高中物理 階段驗(yàn)收評(píng)估（三）磁場(chǎng) 教科3-1

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGEPAGE1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精階段驗(yàn)收評(píng)估（三）磁場(chǎng)(時(shí)間:50分鐘滿分:100分)一、選擇題（本題共8小題,每小題6分，共48分，第1~5小題中只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意，第6~8小題中有多個(gè)選項(xiàng)符合題意,全選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分)1．關(guān)于通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中所受的安培力,下列說(shuō)法正確的是()A．安培力的方向可以不垂直于直導(dǎo)線B．安培力的方向總是垂直于磁場(chǎng)的方向C．安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角無(wú)關(guān)D．將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，安培力的大小一定變?yōu)樵瓉?lái)的一半解析：選B根據(jù)左手定則可知：安培力的方向垂直于電流I和磁場(chǎng)B確定的平面,即安培力的方向既垂直于B又垂直于I，A錯(cuò)誤,B正確；當(dāng)電流I的方向平行于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力為零，當(dāng)電流I的方向垂直于磁場(chǎng)B的方向時(shí)，直導(dǎo)線受到的安培力最大,可見(jiàn)，安培力的大小與通電直導(dǎo)線和磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，C錯(cuò)誤;如圖所示，電流I和磁場(chǎng)B垂直,直導(dǎo)線受到的安培力F＝BIL，將直導(dǎo)線從中點(diǎn)折成直角，分段研究導(dǎo)線受到的安培力，電流I和磁場(chǎng)B垂直，根據(jù)平行四邊形定則可得，導(dǎo)線受到的安培力的合力為F′＝eq\f（\r（2），2）BIL,D錯(cuò)誤.2．下列說(shuō)法正確的是（）A．運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，一定受到洛倫茲力的作用B．洛倫茲力既不能改變帶電粒子的速度，也不能改變帶電粒子的動(dòng)能C．安培力的方向一定垂直于直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向所確定的平面；洛倫茲力的方向一定平行于電荷相對(duì)于磁場(chǎng)的速度方向與磁場(chǎng)方向所確定的平面D．安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的合力解析：選D運(yùn)動(dòng)電荷在磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零的地方，不一定受到洛倫茲力的作用，例如當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)平行時(shí)受洛倫茲力為零,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;洛倫茲力可以改變粒子運(yùn)動(dòng)的速度方向，但不能改變帶電粒子的速度大小，故不能改變帶電粒子的動(dòng)能,選項(xiàng)B錯(cuò)誤；安培力的方向一定垂直于直導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向所確定的平面;洛倫茲力的方向一定垂直于電荷相對(duì)于磁場(chǎng)的速度方向與磁場(chǎng)方向所確定的平面，選項(xiàng)C錯(cuò)誤;安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，故選項(xiàng)D正確。3。每時(shí)每刻都有大量宇宙射線向地球射來(lái)，地磁場(chǎng)可以改變射線中大多數(shù)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向，使它們不能到達(dá)地面,這對(duì)地球上的生命有十分重要的意義,下列有關(guān)說(shuō)法正確的是(）圖1A．在北極豎直向下射向地球的帶電粒子不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．在赤道豎直向下射向地球的帶正電的粒子會(huì)向南偏轉(zhuǎn)C．在赤道豎直向下射向地球的帶負(fù)電的粒子會(huì)向東偏轉(zhuǎn)D．在南極豎直向下射向地球的帶電粒子會(huì)向北發(fā)生偏轉(zhuǎn)解析：選A在北極豎直向下射向地球的帶電粒子由于運(yùn)動(dòng)方向沿磁場(chǎng)方向，故不受洛倫茲力,故粒子不會(huì)偏轉(zhuǎn)，故A正確；赤道上地球的磁場(chǎng)由南向北，由左手定則可知，在赤道豎直向下射向地球的帶正電的粒子會(huì)向東偏轉(zhuǎn)，故B錯(cuò)誤;由左手定則可知，在赤道豎直向下射向地球的帶負(fù)電的粒子會(huì)向西偏轉(zhuǎn)，故C錯(cuò)誤;在南極豎直向下射向地球的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行，故粒子不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故D錯(cuò)誤。4.如圖2所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)帶電粒子以速度v從A點(diǎn)沿直徑AOB方向射入磁場(chǎng)，經(jīng)過(guò)Δt時(shí)間從C點(diǎn)射出磁場(chǎng),OC與OB成60°角?，F(xiàn)將帶電粒子的速度變?yōu)閑q\f(v，3），仍從A點(diǎn)沿原方向射入磁場(chǎng),不計(jì)重力，則粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變?yōu)椋ǎ﹫D2A。eq\f（1,2)Δt B．2ΔtC。eq\f（1,3）Δt D．3Δt解析：選B設(shè)帶電粒子以速度v進(jìn)入磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)，圓心為O1，半徑為r1，則根據(jù)qvB＝eq\f(mv2，r）,得r1＝eq\f（mv，qB）,根據(jù)幾何關(guān)系得eq\f（R，r1）＝taneq\f（φ1,2）,且φ1＝60°當(dāng)帶電粒子以eq\f(1，3)v的速度進(jìn)入時(shí)，軌道半徑r2＝eq\f（m·\f(1,3)v，qB)＝eq\f(mv,3qB)＝eq\f（1,3）r1，圓心在O2，則eq\f(R，r2)＝taneq\f(φ2，2)。即taneq\f(φ2，2)＝eq\f(R,r2)＝eq\f（3R，r1）＝3taneq\f(φ1，2）＝eq\r(3）.故eq\f（φ2,2）＝60°,φ2＝120°；帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\f(φ，360°）T，所以eq\f(Δt2，Δt1)＝eq\f(φ2，φ1)＝eq\f（2,1)，即Δt2＝2Δt1＝2Δt，故選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。5。如圖3所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。在xOy平面內(nèi),從原點(diǎn)O處沿與x軸正方向成θ角（0＜θ＜π）以速率v發(fā)射一個(gè)帶正電的粒子(重力不計(jì)）。則下列說(shuō)法正確的是(）圖3A．若v一定,θ越大,則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短B．若v一定，θ越大，則粒子離開(kāi)磁場(chǎng)的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn)C．若θ一定,v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的角速度越大D．若θ一定,v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短解析：選A若磁場(chǎng)確定，則B確定，而粒子的速度v又確定，則說(shuō)明粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑能夠確定；當(dāng)θ越大時(shí)，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心角就越小,而粒子的周期是不變的,所以粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間就越短,選項(xiàng)A正確；當(dāng)θ＝0時(shí),粒子運(yùn)動(dòng)一周又會(huì)回到O點(diǎn)，粒子離開(kāi)磁場(chǎng)的位置距O點(diǎn)的距離為零，當(dāng)θ＝90°時(shí),粒子運(yùn)動(dòng)的直徑在x軸上,此時(shí)粒子離開(kāi)磁場(chǎng)的位置距O點(diǎn)的距離最大，為直徑，當(dāng)θ＞90°時(shí),粒子離開(kāi)磁場(chǎng)的位置距O點(diǎn)的距離又會(huì)變小，所以當(dāng)θ越大時(shí)，該距離先變大后變小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；當(dāng)θ一定，v越大時(shí),粒子運(yùn)動(dòng)的周期是不變的，所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的角速度也是不變的,選項(xiàng)C錯(cuò)誤；v越大，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑越大，但因?yàn)棣纫欢?故粒子在磁場(chǎng)中的圓心角是不變的，所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不變，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.6.如圖4所示，兩根平行長(zhǎng)直導(dǎo)線相距2l，通有大小相等、方向相同的恒定電流，a、b、c是導(dǎo)線所在平面內(nèi)的三點(diǎn)，左側(cè)導(dǎo)線與它們的距離分別為eq\f(l，2）、l和3l。關(guān)于這三點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列判斷正確的是()圖4A．a(chǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小比c處的大B．b、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等C．a(chǎn)、c兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相同D．b處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零解析：選AD根據(jù)通電直導(dǎo)線的磁場(chǎng)，利用右手螺旋定則，可知b處場(chǎng)強(qiáng)為零，兩導(dǎo)線分別在a處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大于在c處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng),a、c兩處的場(chǎng)強(qiáng)疊加都是同向疊加，選項(xiàng)A、D正確。7.如圖5為某磁譜儀部分構(gòu)件的示意圖。圖中，永磁鐵提供勻強(qiáng)磁場(chǎng)，硅微條徑跡探測(cè)器可以探測(cè)粒子在其中運(yùn)動(dòng)的軌跡。宇宙射線中有大量的電子、正電子和質(zhì)子。當(dāng)這些粒子從上部垂直進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),下列說(shuō)法正確的是()圖5A．電子與正電子的偏轉(zhuǎn)方向一定不同B．電子與正電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑一定相同C．僅依據(jù)粒子運(yùn)動(dòng)軌跡無(wú)法判斷該粒子是質(zhì)子還是正電子D．粒子的動(dòng)能越大，它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑越小解析：選AC根據(jù)左手定則，電子、正電子進(jìn)入磁場(chǎng)后所受洛倫茲力的方向相反，故兩者的偏轉(zhuǎn)方向不同,選項(xiàng)A正確；根據(jù)qvB＝eq\f（mv2，r），得r＝eq\f（mv,qB),若電子與正電子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度不相等,則軌跡半徑不相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤;對(duì)于質(zhì)子、正電子，它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)不能確定mv的大小，故選項(xiàng)C正確；粒子的mv越大，軌道半徑越大，而mv＝eq\r(2mEk)，粒子的動(dòng)能大，其mv不一定大，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8。如圖6所示，在x＞0、y＞0的空間中有恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子,從在x軸上的某點(diǎn)P沿著與x軸成30°角的方向射入磁場(chǎng)。不計(jì)重力影響,則下列說(shuō)法中正確的是()圖6A．粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為eq\f（5πm，3Bq)B．粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為eq\f(πm,2Bq）C．粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間可能為eq\f(πm,Bq)D．粒子一定不能通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)解析：選ACD由于P點(diǎn)的位置不定，所以粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角也不同，圓弧與y軸相切時(shí)即最大圓心角為300°，則運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為eq\f(5,6）T＝eq\f（5πm，3qB）；而最小的圓心角為P點(diǎn)從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)，圓心角為120°，所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間為eq\f(T，3)＝eq\f(2πm,3qB），故粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間為eq\f（2πm,3qB）≤t≤eq\f（5πm，3qB),故A正確,B錯(cuò)誤,C正確；粒子由P點(diǎn)與x軸成30°角入射,則圓心在過(guò)P點(diǎn)與速度方向垂直的方向上，如圖所示。粒子在磁場(chǎng)中要想到達(dá)O點(diǎn)，轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角肯定大于180°，而因磁場(chǎng)為有界，故粒子不可能通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，故D正確。二、計(jì)算題(本題共3小題，共52分）9．（14分)(2015·重慶高考)音圈電機(jī)是一種應(yīng)用于硬盤(pán)、光驅(qū)等系統(tǒng)的特殊電動(dòng)機(jī)。圖7是某音圈電機(jī)的原理示意圖，它由一對(duì)正對(duì)的磁極和一個(gè)正方形剛性線圈構(gòu)成，線圈邊長(zhǎng)為L(zhǎng),匝數(shù)為n，磁極正對(duì)區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于線圈平面豎直向下，大小為B，區(qū)域外的磁場(chǎng)忽略不計(jì)。線圈左邊始終在磁場(chǎng)外,右邊始終在磁場(chǎng)內(nèi)，前后兩邊在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度始終相等.某時(shí)刻線圈中電流從P流向Q，大小為I.圖7(1）求此時(shí)線圈所受安培力的大小和方向。(2)若此時(shí)線圈水平向右運(yùn)動(dòng)的速度大小為v,求安培力的功率。解析:(1)由安培力表達(dá)式F＝BIL可知，線圈所受的安培力F＝nBIL，由左手定則可判斷安培力方向水平向右。（2）由功率公式P＝Fv可知，安培力的功率P＝nBILv.答案：(1)安培力的大?。簄BIL方向:水平向右（2)安培力的功率：nBILv10．（18分）在一半徑為R圓形區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向外.一束質(zhì)量為m、電量為q帶正電的粒子沿平行于直徑MN的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子的速度大小不同，重力不計(jì)。入射點(diǎn)P到直徑MN的距離為h，求:圖8（1)某粒子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)射出時(shí)的速度方向恰好與其入射方向相反,求粒子的入射速度是多大?（2)恰好能從M點(diǎn)射出的粒子速度是多大？解析:(1）粒子出射方向與入射方向相反，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)了半周，其半徑r1＝h,qv1B＝meq\f（v\o\al（2,1),r1），所以v1＝eq\f（qBh,m)。（2)粒子從M點(diǎn)射出，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，在△MQO1中，req\o\al(2，2)＝(R－eq\r（R2－h(huán)2））2＋(h－r2）2得r2＝eq\f(R2－R\r(R2－h(huán)2)，h）qv2B＝meq\f（v\o\al(2,2),r2)所以v2＝eq\f（qBRR－\r（R2－h(huán)2）,mh)。答案：(1)eq\f(qBh,m)（2）eq\f(qBRR－\r（R2－h(huán)2)，mh)11．（20分)如圖9所示，在x軸上方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面向外；在x軸下方存在勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)方向與xOy平面平行，且與x軸成45°夾角。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q＞0)的粒子以初速度v0從y軸上的P點(diǎn)沿y軸正方向射出，一段時(shí)間后進(jìn)入電場(chǎng)，進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)方向相反；又經(jīng)過(guò)一段時(shí)間T0，磁場(chǎng)的方向變?yōu)榇怪庇诩埫嫦蚶?，大小不變。不?jì)重力。圖9（1）求粒子從P點(diǎn)出發(fā)至第一次到達(dá)x軸時(shí)所需的時(shí)間；(2)若要使粒子能夠回到P點(diǎn)，求電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值。解析:（1)帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng),設(shè)運(yùn)動(dòng)半徑為R，運(yùn)動(dòng)周期為T(mén),根據(jù)洛倫茲力公式及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有qv0B＝meq\f（v\o\al（2,0)，R）T＝eq\f（2πR,v0)依題意，粒子第一次到達(dá)x軸時(shí),運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為eq\f（5，4)π，所需時(shí)間t1為t1＝eq\f(5，8）T，求得t1＝eq\f(5πm,4qB)。（2）粒子進(jìn)入電場(chǎng)后,先做勻減速運(yùn)動(dòng),直到速度減小為0，然后沿原路返回做勻加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)x軸時(shí)速