第11章磁場章末檢測卷

第11章磁場章末檢測卷滿分100分，考試時長90分鐘一、單選題（每題3分，共24分）1．如圖所示，一段直導(dǎo)線彎折成L形，AC和CD段相互垂直，AC段長為d，CDd，將該導(dǎo)線固定在赤道上，CD段沿東西方向（C在東側(cè)），AC段向北傾斜，與赤道平面成53°角，給該段導(dǎo)線從A端通入大小為I的恒定電流，導(dǎo)線所在處的地磁場磁感應(yīng)強度大小為B，已知，則該段導(dǎo)線受到地磁場的安培力大小為（

）A．BId BId Bld D．【答案】D【詳解】導(dǎo)線CD段受到的安培力大小AC段受到的安培力大小因此受到的安培力的合力故選D。2．如圖所示，速度選擇器的兩平行導(dǎo)體板之間有方向互相垂直的勻強電場和勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里。一電荷量為＋q的粒子以速度v從S點進入速度選擇器后，恰能沿圖中虛線通過。不計粒子重力，下列說法可能正確的是（）A．電荷量為的粒子以速度v從S點進入后將向下偏轉(zhuǎn)B．電荷量為的粒子以速度v從S點進入后將做類似平拋的運動C．電荷量為的粒子以大于v的速度從S點進入后動能將逐漸增大D．電荷量為的粒子以大于v的速度從S點進入后動能將逐漸減小【答案】D【詳解】A．電荷量為的粒子以速度v進入后受力平衡，則有由左手定則可知，洛倫茲力豎直向上，電場力豎直向下，即電場強度的方向豎直向下，且有當(dāng)電荷量為的粒子以速度v從S點進入后，由左手定則可知，粒子所受的洛倫茲力豎直向下，電場力豎直向上，且有，則粒子受力平衡，將沿著圖中虛線通過，故A錯誤；B．電荷量為的粒子以速度v從S點進入后，向下的電場力為向上的洛倫茲力為，由于，所以粒子受力平衡，將沿著圖中虛線通過，故B錯誤；C．電荷量為的粒子以大于v的速度從S點進入后，向下的電場力為向上的洛倫茲力為由于，所以，即粒子剛從S點進入后所受合力豎直向上，粒子的運動軌跡將向上彎曲，此過程中電場力對粒子做負功，粒子的動能將逐漸減小，故C錯誤；D．電荷量為的粒子以大于v的速度從S點進入后，向上的電場力為向下的洛倫茲力為由于，所以，即粒子剛從S點進入后所受合力豎直向下，粒子的運動軌跡將向下彎曲，此過程中電場力對粒子做負功，粒子的動能將逐漸減小，故D正確。故選D。3．如圖所示，斜邊長為a的等腰直角三角形MNP處于一勻強磁場中，比荷為的電子以速度從M點沿MN方向射入磁場，欲使電子能經(jīng)過NP邊，則磁感應(yīng)強度B的取值應(yīng)為（）A． B． C． D．【答案】A【詳解】若電子恰能經(jīng)過P點，則軌道半徑則由可得此時，則欲使電子能經(jīng)過NP邊，則磁感應(yīng)強度B的取值故選A。4．如圖所示，在直角坐標(biāo)系I象限內(nèi)（包含x、y坐標(biāo)軸）有方向垂直xOy平面向外、大小為B的勻強磁場。點P（2a，a）處有一個粒子源，在某時刻發(fā)射大量質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，它們的速度方向均在xoy平面內(nèi)，速度大小均為，不計粒子間的相互作用。下列關(guān)于粒子在坐標(biāo)軸上射出的范圍，判斷正確的是（）A．x軸上［0，4a］范圍有粒子射出B．x軸上（a，（2+）a］范圍有粒子射出C．y軸上［0，a］可范圍有粒子射出D．y軸上［a，2a］范圍有粒子射出【答案】B【詳解】粒子在磁場中運動的軌道半徑為由幾何關(guān)系可知，打到x軸上距離原點最遠的粒子到O點的距離垂直x軸向下射出的粒子到達x軸時軌跡與x軸相切，切點到達O點的距離最近即x軸上（a，（2+）a］范圍有粒子射出；垂直x軸向下射出的粒子軌跡與y軸相切，剛能到達y軸，其它的粒子都不能到達y軸，則選項B正確，ACD錯誤。故選B。5．如圖所示，條形磁鐵放在光滑斜面上，用平行于斜面的輕彈簧拉住而平衡，A為水平放置的直導(dǎo)線的截面，導(dǎo)線中無電流時磁鐵對斜面的壓力為FN1，彈簧伸長量為x1；當(dāng)導(dǎo)線中有垂直紙面向外的電流時，磁鐵對斜面的壓力為FN2，彈簧伸長量為x2。則下列關(guān)于磁鐵對斜面的壓力和彈簧的伸長量的說法中正確的是（）A．FN1＜FN2，x1＞x2 B．FN1＞FN2，x1＜x2C．FN1＞FN2，x1＞x2 D．FN1=FN2，x1＞x2【答案】B【詳解】磁鐵的磁感線在它的外部是從N極到S極，因為長直導(dǎo)線在磁鐵的中心偏右位置，所以此處的磁感線是斜向左下的，電流的方向垂直于紙面向外，根據(jù)左手定則，導(dǎo)線受磁鐵給的安培力方向是斜向右下方。長直導(dǎo)線是固定不動的，根據(jù)物體間力的作用是相互的，導(dǎo)線給磁鐵的反作用力方向就是斜向左上方的，將這個力分解為垂直于斜面向上與平行于斜面向下的分力，因此光滑斜面對磁鐵支持力減小，由于在電流對磁鐵作用力沿斜面方向的分力向下，所以彈簧拉力變大，彈簧長度將變長。所以FN1＞FN2，x1＜x2，彈簧的伸長量增大，故B正確，ACD錯誤。故選B。6．如圖所示，空間存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強度大小為的勻強磁場，粒子源可沿紙面向各個方向以相同的速率發(fā)射質(zhì)量為、帶電荷量為的正粒子，一薄光屏與紙面的交線為PQ，OQL，PQ2L，。要使左、右兩側(cè)所有點均能被粒子打中，則粒子的速率至少為（）A． B． C． D．【答案】D【詳解】要使粒子能打中左側(cè)的所有位置，則粒子最小速度對應(yīng)軌跡的直徑為，由幾何關(guān)系可得由洛倫茲力作為向心力可得可得對應(yīng)的最小速度為要使粒子能打中右側(cè)的所有位置，軌跡如圖所示由幾何關(guān)系可得，，解得由洛倫茲力作為向心力可得，聯(lián)立解得對應(yīng)的最小速度為要使左、右兩側(cè)所有點均能被粒子打中，則粒子的速率至少為。故選D。7．如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場中，固定一內(nèi)部真空且內(nèi)壁光滑的圓柱形薄壁絕緣管道，其軸線與磁場垂直。管道橫截面半徑為a，長度為。帶電粒子束持續(xù)以某一速度v沿軸線進入管道，粒子在磁場力作用下經(jīng)過一段圓弧垂直打到管壁上，與管壁發(fā)生彈性碰撞，多次碰撞后從另一端射出，單位時間進入管道的粒子數(shù)為n，粒子電荷量為＋q，不計粒子的重力、粒子間的相互作用，下列說法不正確的是（

）A．粒子在磁場中運動的圓弧半徑為aB．粒子質(zhì)量為C．管道內(nèi)的等效電流為nqD．粒子束對管道的平均作用力大小為【答案】D【詳解】A．帶電粒子沿軸線射入，然后垂直打到管壁上，可知粒子在磁場中運動的圓弧半徑為a，故A正確；B．根據(jù)洛倫茲力提供向心力，解得粒子質(zhì)量為，故B正確；C．管道內(nèi)的等效電流為，故C正確；D．粒子束對管道的平均作用力大小為，故D錯誤。本題選不正確的，故選D。8．如圖所示，傾角為的光滑斜面置于豎直向上的勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為，一質(zhì)量為、長為的導(dǎo)體棒，通以垂直紙面向外、電流大小為的電流時，放在斜面上恰好能保持靜止。如果將磁場方向變?yōu)榇怪毙泵嫦蛏?，磁感?yīng)強度大小變?yōu)?，其他物理量保持不變，?dǎo)體棒還能靜止在斜面上。已知重力加速度為，則（）A． B．C． D．【答案】C【詳解】AB．磁場豎直向上時，對導(dǎo)體棒受力分析如圖甲所示支持力和安培力的合力豎直向上，大小等于重力大小。則解得，，故AB錯誤；CD．磁場方向垂直斜面向上時，對導(dǎo)體棒受力分析如圖乙所示支持力和安培力的合力豎直向上，大小等于重力大小。則，得，故C正確，D錯誤。故選C。二、多選題（每題4分，共16分，全部選對得4分，少選1個得2分，錯選1個得0分）9．如圖所示為電流天平，可以用來測量勻強磁場中的磁感應(yīng)強度。它的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長為L，處于虛線方框的被測勻強磁場中，磁場方向與線圈平面垂直。當(dāng)線圈中通過電流I時，調(diào)節(jié)砝碼使兩臂達到平衡。然后使電流反向，大小不變，這時需要在左盤中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使天平再次平衡。重力加速度為g。下列說法正確的是（）A．測得的磁感應(yīng)強度大小為B．測得的磁感應(yīng)強度大小為C．被測勻強磁場方向垂直線圈平面向里D．被測勻強磁場方向垂直線圈平面向外【答案】BC【詳解】CD．因電流反向后，需要在左盤中增加質(zhì)量為的砝碼，可見電流反向后線圈所受安培力豎直向下，可以判斷磁場方向垂直線圈平面向里，故C正確，D錯誤；AB．對電流天平，電流方向改變前，電流方向改變前后，由以上兩式可得，，故B正確，A錯誤。故選BC。10．磁強計是一種測量磁感應(yīng)強度的儀器，其原理如圖所示，取一塊長方體金屬導(dǎo)體，使磁場方向垂直于金屬前后表面（即沿x軸方向），通過外加電源使金屬導(dǎo)體中的電流沿y軸正方向并保持電流不變，測量金屬導(dǎo)體上下表面（即沿軸方向）的電壓，經(jīng)過處理后即可測得磁感應(yīng)強度B的大小，下列說法正確的是（）A．若金屬導(dǎo)體上表面電勢高，則磁感應(yīng)強度B沿x軸正方向B．若電壓表讀數(shù)增大，則磁感應(yīng)強度B一定增大C．僅增大金屬導(dǎo)體沿z軸方向的高度，電壓表的示數(shù)將增大D．僅增大金屬導(dǎo)體沿x軸方向的寬度，電壓表的示數(shù)將減小【答案】AD【詳解】A．金屬導(dǎo)體中自由移動的電荷為電子，若金屬導(dǎo)體上表面電勢高，則電子向下偏轉(zhuǎn)，磁感應(yīng)強度B沿x軸正方向，故A項正確；B．設(shè)電子的定向移動速度為v，金屬導(dǎo)體x軸方向的寬為a，y軸方向的長為z軸方向的高為h，有，則，，又，，聯(lián)立可得電壓表的示數(shù)U增大，可能是因為磁感應(yīng)強度B增大或金屬導(dǎo)體沿x軸方向的寬a減小，故B項錯誤；C．僅增大金屬導(dǎo)體沿z軸方向的高度時，電壓表的示數(shù)U不變，故C項錯誤；D．僅增大金屬導(dǎo)體沿x軸方向的寬度時，電壓表的示數(shù)U減小，故D項正確。故選AD。11．如圖所示，水平地面上平行放置兩根足夠長的通電直導(dǎo)線a和b，其電流大小相等、方向垂直紙面向里，豎直線MN位于直導(dǎo)線a、b的中垂面上。通電直導(dǎo)線c中的電流方向垂直紙面向外?，F(xiàn)在從M點由靜止釋放，一段時間后直導(dǎo)線c落在地面上。M點離地面的高度為h，整個過程中，導(dǎo)線a和b靜止不動，不計空氣阻力，重力加速度為g。通電直導(dǎo)線c則由M點運動到N點的過程中（）A．導(dǎo)線a、b在M點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向為水平向左B．導(dǎo)線c在M點的加速度小于gC．導(dǎo)線c即將落地時的加速度大小一定為gD．調(diào)整M點到地面的高度h，導(dǎo)線c落地時的速度大小可能為【答案】BC【詳解】A．導(dǎo)線a、b中的電流在M點產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度方向如圖所示由平行四邊形法則可知導(dǎo)線a、b在M點產(chǎn)生的合磁場的磁感應(yīng)強度方向為水平向右，A錯誤；B．異向電流相互排斥，所以導(dǎo)線c在M點受到a、b的兩個電流的合力方向為豎直向上，有所以，，B正確；C．由前面受力分析可知導(dǎo)線c沿豎直方向運動，導(dǎo)線c即將落地時，導(dǎo)線c受到a、b的兩個電流的作用力等大反向，合力為零，所以它的加速度大小一定為g，C正確；D．在下落過程中，a、b的兩個電流給導(dǎo)線c的合力方向一直豎直向上，對導(dǎo)線c做負功，由動能定理有解得，，D錯誤；故選BC。12．如圖甲所示，一帶電物塊無初速度地放上與水平面成θ角的傳送帶底端，傳送帶以恒定大小的速率沿順時針方向傳動，該裝置處于垂直紙面向里的勻強磁場中，物塊由傳送帶底端E運動至頂端F的過程中，其v-t圖像如圖乙所示，物塊全程運動的時間為4.5s，關(guān)于帶電物塊及該運動過程的說法中正確的是（）A．該物塊帶正電B．傳送帶的傳動速度大小一定為lm/sC．物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ可能等于tanθD．在2s～4.5s內(nèi)，物塊與傳送帶可能有相對運動【答案】AD【詳解】A．由圖乙可知，物塊做加速度逐漸減小的加速運動。對物塊進行受力分析可知，開始時物塊受到重力、支持力和摩擦力的作用，設(shè)動摩擦因數(shù)為，沿斜面的方向，物塊運動后，又受到洛倫茲力的作用，加速度逐漸減小，物塊的加速度逐漸減小，一定是FN逐漸減小，而開始時，后來，，洛倫茲力垂直傳送帶向上，由左手定則判斷物塊帶正電，故A正確；C．物塊加速運動時，，所以可知μ>tanθ，故C錯誤；BD．對物塊受力分析如圖加速度為零時，有，解得，，只要傳送帶的速度，物塊就能勻速運動，物塊相對于傳送帶可能靜止也可能不靜止，故B錯誤，D正確。故選AD。三、實驗題（每空2分，共18分）13．某學(xué)習(xí)小組利用砷化鎵霍爾元件（載流子為電子）測量磁感應(yīng)強度B，實驗原理如1圖所示，勻強磁場垂直于元件的工作面，工作電源為霍爾元件提供霍爾電流IH，IH通過1、3測腳時，2、4測腳間將產(chǎn)生霍爾電壓UH。（1）2、4測腳中電勢高的是（選填“2”或“4”）測腳。（2）某次實驗中，利用螺旋測微器測量元件厚度d（如2圖），其讀數(shù)為mm，調(diào)節(jié)工作電壓，改變霍爾電流，測出霍爾電壓，實驗數(shù)據(jù)如下表所示：實驗次數(shù)12345

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在如3圖所示的坐標(biāo)紙上作出UH與IH的關(guān)系圖像；（3）設(shè)該元件單位體積中自由電子的個數(shù)為n，元件厚度為d，磁感應(yīng)強度為B，電子電荷量為e，則UH與IH的關(guān)系式為。（4）為提高測量靈敏度，請?zhí)岢鲋谱骰魻栐慕ㄗh?！敬鸢浮?2.000

①減小厚度d，②選用單位體積中自由電子的個數(shù)更多的材料制作霍爾元件【詳解】（1）[1]根據(jù)左手定則可知，電子受到的洛倫茲力向4測腳方向，電子帶負電，故2測腳中電勢高；（2）[2]螺旋測微器的讀數(shù)，[3]將表格中的數(shù)據(jù)在圖中描點連線，其圖像如圖所示（3）[4]霍爾元件中電子受到的洛倫茲力等于電場力，有電流微觀表達式設(shè)霍爾元件的寬度為，霍爾元件的電壓霍爾元件的截面面積，解得，（4）[5]由可知，減小厚度d或選用單位體積中自由電子的個數(shù)更多的材料制作霍爾元件可以提高測量靈敏度。14．某研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)，為檢測某工廠排放污水的情況，制作了一個簡易的電磁流量計，如圖甲所示。該裝置為中空的長方形管道，長、寬、高分別為a=20cm，b=c=10cm，左右兩端開口，與排污管道聯(lián)通。流量計的上下底面為絕緣體，前后兩個側(cè)面為導(dǎo)體，并分別固定兩個電極M、N。在垂直于底面的方向加一豎直向下的勻強磁場，已知磁感應(yīng)強度為B=0.8T。當(dāng)含有正負離子的污水從左向右流經(jīng)該裝置時，M、N兩電極間將產(chǎn)生電勢差U。（1）若使用多用電表的電壓擋測量M、N電極間的電勢差，則與圖甲中M相連的應(yīng)是多用電表的色表筆（選填“紅”或“黑”）。（2）某次測量時，使用了多用電表250mV量程的直流電壓擋，表盤示數(shù)如圖乙所示，則M、N電極間的電勢差U=mV。（3）若多用電表使用直流電壓擋時，可近似視為理想電壓表，則根據(jù)（2）中測得的電壓值，可估算出污水的速度為m/s（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）。（4）現(xiàn)把多用電表的換擋開關(guān)旋至量程適當(dāng)?shù)闹绷麟娏鲹?，把紅、黑表筆正確接至M、N兩個電極，測得電流值為I=50μA，并已知此時多用電表的內(nèi)阻為r=200Ω。假定污水的流速恒定并且充滿流量計的長方形管道，由此可估算出污水的電阻率ρ=Ω·m。【答案】黑1451.8540【詳解】(1)根據(jù)左手定則，N端聚集正電荷，電勢較高；M端聚集負電荷，電勢較低，故M端接黑表筆。(2)由題圖可知，250mV擋，每小格為5mV，故讀數(shù)為145mV。(3)根據(jù)，，解得(4)根據(jù)，，解得，ρ=540Ω·m四、解答題（本題一共3小題，共42分）15．（12分）兩個用同樣的細導(dǎo)線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓形線框的直徑相等，如圖所示（兩線圈之間彼此絕緣）。把它們放入同一勻強磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，勻強磁場的磁感應(yīng)強度隨時間的變化關(guān)系為：（為定值），求：（1）時，穿過正方形、圓形線框的磁通量之比；（2）正方形、圓形線框中感應(yīng)電流之比。【答案】（1）；（2）【詳解】（1）根據(jù)可知，時，磁感應(yīng)強度為，設(shè)正方形線框的邊長為L，則有時，穿過正方形線框的磁通量為穿過圓形線框的磁通量為，可得（2）根據(jù)題意，由法拉第電磁感應(yīng)定律有，正方形線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為圓形線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為由電阻定律可知，正方形線框的總電阻為圓形線框的總電阻為則由歐姆定律可知，正方形、圓形線框中感應(yīng)電流之比為16．（12分）如圖甲所示，M、N為豎直放置彼此平行的兩塊平板，板間距離為d，兩板中央各有一個小孔O、O′正對，在兩板間有垂直于紙面方向的磁場，磁感應(yīng)強度隨時間的變化如圖乙所示。有一群正離子在t=0時垂直于M板從小孔O射入磁場。已知正離子質(zhì)量為m、帶電荷量為q，正離子在磁場中做勻速圓周運動的周期與磁感