2024-2025學(xué)年高中物理第三章磁場章末檢測含解析新人教版選修3-1

PAGEPAGE8第三章章末檢測一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分．其中1～5小題為單選題，6～8小題為多選題)1．在如圖所示的四幅圖中，正確標(biāo)明白帶正電的粒子在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中以速度v運(yùn)動時所受洛倫茲力F的方向的是()解析：磁感線穿過手心，四指指向正粒子運(yùn)動的方向，拇指所指的方向就是正粒子所受洛倫茲力的方向，即為左手定則．在A中，粒子所受洛倫茲力的方向應(yīng)豎直向下；B中，粒子所受洛倫茲力的方向豎直向上；C中，粒子所受洛倫茲力的方向應(yīng)垂直紙面對里；D中，粒子所受洛倫茲力的方向應(yīng)垂直紙面對外，故選B.答案：B2．如圖所示，彈簧測力計下掛一鐵球，將彈簧測力計自左向右漸漸移動時，彈簧測力計的示數(shù)()A．不變B．漸漸減小C．先減小后增大D．先增大后減小解析：磁體上磁極的磁性最強(qiáng)，對鐵球的吸引力最大，所以鐵球自左向右漸漸移動時，所受磁體的引力先減小后增大，彈簧測力計的示數(shù)也隨之先減小后增大．答案：C3．在赤道上空，水平放置一根通以由西向東的電流的直導(dǎo)線，則此導(dǎo)線()A．受到豎直向上的安培力B．受到豎直向下的安培力C．受到由南向北的安培力D．受到由西向東的安培力解析：赤道上空的地磁場方向是由南向北的，電流方向由西向東，畫出此處磁場和電流的方向圖如圖所示，由左手定則可推斷出導(dǎo)線受到的安培力的方向是豎直向上的，選項A正確．答案：A4.如圖所示，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與水平方向的夾角為30°，圖中實線位置有一面積為S的矩形線圈處于磁場中，并圍著它的一條邊從水平位置轉(zhuǎn)到豎直位置(圖中虛線位置)．則在此過程中磁通量的改變量的大小為()A.eq\f(\r(3)－1,2)BSB．BSC.eq\f(\r(3)＋1,2)BSD．2BS解析：取線圈在水平位置時穿過線圈的磁通量為正，則Φ1＝BSsin30°＝eq\f(1,2)BS線圈處于豎直位置，磁感線從線圈另一面穿過，磁通量Φ2＝－BScos30°＝－eq\f(\r(3),2)BS故磁通量的改變?yōu)棣う担溅?－Φ1＝－eq\f(\r(3)＋1,2)BS即改變量的大小為|ΔΦ|＝eq\f(\r(3)＋1,2)BS.答案：C5．(2024·北京市昌平區(qū)高二聯(lián)考)如圖所示，質(zhì)量為m、長度為L的金屬棒MN兩端由等長的輕質(zhì)細(xì)線水平懸掛在O、O′點，處于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B；棒中通以某一方向的電流，平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ，重力加速度為g.則()A．金屬棒中的電流方向由N指向MB．金屬棒MN所受安培力的方向垂直于OMNO′平面對上C．金屬棒中的電流大小為eq\f(mg,BL)tanθD．每條懸線所受拉力大小為mgcosθ解析：平衡時兩懸線與豎直方向夾角均為θ，故導(dǎo)線受到安培力，依據(jù)左手定則，可推斷金屬棒中的電流方向由M指向N，故A錯誤；金屬棒MN所受安培力的方向垂直于MN和磁場方向向右，故B錯誤；由受力分析可知，Tcosθ＝mg，Tsinθ＝BIL，得I＝eq\f(mg,BL)tanθ，故C正確；由受力分析可知，Tcosθ＝mg，T＝eq\f(mg,cosθ)，故D錯誤．答案：C6．(多選)(2024·汕頭測試)如圖是自動跳闡的閘刀開關(guān)，閘刀處于垂直紙面對里勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)CO間的閘刀刀片通過的直流電流超過額定值時，閘刀A端會向左彈開斷開電路．以下說法正確的是()A．閘刀刀片中的電流方向為C至OB．閘刀刀片中的電流方向為O至CC．跳閘時閘刀所受安培力沒有做功D．增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可使自動跳閘的電流額定值減小解析：當(dāng)MN通電后，閘刀開關(guān)會自動跳開，可知安培力應(yīng)當(dāng)向左，由左手定則推斷，電流方向O→C，故A錯誤、B正確．跳閘時閘刀受到安培力而運(yùn)動斷開，故跳閘時閘刀所受安培力做正功，故C錯誤．跳閘的作用力是肯定的，依據(jù)安培力F＝BIL可知，增大勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，電流I變小，故D正確．故選BD.答案：BD7．(多選)用回旋加速器加速質(zhì)子時，所加交變電壓的頻率為f，為了使質(zhì)子獲得的最大動能增加為原來的4倍，下列方法不行取的是()A．將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的2倍B．將D形金屬盒的半徑增大為原來的2倍C．將兩D形金屬盒間的加速電壓增大為原來的4倍D．將交變電壓的頻率增大為原來的4倍答案：ACD8.(多選)目前世界上正在探討一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，如圖表示它的原理：將一束等離子體(包含正、負(fù)離子)噴射入磁場，在磁場中有兩塊金屬板A、B，于是金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓．以下說法正確的是()A．B板帶正電B．A板帶正電C．其他條件不變，只增大射入速度，UAB增大D．其他條件不變，只增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，UAB增大解析：依據(jù)左手定則，正離子進(jìn)入磁場受到的洛倫茲力向下，A正確、B錯誤．最終，離子受力平衡有qBv＝qeq\f(UAB,d)，可得UAB＝Bvd，C、D正確．答案：ACD二、非選擇題(本題共4小題，共52分)9．(12分)長L＝60cm、質(zhì)量m＝6.0×10－2kg、粗細(xì)勻稱的金屬棒，兩端用完全相同的彈簧掛起，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4T、方向垂直紙面對里的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，若不計彈簧重力(g取10m/s2(1)要使彈簧不伸長，金屬棒中電流的大小和方向如何？(2)若在金屬棒中通入自左向右、大小為I＝0.2A的電流，金屬棒下降x1＝1cm；若通入金屬棒中的電流仍為0.2A，但方向相反，這時金屬棒下降了多少？解析：(1)要使彈簧不伸長，則重力應(yīng)與安培力平衡，所以安培力應(yīng)向上，據(jù)左手定則可知電流方向應(yīng)向右，因mg＝BLI，所以I＝eq\f(mg,BL)＝2.5A.(2)因在金屬棒中通入自左向右、大小為I＝0.2A的電流，金屬棒下降x1＝1cm，由平衡條件得mg＝BLI＋2kx1.當(dāng)電流反向時，由平衡條件得mg＝－BLI＋2kx2.解得x2＝1.17cm.答案：(1)2.5A向右(2)1.17cm10．(12分)如圖所示，在xOy平面內(nèi)，y≥0的區(qū)域有垂直于xOy平面對里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，一質(zhì)量為m、帶電荷量大小為q的粒子從原點O沿與x軸正方向成60°角方向以v0射入，粒子的重力不計，求帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間和帶電粒子離開磁場時的位置．解析：當(dāng)帶電粒子帶正電時，軌跡如圖中OAC，對粒子，由于洛倫茲力供應(yīng)向心力，則qv0B＝meq\f(v\o\al(2,0),R)，R＝eq\f(mv0,qB)，T＝eq\f(2πm,qB)故粒子在磁場中的運(yùn)動時間t1＝eq\f(240°,360°)T＝eq\f(4πm,3qB)粒子在C點離開磁場OC＝2R·sin60°＝eq\f(\r(3)mv0,qB)故離開磁場的位置為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(\r(3)mv0,qB)，0))當(dāng)帶電粒子帶負(fù)電時，軌跡如圖中ODE所示，同理求得粒子在磁場中的運(yùn)動時間t2＝eq\f(120°,360°)T＝eq\f(2πm,3qB)離開磁場時的位置為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3)mv0,qB)，0)).答案：(1)eq\f(4πm,3qB)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(\r(3)mv0,qB)，0))或eq\f(2πm,3qB)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(\r(3)mv0,qB)，0))11．(12分)(2024·北京高考)如圖所示，質(zhì)量為m，電荷量為q的帶電粒子，以初速度v沿垂直磁場方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動．不計帶電粒子所受重力．(1)求粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑R和周期T.(2)為使該粒子做勻速直線運(yùn)動，還須要同時存在一個與磁場方向垂直的勻強(qiáng)電場，求電場強(qiáng)度E的大?。馕觯?1)粒子做勻速圓周運(yùn)動，洛倫茲力供應(yīng)向心力，有F洛＝qvB＝meq\f(v2,R)解得粒子做勻速圓周運(yùn)動的半徑R＝eq\f(mv,qB)粒子做勻速圓周運(yùn)動的周期T＝eq\f(2πR,v)＝eq\f(2πm,qB)(2)粒子受電場力F＝qE，洛倫茲力F洛＝qvB，粒子做勻速直線運(yùn)動，由二力平衡可知，qE＝qvB.解得電場強(qiáng)度的大小E＝vB.答案：(1)eq\f(mv,qB)eq\f(2πm,qB)(2)vB12．(16分)(2024·邯鄲高二檢測)如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系xOy內(nèi)，第Ⅰ象限存在沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場，第Ⅳ象限以O(shè)N為直徑的半圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于坐標(biāo)平面對外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子，從y軸正半軸上y＝h處的M點，以速度v0垂直于y軸射入電場，經(jīng)x軸上x＝2h處的P點進(jìn)入磁場，最終以垂直于y軸的方向射出磁場．不計粒子重力．求：(1)電場強(qiáng)度的大小E.(2)粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑r.(3)粒子從進(jìn)入電場到離開磁場經(jīng)驗的總時間t.解析：(1)設(shè)粒子在電場中運(yùn)動的時間為t1則有2h＝v0t1，①h＝eq\f(1,2)ateq\o\al(2,1)②依據(jù)牛頓其次定律得Eq＝ma③解得E＝eq\f(mv\o\al(2,0),2qh).④(2)設(shè)粒子進(jìn)入磁場時速度為v，在電場中，由動能定理得Eqh＝eq\f(1,2)mv2－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)⑤由④⑤得v＝eq\r(2)v0⑥由幾何關(guān)系知，粒子射入磁場速度與x軸夾角為45°.粒子的運(yùn)動軌跡如圖所示又Bqv＝eq\f(mv2,r)⑦聯(lián)立⑥⑦，解得r＝eq\f(\r(2)mv0,Bq).⑧(3)粒子在電場中運(yùn)動的時間t1＝eq\f(2h,v0