【學(xué)案導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)】2020-2021學(xué)年教科版物理選修3-1作業(yè)：第3章-章末檢測(cè)(B)

第三章磁場(chǎng)章末檢測(cè)(B)(時(shí)間：90分鐘滿(mǎn)分：100分)一、選擇題(本題共10個(gè)小題，每小題5分，共50分)1．關(guān)于磁場(chǎng)的下列說(shuō)法正確的是()A．磁場(chǎng)和電場(chǎng)一樣，是同一種物質(zhì)B．磁場(chǎng)最基本的性質(zhì)是對(duì)處于磁場(chǎng)里的磁體或電流有磁場(chǎng)力的作用C．磁體與通電導(dǎo)體之間的相互作用不遵循牛頓第三定律D．電流與電流之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行的2．關(guān)于磁感應(yīng)強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是()A．一小段通電導(dǎo)體放在磁場(chǎng)A處，受到的磁場(chǎng)力比B處的大，說(shuō)明A處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比B處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大B．由B＝eq\f(F,IL)可知，某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小與放入該處的通電導(dǎo)線(xiàn)所受磁場(chǎng)力F成正比，與導(dǎo)線(xiàn)的IL成反比C．一小段通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中某處不受磁場(chǎng)力作用，則該處磁感應(yīng)強(qiáng)度肯定為零D．小磁針N極所受磁場(chǎng)力的方向就是該處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向3．如圖1所示，一帶負(fù)電的金屬環(huán)繞軸OO′以角速度ω勻速旋轉(zhuǎn)，在環(huán)左側(cè)軸線(xiàn)上的小磁針最終平衡的位置是()A．N極豎直向上B．N極豎直向下C．N極沿軸線(xiàn)向左D．N極沿軸線(xiàn)向右4．下列說(shuō)法中正確的是()A．磁場(chǎng)中某一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可以這樣測(cè)定：把一小段通電導(dǎo)線(xiàn)放在該點(diǎn)時(shí)受到的磁場(chǎng)力F與該導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度L、通過(guò)的電流I乘積的比值．即B＝eq\f(F,IL)B．通電導(dǎo)線(xiàn)放在磁場(chǎng)中的某點(diǎn)，該點(diǎn)就有磁感應(yīng)強(qiáng)度，假如將通電導(dǎo)線(xiàn)拿走，該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度就為零C．磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(F,IL)只是定義式，它的大小取決于場(chǎng)源以及磁場(chǎng)中的位置，與F、I、L以及通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中的方向無(wú)關(guān)D．通電導(dǎo)線(xiàn)所受磁場(chǎng)力的方向就是磁場(chǎng)的方向5．下面所述的幾種相互作用中，通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的有()A．兩個(gè)靜止電荷之間的相互作用B．兩根通電導(dǎo)線(xiàn)之間的相互作用C．兩個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用D．磁體與運(yùn)動(dòng)電荷之間的相互作用圖1圖2圖36．兩長(zhǎng)直通電導(dǎo)線(xiàn)相互平行，電流方向相同，其截面處于一個(gè)等邊三角形的A、B處，如圖2所示，兩通電導(dǎo)線(xiàn)在C處的磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B，則C處總磁感應(yīng)強(qiáng)度為()A．2BB．BC．0D.eq\r(3)B7．如圖3所示，在真空中，水平導(dǎo)線(xiàn)中有恒定電流I通過(guò)，導(dǎo)線(xiàn)的正下方有一質(zhì)子初速度方向與電流方向相同，則質(zhì)子可能的運(yùn)動(dòng)狀況是()A．沿路徑a運(yùn)動(dòng)B．沿路徑b運(yùn)動(dòng)C．沿路徑c運(yùn)動(dòng)D．沿路徑d運(yùn)動(dòng)8.如圖4所示，M、N為一對(duì)水平放置的平行金屬板，一帶電粒子以平行于金屬板方向的速度v穿過(guò)平行金屬板．若在兩板間存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，可使帶電粒子的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生偏轉(zhuǎn)．若不計(jì)粒子所受的重力，則以下敘述正確的是()A．若轉(zhuǎn)變帶電粒子的電性，即使它以同樣速度v射入該區(qū)域，其運(yùn)動(dòng)方向也肯定會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．帶電粒子無(wú)論帶上何種電荷，只要以同樣的速度v入射，都不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．若帶電粒子的入射速度v′>v，它將做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)D．若帶電粒子的入射速度v′<v，它將肯定向下偏轉(zhuǎn)圖4圖5圖69．如圖5所示，環(huán)型對(duì)撞機(jī)是爭(zhēng)辯高能粒子的重要裝置．正、負(fù)離子由靜止經(jīng)過(guò)電壓為U的直線(xiàn)加速器加速后，沿圓環(huán)切線(xiàn)方向注入對(duì)撞機(jī)的真空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.兩種帶電粒子將被局限在環(huán)狀空腔內(nèi)，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而在碰撞區(qū)迎面相撞．為維持帶電粒子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法正確的是()A．對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大B．對(duì)于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷eq\f(q,m)越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小C．對(duì)于給定的帶電粒子，加速電壓U越大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期越大D．對(duì)于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運(yùn)動(dòng)的周期都不變10．如圖6所示，在平面直角坐標(biāo)系中有一個(gè)垂直紙面對(duì)里的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其邊界過(guò)原點(diǎn)O和y軸上的點(diǎn)a(0，L)．一質(zhì)量為m、電荷量為e的電子從a點(diǎn)以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場(chǎng)，并從x軸上的b點(diǎn)射出磁場(chǎng)．此時(shí)速度方向與x軸正方向的夾角為60°.下列說(shuō)法中正確的是()A．電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為eq\f(πL,v0)B．電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為eq\f(2πL,3v0)C．磁場(chǎng)區(qū)域的圓心坐標(biāo)為(eq\f(\r(3)L,2)，eq\f(L,2))D．電子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的圓心坐標(biāo)為(0，－2L)題號(hào)12345678910答案二、填空題(本題共2個(gè)小題，滿(mǎn)分12分)11.(6分)如圖7所示，陰極射線(xiàn)管(A為其陰極)放在蹄形磁鐵的N、S兩極間，射線(xiàn)管的A、B兩極分別接在直流高壓電源的________極和______極．此時(shí)，熒光屏上的電子束運(yùn)動(dòng)軌跡________偏轉(zhuǎn)(選填“向上”“向下”或“不”)．圖712．(6分)地球是個(gè)大磁體，在赤道上，地磁場(chǎng)可以看成是沿南北方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．假如赤道某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5×10－4T，在赤道上有一根東西方向的直導(dǎo)線(xiàn)，長(zhǎng)為20m，載有從東往西的電流30A．則地磁場(chǎng)對(duì)這根導(dǎo)線(xiàn)的作用力大小為_(kāi)_______，方向?yàn)開(kāi)_______．三、計(jì)算題(本題共4個(gè)小題，滿(mǎn)分38分)13．(8分)如圖8所示，半徑為R的絕緣輕質(zhì)細(xì)圓環(huán)上均勻分布著電荷量為Q的正電荷，將環(huán)垂直放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若環(huán)能承受的最大拉力為F，問(wèn)環(huán)至少以多大的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)可將圓環(huán)拉斷？圖814．(10分)如圖9所示，導(dǎo)體桿ab的質(zhì)量為m，電阻為R，放置在與水平面夾角為θ的傾斜金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌間距為d，電阻不計(jì)，系統(tǒng)處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電源內(nèi)阻不計(jì)，問(wèn)：若導(dǎo)軌光滑，電源電動(dòng)勢(shì)E為多大時(shí)才能使導(dǎo)體桿靜止在導(dǎo)軌上？圖915．(10分)如圖10所示，abcd是一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形，它是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)橫截面的邊界線(xiàn)．一帶電粒子從ad邊的中點(diǎn)O與ad邊成θ＝30°角且垂直于磁場(chǎng)方向射入．若該帶電粒子所帶電荷量為q、質(zhì)量為m(重力不計(jì))，則該帶電粒子在磁場(chǎng)中飛行時(shí)間最長(zhǎng)是多少？若要帶電粒子飛行時(shí)間最長(zhǎng)，帶電粒子的速度必需符合什么條件？圖1016．(10分)如圖11所示，一質(zhì)量為m、電荷量為q帶正電荷的小球靜止在傾角為30°足夠長(zhǎng)的絕緣光滑斜面頂端時(shí)，對(duì)斜面的壓力恰為零，若快速把電場(chǎng)方向改為豎直向下，則小球能在斜面上滑行多遠(yuǎn)？圖11第三章磁場(chǎng)(B)答案1．BD[電場(chǎng)是存在于電荷四周的一種特殊物質(zhì)，磁場(chǎng)是存在于磁體和電流四周的一種特殊物質(zhì)，二者雖然都是客觀(guān)存在的，但有本質(zhì)的區(qū)分，A項(xiàng)錯(cuò)；磁體與磁體、磁體與電流，電流與電流間的相互作用的磁場(chǎng)力與其它性質(zhì)的力一樣，都遵循牛頓第三定律，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤；依據(jù)磁場(chǎng)的性質(zhì)推斷B、D項(xiàng)正確．]2．D[磁感應(yīng)強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，是磁場(chǎng)本身性質(zhì)的反映，其大小由磁場(chǎng)以及磁場(chǎng)中的位置打算，與F、I、L都沒(méi)有關(guān)系，B＝eq\f(F,IL)只是磁感應(yīng)強(qiáng)度的定義式．同一通電導(dǎo)體受到的磁場(chǎng)力的大小由所在處B和放置的方式共同打算，所以A、B、C都是錯(cuò)誤的；磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向就是該處小磁針N極所受磁場(chǎng)力的方向，不是通電導(dǎo)線(xiàn)的受力方向，所以D正確．]3．C[從左向右看圓盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，由安培定則可知，環(huán)的左側(cè)相當(dāng)于磁鐵的N極，故小磁針最終平衡時(shí)N極沿軸線(xiàn)向左．]4．C[磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝eq\f(F,IL)是反應(yīng)磁場(chǎng)力的性質(zhì)的物理量，是接受比值的方法來(lái)定義的，該公式是定義式而不是打算式，磁場(chǎng)中各處的B值是唯一確定的，與放入該點(diǎn)的檢驗(yàn)電流的大小、方向無(wú)關(guān)．]5．BCD[在磁鐵的四周和通電導(dǎo)線(xiàn)四周都存在著磁場(chǎng)，磁體間、電流間、磁體與電流間的相互作用都是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的，而靜止電荷間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)發(fā)生的．]6.D[依據(jù)安培定則(右手螺旋定則)可以推斷A導(dǎo)線(xiàn)在C處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為BA，大小為B，方向在紙面內(nèi)垂直于連線(xiàn)AC，B導(dǎo)線(xiàn)在C處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為BB，大小為B，方向在紙面內(nèi)垂直于連線(xiàn)BC.如圖所示，由BA、BB按平行四邊形定則作出平行四邊形，則該平行四邊形為菱形，故C處的總磁感應(yīng)強(qiáng)度B′＝2×Bcos30°＝eq\r(3)B.]7．B[由安培定則，電流在下方產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向指向紙外，由左手定則，質(zhì)子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力方向向上．則質(zhì)子的軌跡必定向上彎曲，因此C、D必錯(cuò)；由于洛倫茲力方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，故其運(yùn)動(dòng)軌跡必定是曲線(xiàn)，則B正確，A錯(cuò)誤．]8．B[本題實(shí)際上是一個(gè)速度選擇器的模型，帶電粒子以速度v平行于金屬板穿出，說(shuō)明其所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，即qE＝qvB，可得v＝eq\f(E,B).只要帶電粒子的速度v＝eq\f(E,B)，方向?yàn)槿珙}圖所示方向，均可以勻速通過(guò)速度選擇器，與粒子的種類(lèi)、帶電的性質(zhì)及電荷量多少無(wú)關(guān)，因此A錯(cuò)誤，B正確．若v′>v，則有qv′B>qE，洛倫茲力大于電場(chǎng)力，粒子將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)而做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，電場(chǎng)力做負(fù)功，粒子的速度將減小，但當(dāng)粒子速度變化，洛倫茲力也隨之發(fā)生變化，所以粒子所受合外力時(shí)刻發(fā)生變化，因此粒子不做勻變速曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)．若v′<v，則qv′B<qE，將向電場(chǎng)力方向偏轉(zhuǎn)，由于粒子電性不知，故D錯(cuò)．]9．BD10.BC11．負(fù)正向下12．3.0×10－2N豎直向下解析地磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5×10－4T，方向由南向北；導(dǎo)線(xiàn)垂直于地磁場(chǎng)放置，長(zhǎng)度為20m，載有電流30A，則其所受安培力F＝BIL＝0.5×10－4×30×20N＝3.0×10－2N，依據(jù)左手定則可以推斷導(dǎo)線(xiàn)所受安培力的方向豎直向下．13.eq\f(2πF,BQR)解析設(shè)圓環(huán)旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，則圓環(huán)電荷隨圓環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)形成的電流為I＝eq\f(Q,T)＝eq\f(Qω,2π)取半圓為爭(zhēng)辯對(duì)象，受力如下圖所示F安＝BIL＝Beq\f(Qω,2π)·2R＝eq\f(BQωR,π)當(dāng)F安＝2F時(shí)環(huán)可被拉斷，則eq\f(BQωR,π)＝2F則有ω＝eq\f(2πF,BQR)14.eq\f(mgRtanθ,Bd)解析由閉合電路歐姆定律得：E＝IR，導(dǎo)體桿受力狀況如圖所示，則由共點(diǎn)力平衡條件可得F安＝mgtanθ，F(xiàn)安＝BId，由以上各式可得出E＝eq\f(mgRtanθ,Bd).15.eq\f(5πm,3qB)v≤eq\f(qBL,3m)解析從題設(shè)的條件中，可知帶電粒子在磁場(chǎng)中只受洛倫茲力作用，它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，粒子帶正電，由左手定則可知它將向ab方向偏轉(zhuǎn)，帶電粒子可能的軌道如下圖所示(磁場(chǎng)方向沒(méi)有畫(huà)出)，這些軌道的圓心均在與v方向垂直的OM上．帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力供應(yīng)向心力，有qvB＝eq\f(mv2,r)，r＝eq\f(mv,qB)①運(yùn)動(dòng)的周期為T(mén)＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,qB)②由于帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與半徑和速率均沒(méi)有關(guān)系，這說(shuō)明白它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間僅與軌跡所對(duì)的圓心角大小有關(guān)．由圖可以發(fā)覺(jué)帶電粒子從入射邊進(jìn)入，又從入射邊飛出，其軌跡所對(duì)的圓心角最大，那么，帶電粒子從ad邊飛出的軌跡中，與ab相切的軌跡的半徑也就是它全部可能軌跡半徑中的臨界半徑r0：r＞r0，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間是變化的，r≤r0，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是相同的，也是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最長(zhǎng)的．由上圖可知，三角形O2EF和三角形O2OE均為等腰三角形，所以有∠OO2E＝eq\f(π,3).軌跡所對(duì)的圓心角為a＝2π－eq\f(π,3)＝eq\f(5π,3)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\f(Ta,2π)＝eq\f(5πm,3qB)由圖還可以得到r0＋eq\f(r0,2)＝eq\f(L,2)，r0＝eq\f(L,3)≥eq\f(mv,qB)得v≤eq\f(qBL,3m)帶電粒子在磁場(chǎng)中飛行時(shí)間最長(zhǎng)是eq\f(5πm,3qB)；帶電粒子的速度應(yīng)符合條件v≤eq\f(qBL,3m).16.eq\f(3m2g,2q2B2)解析由分析知：當(dāng)小球靜止在斜面頂端時(shí)，小球受重力mg、電場(chǎng)力Eq，且mg＝Eq，可得E＝eq\f(mg,q)當(dāng)電場(chǎng)反向時(shí)，小球