2019-2020年高中物理 阶段水平测试3 新人教版选修3-1.doc

2019-2020年高中物理 阶段水平测试3 新人教版选修3-1一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分)1. 如图所示，一长直导线穿过载有恒定电流的金属圆环的中心且垂直于环所在的平面，导线和环中的电流方向如图所示，则圆环受到的磁场力为()A. 沿环半径向外B. 沿环半径向里C. 水平向左D. 等于零答案：D解析：I2产生的磁场方向与I1的环绕方向平行，故圆环受到的磁场力为零，故D对。2. xx福州期末如图，甲、乙两根长直导线垂直纸面放置，A点为纸面上与甲、乙等距的点。图中虚线为在纸面内过A点分别与甲、乙两导线垂直的线，且这两条虚线互相垂直。当甲、乙两根导线中通有图示方向的电流时，两电流在A点处所产生的磁场方向一定()A. 指向区域B. 指向区域C. 指向区域 D. 指向区域答案：C解析：乙电流在A点产生的磁感应强度方向沿甲与A连线向外，甲电流在A点产生的磁感应强度方向沿乙与A的连线向外，由磁场叠加可知A点磁感应强度方向指向区域，选项C正确，A、B、D错误。3. xx昌黎高二检测有关洛伦兹力和安培力的描述，正确的是 ( )A. 通电直导线在匀强磁场中一定受到安培力的作用B. 安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现C. 带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力做正功D. 通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行答案：B解析：通电导线在磁场中与磁场不平行就会受到安培力，且与B、I方向垂直，则A、D错误。F安是F洛的宏观体现，则B正确。F洛与v始终垂直，不做功，C错。4. 如图所示，电磁炮是由电源、金属轨道、炮弹和电磁铁组成的。当电源接通后，磁场对流过炮弹的电流产生力的作用，使炮弹获得极大的发射速度。下列各俯视图中正确表示磁场B方向的是 ( )答案：B解析：要使炮弹加速，安培力方向必须向右，由左手定则判知B中磁场方向符合要求，故B对，A、C、D错。5. xx安徽高考“人造小太阳”托卡马克装置使用强磁场约束高温等离子体，使其中的带电粒子被尽可能限制在装置内部，而不与装置器壁碰撞。已知等离子体中带电粒子的平均动能与等离子体的温度T成正比，为约束更高温度的等离子体，则需要更强的磁场，以使带电粒子在磁场中的运动半径不变。由此可判断所需的磁感应强度B正比于()A. B. TC. D. T2答案：A解析：等离子体在磁场中受到的洛伦兹力提供向心力，有：qvB，得v动能Ekmv2由题意得EkkT故有：kT得B即B，选项A正确。6xx课标全国卷如图，半径为R的圆是一圆柱形匀强磁场区域的横截面(纸面)，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外。一电荷量为q(q0)。质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域，射入点与ab的距离为。已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60，则粒子的速率为(不计重力)()A. B. C. D. 答案：B解析：设粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为r，粒子运动的轨迹及几何关系如图所示，由此可知rR，由牛顿第二定律可得：qvBm，得v，选项B正确。7. (多选)在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉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水平匀速圆周运动，磁场的方向竖直向下，其俯视图如图所示，若小球运动到A点时，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正确的是 ()A. 小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径不变B. 小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径减小C. 小球做顺时针匀速圆周运动，半径不变D. 小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小答案：ACD解析：题中并未给出带电小球的电性，故需要考虑两种情况。(1)如果小球带正电，则小球所受的洛伦兹力方向指向圆心，此种情况下，如果洛伦兹力刚好提供向心力，这时绳子对小球没有作用力，绳子断开时，对小球的运动没有影响，小球仍做逆时针的匀速圆周运动，半径不变，A选项正确。如果洛伦兹力和拉力共同提供向心力，绳子断开时，向心力减小，而小球的速率不变，则小球做逆时针的圆周运动，但半径增大。(2)如果小球带负电，则小球所受的洛伦兹力方向背离圆心，由FTqvBm可知，当洛伦兹力的大小等于小球所受拉力的一半时，绳子断后，小球做顺时针的匀速圆周运动，半径不变，C选项正确，当洛伦兹力的大小大于小球所受拉力的一半时，绳子断后，向心力增大，小球做顺时针的匀速圆周运动，半径减小，D选项正确，综合以上，A、C、D正确，B错误。8. (多选)如图所示，虚线间空间存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场，有一个带正电小球(电量为q，质量为m)从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下，带电小球通过下列电磁混合场时，可能沿直线运动的是 ( )答案：CD解析：带电小球进入混合场后若受力平衡，则能沿直线运动。A选项中电场力向左，洛伦兹力开始时向右，重力竖直向下，三力不可能平衡。B选项中电场力向上，重力向下，而洛伦兹力向外，三力也不能平衡。C、D选项的小球受三力可能平衡。所以选项C、D正确。9. xx浙江高考(多选)如图1所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t0时刻起，棒上有如图2所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图1中I所示方向为电流正方向。则金属棒()A. 一直向右移动B. 速度随时间周期性变化C. 受到的安培力随时间周期性变化D. 受到的安培力在一个周期内做正功答案：ABC解析：根据题意得出vt图象如图所示，金属棒一直向右运动，A正确。速度随时间做周期性变化，B正确。据F安BIL及左手定则可判定，F安大小不变，方向做周期性变化，则C项正确。F安在前半周期做正功，后半周期做负功，则D项错。10. xx江苏高考(多选)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UHk，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离。电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则()A. 霍尔元件前表面的电势低于后表面B. 若电源的正负极对调，电压表将反偏C. IH与I成正比D. 电压表的示数与RL消耗的电功率成正比答案：CD解析：由左手定则可判定，霍尔元件的前表面积累正电荷，电势较高，故A错。由电路关系可见，当电源的正、负极对调时，通过霍尔元件的电流IH和所在空间的磁场方向同时反向，前表面的电势仍然较高，故B错。由电路可见，则IHI，故C正确。RL的热功率PLIRL()2RL，因为B与I成正比，故有：UHkkk，因为R远大于RL，所以可得UH与PL成正比，选项D正确。二、填空题(本大题共2小题，共16分)11. (6分)如图为“电流天平”，可用于测定磁感应强度。在天平的右端挂有一矩形线圈，设其匝数n5，底边cd长L20 cm，放在垂直于纸面向里的待测匀强磁场中，且线圈平面与磁场垂直。当线圈中通入如图所示方向的电流I100 mA时，调节砝码使天平平衡。若保持电流大小不变，使电流方向反向，则要在天平右盘加质量m8.2 g的砝码，才能使天平再次平衡。则cd边所受的安培力大小为_N，磁感应强度B的大小为_T(g10 m/s2)。答案：4.11020.41解析：电流方向反向，则安培力大小不变，由竖直向下变为竖直向上，则F2nBILmg，所以cd边所受安培力大小F安mg4.1102 N，磁感应强度B T0.41 T。12. (10分)一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子(H)加速到v，使它获得动能为Ek，则(1)能把粒子(He)加速到的速度为_。(2)能使粒子获得的动能为_。(3)加速粒子的交变电压频率与加速质子的交变电压频率之比为_。答案：(1)(2)Ek(3)12解析：回旋加速器的最大半径是一定的，由R，质子H的质量和电荷量的比值即，而粒子质量和电量的比值为，RH，R。RHR，得v，mv2。所以粒子动能与质子相同，带电粒子进入磁场做匀速圆周运动的周期T。所以粒子的周期是质子运动周期的2倍，即所加交变电场的周期的比为21的关系，则频率之比为12。三、计算题(本大题共4小题，共44分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)13. (10分)xx台州期末如图所示，水平放置的两平行金属导轨间距L0.5 m，所接电源的电动势E1.5 V，内阻r0.2 ，R12.6 ，金属棒的电阻R20.2 ，与平行导轨垂直，其余电阻不计，金属棒处于磁感应强度B2.0 T、方向与水平方向成60角的匀强磁场中。在接通电路后金属棒保持静止。则(1)金属棒受到的安培力的大小和方向如何？(2)若棒的质量m5102 kg，此时导轨对它的支持力是多少(g10 m/s2)?答案：(1)0.5 N，方向与导轨平面成30角斜向左上方(2)0.25 N解析：(1)由闭合电路欧姆定律有：I A0.5 A，安培力FBIL2.00.50.5 N0.5 N，由左手定则可知其方向与导轨平面成30角斜向左上方。(2)设金属棒所受支持力为FN，金属棒受力如图所示。由竖直方向受力平衡知：FNFsin30mg0解得：FN0.25 N。14. (10分)如图所示，在虚线所示宽度范围内，用场强为E的匀强电场可使初速度是v0的某种正离子偏转角。在同样宽度范围内，若改用方向垂直纸面向外的匀强磁场，使该离子穿过该区域，并使偏转角也为，(不计离子的重力)求：(1)匀强磁场的磁感应强度是多大？(2)离子穿过电场和磁场的时间之比是多大？答案：(1)(2)sin解析：(1)离子在电场中做类平抛运动有vyv0tanvyt且t其中d为场的宽度。当改用匀强磁场时，离子做匀速圆周运动。轨道半径r联立得：B(2)离子在电场中运动的时间t1离子在磁场中运动的时间t2由得：t1t2sin。15. (12分)xx安庆期末如图所示，在xOy平面的第一象限有一匀强电场，电场的方向平行于y轴向下；在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向外，有一质量为m，带有电荷量q的粒子由电场左侧平行于x轴射入电场，粒子到x轴上A点时，速度方向与x轴的夹角为，A点与原点O的距离为d，接着粒子进入磁场，并垂直于OC边离开磁场。不计重力影响，若OC与x轴的夹角也为。求：(1)粒子在磁场中运动速度的大小；(2)匀强电场的场强大小；(3)求带电粒子再次回到y轴所用的时间。答案：(1)sin(2)sin3cos(3)解析：(1)设圆弧的半径为R，则有Rdsin由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得qvBm联立式，得vsin。(2)质点在电场中的运动为类平抛运动，设质点射入电场的速度为v0，在电场中的加速度为a，运动时间为t1，则有v0vcos，vsinat1dv0t1联立得a设电场强度的大小为E，由牛顿第二定律得qEma联立得Esin3cos。(3)质点在匀强电场中做类平抛运动，由式可得t1，在匀强磁场中做匀速圆周运动，设时间为t2，则t2，离开磁场后做匀速直线运动再次回到y轴，设这段时间为t3，则t3，所以质点从y轴进入电场到再次回到y轴的总时间为tt1t2t3。16(12分)xx大纲全国卷如图，在第一象限存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直于纸面(xy平面)向外；在第四象限存在匀强电场，方向沿x轴负向。在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子，该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场。不计重力。若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为，求：(1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值； (2)该粒子在电场中运动的时间。答案：(1)v0tan2(2)解析：(1)如图，粒子进入磁场后做匀速圆周运动。设磁感应强度的大小为B，粒子质量与所带电荷量分别为m和q，圆周运动的半径为R0。由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得qv0Bm由题给条件和几何关系可知R0d设电场强度大小为E，粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax，在电场中运动的时间为t，离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx。由牛顿定律及运动学公式得Eqmaxvxaxttd由于粒子在电场中做类平抛运动(如图)，有tan联立式得v0tan2(2)联立式得t