁感应强度 B 大小的变化最有可能为 ()解析:磁感线的疏密表示磁感应强度的大小,以O 点为坐标原点,沿z 轴正方向,先疏后密,表示磁感应强度先减小后增大, C 正确.答案: C2.(多选 )彼此绝缘、相互交叉的两根通电直导线与闭合线圈共面,图中穿过线圈的磁通量可能为零的是()解析:根据安培定则,电流 I1在第一象限磁场方向是垂直纸面向里, I 2在第一象限磁场方向是垂直纸面向外,所以磁通量可能为零, A 正确.根据安培定则,电流I1在第二、三象限磁场方向是垂直纸面向外,I2在此处磁场方向是上半部垂直纸面向里,下半部向外,所以磁通量不可能为零, B 错误.根据安培定则,电流I 1 在第一象限磁场方向是垂直纸面向外, I 2 在第一象限磁场方向是垂直纸面向外,所以磁通量不可能为零, C 错误.根据安培定则, 电流 I 1 在第一象限磁场方向是垂直纸面向外, I 2 在第一象限磁场方向是垂直纸面向里,所以磁通量可能为零,D 正确.答案: AD二、非选择题3.如图所示,正方形线圈 abcO 边长为 0.8 m ,匀强磁场沿 x 轴正向, B =0.2 T ,线圈在图示位置绕 Oz 轴转过 60°的过程中,穿过线圈的磁通量变化了多少?解析:由题意,初磁通量 Φ1= 0,末磁通量 Φ2= BSsin 60 =°0.2×0.82× 23Wb =0.064 3 Wb ≈0.11 Wb ,所以 ΔΦ=Φ2-Φ1=0.11 Wb.答案: 0.11 Wb4.已知北京地面处的地磁场水平分量约为 3×10-5T.某校物理兴趣小组做估测磁体附近磁感应强度的实验. 他们将一小罗盘磁针放在一个水平放置的螺线管的轴线上,如图所示.小磁针静止时 N 极指向 y 轴正方向,当接通电源后,发现小磁针 N 极指向与 y 轴正方向成 60°角的方向.请在图上标明螺线管导线的绕向,并求出该通电螺线管在小磁针处产生的磁感应强度大小. (保留一位有效数字 )解析:通电螺线管在坐标原点处产生的磁场沿 x 轴正方向,由安培定则即可确定电流的绕向.设螺线管在小磁针处产生的磁场为B x ,B x则有 tan 60 =°B y ,即 B x =B ytan 60 =° ×-5× 3 T ≈ 5× 10-5T.3 10答案:图见解析5× 10- 5 T5。
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习题课:带电粒子在有界磁场中的运动知识点一带电粒子在直线边界磁场中的运动1.如图LX3—1所示,在x〉0、y〉0的空间中有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xOy 平面向里,大小为B.现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力),在x轴上到原点的距离为x0的P点,以平行于y轴的初速度射入此磁场,在磁场力作用下沿垂直于y轴的方向射出此磁场.由这些条件可知()A.带电粒子一定带正电B。
不能确定粒子速度的大小C.不能确定粒子射出此磁场的位置D。
不能确定粒子在此磁场中运动所经历的时间图LX3—12。
(多选)如图LX3—2所示,在x轴上方存在着垂直于纸面向里的匀强磁场。
一个质量为m、电荷量大小为q(不计重力)的带电粒子从坐标原点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120°角,若粒子在磁场中运动时到x轴的最大距离为a,则磁感应强度B和该粒子所带电荷的正负可能是()A.,正电荷B.,正电荷C。
,负电荷图LX3—2D.,负电荷3.如图LX3—3所示,ABC为与匀强磁场垂直的边长为a的等边三角形,比荷为的电子以速度v0从A点沿AB边入射,欲使电子从BC边射出,磁感应强度B 的取值为()A。
6.带电粒子在匀强磁场中的运动
(本栏目内容,在学生用书中分册装订!)
1.洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,下列各图中均标有带正电荷粒子的运动速度v,洛伦兹力F及磁场B的方向,虚线圆表示粒子的轨迹,其中可能出现的情况是()
解析:由左手定则可判断出A正确,B选项中粒子应向上做圆周运动,C选项中粒子受力向左,应向左下方做圆周运动,D选项中,粒子应向右下方做圆周运动,故本题选A.
答案: A
2.
一个不计重力的带正电荷的粒子,沿右图中箭头所示方向进入磁场,磁场方向垂直于纸面向外,则粒子的运动轨迹()
A.可能为圆弧a
B.可能为直线b
C.可能为圆弧c
D.a、b、c都有可能
解析:粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由左手定则判断出粒子轨迹可能为c.
答案: C
3.质子(p)和α粒子42He以相同的速率在同一匀强磁场中做匀速圆周运动,轨道半径分别为R p和Rα,周期分别为T p和Tα.下列选项正确的是()
A.R p∶Rα=1∶2T p∶Tα=1∶2
B.R p∶Rα=1∶1T p∶Tα=1∶1
C.R p∶Rα=1∶1T p∶Tα=1∶2
D.R p∶Rα=1∶2T p∶Tα=1∶1
解析: 由洛伦兹力提供向心力,则q v B =m v 2R ,R =m v qB ,由此得R p R α=m p q p ·q αm α=m q ·2q 4m =1
2;
由周期T =2πm qB 得T p T α=m p q p ·q αm α=R p R α=1
2
,故A 选项正确.
答案: A 4.
如图所示,一电子以与磁场方向垂直的速度v 从P 处沿PQ 方向进入长为d 、宽为h 的匀强磁场区域,从N 处离开磁场.若电子质量为m ,带电荷量为e ,磁感应强度为B ,则( )
A .电子在磁场中运动的时间t =d /v
B .电子在磁场中运动的时间t =h /v
C .洛伦兹力对电子做的功为Be v h
D .电子在N 处的速度大小也是v
解析: 洛伦兹力不做功,所以电子在N 处速度大小也为v ,D 正确,C 错;电子在磁场中的运动时间t =弧长v ,不等于d v ,也不等于h
v ,A 、B 均错.
答案: D
5.处于匀强磁场中的一个带电粒子,仅在磁场力作用下做匀速圆周运动.将该粒子的运动等效为环形电流,那么此电流值( )
A .与粒子电荷量成正比
B .与粒子速率成正比
C .与粒子质量成正比
D .与磁感应强度成正比
解析: 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T =2πm
qB ,该粒子运动等效的环
形电流I =q T =q 2B 2πm ,由此可知I ∝q 2,故选项A 错误;I 与速率无关,选项B 错误;I ∝1
m ,
即I 与m 成反比,故选项C 错误;I ∝B ,选项D 正确.
答案: D 6.
电子质量为m 、电荷量为q ,以速度v 0与x 轴成θ角射入磁感应强度为B 的匀强磁场中,最后落在x 轴上的P 点,如图所示,求:
(1)O P 的长度;
(2)电子从由O 点射入到落在P 点所需的时间t .
解析: (1)过O 点和P 点作速度方向的垂线,两线交点C 即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心,如图所示,则可知
O P =2R ·sin θ Bq v 0=m v 20R
解得O P =
2m v 0
Bq
sin θ (2)由图中可知2θ=ωt =2π
T t
又v 0=ωR =2πR
T
解得t =2θm
Bq
答案: (1)2m v 0Bq sin θ (2)2θm
Bq
7.
质量和电量都相等的带电粒子M 和N ,以不同的速率经小孔S 垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图中虚线所示.下列表述正确的是( )
A .M 带负电,N 带正电
B .M 的速率小于N 的速率
C .洛伦兹力对M 、N 做正功
D .M 的运行时间大于N 的运行时间
解析: 由左手定则知M 带负电,N 带正电,选项A 正确;带电粒子在磁场中做匀速圆周运动且向心力F 向=F 洛,即m v 2r =q v B ,得r =m v
qB ,因为M 、N 的质量、电荷量都相等,
且r M >r N ,所以v M >v N ,选项B 错误;M 、N 运动过程中,F 洛始终与v 垂直,F 洛不做功,
选项C 错误;由T =2πm
qB 知M 、N 两粒子做匀速圆周运动的周期相等且在磁场中的运动时间
均为T
2
,选项D 错误.
答案: A 8.
1932年,劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D 形金属盒半径为R ,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直.A 处粒子源产生的粒子,质量为m 、电荷量为+q ,在加速器中被加速,加速电压为U .加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.求粒子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比.
解析: 设粒子第1次经过狭缝后的半径为r 1,速度为v 1,则有 qU =12m v 21
q v 1B =m v 21
r 1
解得r 1=1
B
2mU
q
同理,粒子第2次经过狭缝后的半径r 2=1
B
4mU
q
则r 2∶r 1=2∶1 答案:
2∶1
9.(2013·广东卷)
如图所示,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入匀强磁场,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: 带电离子打到屏P 上,说明带电离子向下偏转,根据左手定则,a 、b 两离子均带正电,选项A 正确;a 、b 两离子垂直进入磁场的初速度大小相同,电荷量、质量相等,由r =m v
qB 知半径相同,b 在磁场中运动了半个圆周,a 的运动大于半个圆周,故a 在P 上的
落点与O 点的距离比b 的近,飞行的路程比b 长,选项C 错误,选项D 正确;根据t θ=T
2π知,
a 在磁场中飞行的时间比
b 的长,选项B 错误.
答案: AD
10.如图甲所示,半径r =0.1 m 的圆形匀强磁场区域边界跟y 轴相切于坐标原点O ,磁感应强度B =0.332 T ,方向垂直纸面向里.在O 处有一放射源,可沿纸面向各个方向射出速率均为v =3.2×106 m/s 的α粒子.已知α粒子质量m =6.64×10
-27
kg ,电荷量q =3.2×10
-19
C ,不计α粒子的重力.求α粒子在磁场中运动的最长时间.
解析: 由q v B =m v 2R 得R =m v
qB
=0.2 m>r =0.1 m
因此,要使α粒子在磁场中运动的时间最长,则需要α粒子在磁场中运动的圆弧所对应的弦长最长,从图乙可以看出,沿以直径OA 为弦、R 为半径的圆弧所做的圆周运动,α粒子在磁场中运动的时间最长.
因T =2πm qB ,运动时间t m =2θ×T 2π,又sin θ=r R =0.5,得t m =6.5×10-
8 s
答案: 6.5×10-
8 s
11.
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: 如图所示,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 2
R
又有tan θ2=r
R
由以上各式解得B =1
r
2mU e tan θ
2
此题是一个现实问题,解题关键是根据题意作图,找到运动轨迹的圆心. 答案: 1
r
2mU e tan θ
2
12.
如图所示,在某装置中有一匀强磁场,磁感应强度为B ,方向垂直于xOy 所在纸面向外.某时刻在x =l 0、y =0处,一质子沿y 轴负方向进入磁场;同一时刻,在x =-l 0、y =0处,一个α粒子进入磁场,速度方向与磁场垂直.不考虑质子与α粒子的相互作用,设质子的质量为m ,电荷量为e (α粒子的质量为4m ,电荷量为2e ),则:
(1)如果质子经过坐标原点O ,它的速度为多大?
(2)如果α粒子与质子经最短时间在坐标原点相遇,α粒子的速度应为何值?方向如何? 解析: (1)质子的运动轨迹如图所示,其圆心在x =l 0/2处,其半径r 1=l 0/2 又r 1=m v /eB 可得v =eBl 0
2m
(2)质子从x =l 0处到达坐标原点O 处的时间t H =T H /2 又T H =2πm
eB
可得t H =πm
eB
α粒子的周期T α=4πm
eB
可得t α=T α
4
两粒子的运动轨迹如图所示.
由几何关系得r α=22l 0,又2e v αB =m αv 2α
r α,解得v α=2eBl 04m ,方向与x 轴正方向的夹角
为π
4
. 答案: (1)eBl 02m (2)2eBl 04m ,方向与x 轴正方向的夹角为π
4。