2022年高中物理 第5章 磁场与回旋加速器章末综合检测卷 沪科版选修3-1

2022年高中物理 第5章 磁场与回旋加速器章末综合检测卷 沪科版选修3-1(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磁体之间的相互作用是通过磁场发生的下列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的小磁针静止时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答案C解析在磁场中某点的磁场只能有一个方向，即该点的磁感线的切线方向，如果磁感线相交，则该点磁场就有两个方向了，A错误；在磁铁外部磁感线是由N极出发指向S极，在磁铁内部磁感线是由S极出发指向N极，B错误；在磁场中，某点的磁场的方向是该点放置的小磁针静止时N极所指方向，C正确；若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，可能磁场和通电导线是平行的，D错误；故选C.2关于带电粒子在电场或磁场中的运动，以下表述正确的是()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UAB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和磁场的方向垂直故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如图1，两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点且a、b、c与两导线截面共线；b点在两导线之间，b、d的连线与导线所在平面垂直磁感应强度可能为零的点是()图1Aa点 Bb点 Cc点 Dd点答案C解析两电流在该点的合磁感应强度为0，说明两电流在该点的磁感应强度满足等大反向关系根据右手螺旋定则在两电流的同侧磁感应强度方向相反，则磁感应强度可能为零的点为a或c，又I1I2，所以该点应距I1远距I2近，所以是c点故选C.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，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tan .则小球运动过程中的速度时间图像可能是下图中的()图2答案C解析带电小球静止时受到竖直向下的重力G、垂直直杆向上的支持力N和沿直杆向上的摩擦力f，小球下滑后，再受到一个垂直直杆向上的洛伦兹力f0，沿直杆方向有：mgsin (mgcos f0)ma，在垂直于直杆方向有：Nf0mgcos ，由于球加速运动，据f0qvB，f0增大而支持力N减小，据fN，摩擦力减小，导致加速度a增大；当速度v增到某个值时，mgcos f00，有mgsin ma，此时加速度最大；此后，f0mgcos ，支持力N反向，且速度继续增大，支持力N增大，摩擦力f也随着增大，最后出现mgsin 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v0从a点进入匀强磁场，运动过程中经过b点，OaOb.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v0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3Av0 B. C2v0 D.答案C解析设OaObd，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，得B.如果换成匀强电场，带电粒子做类平抛运动，那么有d()2得E，所以2v0.选项C正确二、多项选择题(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，有多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)图48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()A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，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Qvbc，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qvBq，得v，则流量Qbcc，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v1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v2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1B速度之比为1C时间之比为23 D时间之比为32答案AC解析设磁场半径为R，当第一次以速度v1沿截面直径入射时，根据几何知识可得：cos 30，即r1R.当第二次以速度v2沿截面直径入射时，根据几何知识可得：r2R，所以，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，可得，B错误因为周期T，与速度无关，所以运动时间比为，C正确，D错误故选A、C.三、计算题(共4小题，共52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)13. (10分)如图9所示，两平行金属导轨间的距离L0.40 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角37，在导轨所在空间，分布着磁感应强度为B0.5 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E4.5 V、内阻r0.50 的直流电源现把一个质量为m0.040 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R02.5 ，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：图9(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大小答案(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N解析(1)根据闭合电路欧姆定律I1.5 A.(2)导体棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)导体棒受力如图，将重力正交分解F1mgsin 370.24 N，F1F安，根据平衡条件，mgsin 37fF安，解得f0.06 N.14(12分)如图10所示，在x轴上方有匀强磁场B，一个质量为m，带电荷量为q的粒子，以速度v从O点射入磁场，角已知，粒子重力不计，求：图10(1)粒子在磁场中运动的时间；(2)粒子离开磁场的位置与O点间的距离答案(1)(2)解析(1)先确定其大概的轨迹，然后由几何关系确定圆心角、弦长与半径的关系，如图半径rT圆心角为22所以运动时间tT.(2)离开磁场的位置与入射点的距离即为弦长s2rsin 15(15分)如图11所示为研究带电粒子在磁场中偏转问题的实验装置：M、N是竖直放置的两正对着的平行金属板，S1、S2是板上两个正对的小孔，其中N板的右侧有一个在竖直面内，以O为圆心的圆形区域，该区域内存在垂直圆面向外的匀强磁场，另有一个同样以O为圆心的半圆形荧光屏AOC.已知S1、S2、O和荧光屏的中间位置O在同一直线上，且ACS1O.当在M、N板间加恒定电压U时，一带正电离子在S1处由静止开始加速向S2孔运动，最后打在图中的荧光屏上的P处，COP30.若要让上述带正电离子(不计重力)仍在S1处由静止开始加速，最后打在图中的荧光屏下边缘C处，求M、N板间所加电压的大小U.图11答案解析设离子的质量为m，电荷量为q，磁场的磁感应强度为B，所在区域的半径为R，离子加速后获得的速度为v.当电压为U时，由动能定理有qUmv2在磁场中，离子做匀速圆周运动(见右图)由牛顿第二定律可知qvBmv2/r由式得Ur2B2q/(2m)其中rRtan 60R当电压为U时，离子打在C处，同理有Ur2B2q/(2m)其中rR由可解得UU/3.16.(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.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v0的大小；(3)A点到x轴的高度h.答案(1)竖直向上(2)cot (3)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qEmgE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，MOP，如图所示设半径为r，由几何关系知sin 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qvB由速度的合成与分解知cos 由式得v0cot (3)设小球到M点时的竖直分速度为vy，它与水平分速度的关系为vyv0tan 由匀变速直线运动规律v2gh由式得h