2019-2020年高中物理 第5章 磁場(chǎng)與回旋加速器章末綜合檢測(cè)卷 滬科版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 第5章 磁場(chǎng)與回旋加速器章末綜合檢測(cè)卷 滬科版選修3-1(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共7小題，每小題4分，共28分)1磁體之間的相互作用是通過(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的下列對(duì)磁場(chǎng)認(rèn)識(shí)正確的是()A磁感線有可能出現(xiàn)相交的情況B磁感線總是由N極出發(fā)指向S極C某點(diǎn)磁場(chǎng)的方向與放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極所指方向一致D若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場(chǎng)力的作用，則該區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零答案C解析在磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)只能有一個(gè)方向，即該點(diǎn)的磁感線的切線方向，如果磁感線相交，則該點(diǎn)磁場(chǎng)就有兩個(gè)方向了，A錯(cuò)誤；在磁鐵外部磁感線是由N極出發(fā)指向S極，在磁鐵內(nèi)部磁感線是由S極出發(fā)指向N極，B錯(cuò)誤；在磁場(chǎng)中，某點(diǎn)的磁場(chǎng)的方向是該點(diǎn)放置的小磁針靜止時(shí)N極所指方向，C正確；若在某區(qū)域內(nèi)通電導(dǎo)線不受磁場(chǎng)力的作用，可能磁場(chǎng)和通電導(dǎo)線是平行的，D錯(cuò)誤；故選C.2關(guān)于帶電粒子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，以下表述正確的是()A帶電粒子在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同B正電荷只在電場(chǎng)力作用下，一定從高電勢(shì)處向低電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)C帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力方向與粒子的速度方向垂直D帶電粒子在磁場(chǎng)中某點(diǎn)受到的洛倫茲力方向與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同答案C解析當(dāng)帶電粒子帶負(fù)電時(shí)，在電場(chǎng)中某點(diǎn)受到的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反，當(dāng)帶電粒子帶正電時(shí)，受到的電場(chǎng)力方向與該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同，故A錯(cuò)誤；由UAB知，若電場(chǎng)力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，電場(chǎng)力做負(fù)功，則正電荷將從低電勢(shì)處向高電勢(shì)處運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；根據(jù)左手定則，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的洛倫茲力方向一定與速度和磁場(chǎng)的方向垂直故C正確，D錯(cuò)誤所以選C.3在雷雨天氣時(shí)，空中有許多陰雨云都帶有大量電荷，在一樓頂有一避雷針，其周圍擺放一圈小磁針，當(dāng)避雷針正上方的一塊陰雨云對(duì)避雷針?lè)烹姇r(shí)，發(fā)現(xiàn)避雷針周圍的小磁針的S極呈順時(shí)針排列(俯視)，則該塊陰雨云可能帶()A正電荷 B負(fù)電荷C正、負(fù)電荷共存 D無(wú)法判斷答案B解析小磁針的S極順時(shí)針排列，說(shuō)明磁場(chǎng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，由安培定則可知，電流方向?yàn)樨Q直向上，即該陰雨云帶負(fù)電荷，故選項(xiàng)B正確4如圖1，兩根相互平行的長(zhǎng)直導(dǎo)線分別通有方向相反的電流I1和I2，且I1I2；a、b、c、d為導(dǎo)線某一橫截面所在平面內(nèi)的四點(diǎn)且a、b、c與兩導(dǎo)線截面共線；b點(diǎn)在兩導(dǎo)線之間，b、d的連線與導(dǎo)線所在平面垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)是()圖1Aa點(diǎn) Bb點(diǎn) Cc點(diǎn) Dd點(diǎn)答案C解析兩電流在該點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，說(shuō)明兩電流在該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足等大反向關(guān)系根據(jù)右手螺旋定則在兩電流的同側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向相反，則磁感應(yīng)強(qiáng)度可能為零的點(diǎn)為a或c，又I1I2，所以該點(diǎn)應(yīng)距I1遠(yuǎn)距I2近，所以是c點(diǎn)故選C.5如圖所示，直導(dǎo)線通入垂直紙面向里的電流，在下列勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，能靜止在光滑斜面上的是()答案A6.如圖2所示，空間存在水平向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)內(nèi)有一絕緣的足夠長(zhǎng)的直桿，它與水平面的傾角為，一帶電荷量為q、質(zhì)量為m的帶負(fù)電小球套在直桿上，從A點(diǎn)由靜止沿桿下滑，小球與桿之間的動(dòng)摩擦因數(shù)tan .則小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度時(shí)間圖像可能是下圖中的()圖2答案C解析帶電小球靜止時(shí)受到豎直向下的重力G、垂直直桿向上的支持力N和沿直桿向上的摩擦力f，小球下滑后，再受到一個(gè)垂直直桿向上的洛倫茲力f0，沿直桿方向有：mgsin (mgcos f0)ma，在垂直于直桿方向有：Nf0mgcos ，由于球加速運(yùn)動(dòng)，據(jù)f0qvB，f0增大而支持力N減小，據(jù)fN，摩擦力減小，導(dǎo)致加速度a增大；當(dāng)速度v增到某個(gè)值時(shí)，mgcos f00，有mgsin ma，此時(shí)加速度最大；此后，f0mgcos ，支持力N反向，且速度繼續(xù)增大，支持力N增大，摩擦力f也隨著增大，最后出現(xiàn)mgsin f，之后小球勻速下滑；所以只有C選項(xiàng)正確7.如圖3所示，帶電粒子以初速度v0從a點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)b點(diǎn)，OaOb.若撤去磁場(chǎng)加一個(gè)與y軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子仍以速度v0從a點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)，仍能通過(guò)b點(diǎn)，則電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值為()圖3Av0 B. C2v0 D.答案C解析設(shè)OaObd，因帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以圓周運(yùn)動(dòng)的半徑正好等于d即d，得B.如果換成勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，那么有d()2得E，所以2v0.選項(xiàng)C正確二、多項(xiàng)選擇題(本題共5小題，每小題4分，共20分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多個(gè)選項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)的得4分，選不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分)圖48我國(guó)第21次南極科考隊(duì)在南極觀看到了美麗的極光極光是由來(lái)自太陽(yáng)的高能帶電粒子流高速?zèng)_進(jìn)高空稀薄大氣層時(shí)，被地球磁場(chǎng)俘獲，從而改變?cè)羞\(yùn)動(dòng)方向，向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)(如圖4所示)，這些高能粒子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光地磁場(chǎng)的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能到達(dá)地面而向人煙稀少的兩極偏移，為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，向兩極做螺旋運(yùn)動(dòng)的這些高能粒子的旋轉(zhuǎn)半徑是不斷減小的，這主要與下列哪些因素有關(guān)()A洛倫茲力對(duì)粒子做負(fù)功，使其動(dòng)能減小B空氣阻力做負(fù)功，使其動(dòng)能減小C靠近南北兩極，磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)D以上說(shuō)法都不對(duì)答案BC解析洛倫茲力不做功，空氣阻力做負(fù)功由r，速率減小，B增大，所以半徑減小9如圖5所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源相連現(xiàn)分別加速氘核(21H)和氦核(42He)下列說(shuō)法中正確的是()圖5A它們的最大速度相同B它們的最大動(dòng)能相同C它們?cè)贒形盒中運(yùn)動(dòng)的周期相同D僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能答案AC10如圖6所示，帶電平行板間勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向下，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向水平向里，一帶電小球從光滑絕緣軌道上的a點(diǎn)自由滑下，經(jīng)過(guò)軌道端點(diǎn)P進(jìn)入板間恰好沿水平方向做直線運(yùn)動(dòng)現(xiàn)使球從軌道上較低的b點(diǎn)開始滑下，經(jīng)P點(diǎn)進(jìn)入板間，在之后運(yùn)動(dòng)的一小段時(shí)間內(nèi)()圖6A小球的重力勢(shì)能可能會(huì)減小B小球的機(jī)械能可能不變C小球的電勢(shì)能一定會(huì)減少D小球動(dòng)能可能減小答案AC11.為了測(cè)量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖7所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前、后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法中正確的是()圖7A若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高B前表面的電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子多少無(wú)關(guān)C污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)答案BD解析由左手定則可知，正離子受洛倫茲力向后表面偏，負(fù)離子向前表面偏，前表面的電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，流量Qvbc，其中v為離子定向移動(dòng)的速度，當(dāng)前后表面電壓一定時(shí)，離子不再偏轉(zhuǎn)，所受洛倫茲力和電場(chǎng)力達(dá)到平衡，即qvBq，得v，則流量Qbcc，故Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)12.如圖8所示為圓柱形區(qū)域的橫截面，在該區(qū)域加沿圓柱軸線方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)帶電粒子(不計(jì)重力)第一次以速度v1沿截面直徑入射，粒子飛出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，速度方向偏轉(zhuǎn)60角；該帶電粒子第二次以速度v2從同一點(diǎn)沿同一方向入射，粒子飛出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，速度方向偏轉(zhuǎn)90角則帶電粒子第一次和第二次在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的()圖8A半徑之比為1B速度之比為1C時(shí)間之比為23 D時(shí)間之比為32答案AC解析設(shè)磁場(chǎng)半徑為R，當(dāng)?shù)谝淮我运俣葀1沿截面直徑入射時(shí)，根據(jù)幾何知識(shí)可得：cos 30，即r1R.當(dāng)?shù)诙我运俣葀2沿截面直徑入射時(shí)，根據(jù)幾何知識(shí)可得：r2R，所以，A正確兩次情況下都是同一個(gè)帶電粒子在相等的磁感應(yīng)強(qiáng)度下運(yùn)動(dòng)的，所以根據(jù)公式r，可得，B錯(cuò)誤因?yàn)橹芷赥，與速度無(wú)關(guān)，所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間比為，C正確，D錯(cuò)誤故選A、C.三、計(jì)算題(共4小題，共52分解答應(yīng)寫出必要的文字說(shuō)明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)13. (10分)如圖9所示，兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離L0.40 m，金屬導(dǎo)軌所在的平面與水平面夾角37，在導(dǎo)軌所在空間，分布著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0.5 T、方向垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)金屬導(dǎo)軌的一端接有電動(dòng)勢(shì)E4.5 V、內(nèi)阻r0.50 的直流電源現(xiàn)把一個(gè)質(zhì)量為m0.040 kg的導(dǎo)體棒ab放在金屬導(dǎo)軌上，導(dǎo)體棒恰好靜止導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌垂直且接觸良好，導(dǎo)體棒與金屬導(dǎo)軌接觸的兩點(diǎn)間的電阻R02.5 ，金屬導(dǎo)軌電阻不計(jì)，g取10 m/s2.已知sin 370.60，cos 370.80，求：圖9(1)通過(guò)導(dǎo)體棒的電流；(2)導(dǎo)體棒受到的安培力大??；(3)導(dǎo)體棒受到的摩擦力大小答案(1)1.5 A(2)0.30 N(3)0.06 N解析(1)根據(jù)閉合電路歐姆定律I1.5 A.(2)導(dǎo)體棒受到的安培力F安BIL0.30 N.(3)導(dǎo)體棒受力如圖，將重力正交分解F1mgsin 370.24 N，F(xiàn)1F安，根據(jù)平衡條件，mgsin 37fF安，解得f0.06 N.14(12分)如圖10所示，在x軸上方有勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，一個(gè)質(zhì)量為m，帶電荷量為q的粒子，以速度v從O點(diǎn)射入磁場(chǎng)，角已知，粒子重力不計(jì)，求：圖10(1)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；(2)粒子離開磁場(chǎng)的位置與O點(diǎn)間的距離答案(1)(2)解析(1)先確定其大概的軌跡，然后由幾何關(guān)系確定圓心角、弦長(zhǎng)與半徑的關(guān)系，如圖半徑rT圓心角為22所以運(yùn)動(dòng)時(shí)間tT.(2)離開磁場(chǎng)的位置與入射點(diǎn)的距離即為弦長(zhǎng)s2rsin 15(15分)如圖11所示為研究帶電粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)裝置：M、N是豎直放置的兩正對(duì)著的平行金屬板，S1、S2是板上兩個(gè)正對(duì)的小孔，其中N板的右側(cè)有一個(gè)在豎直面內(nèi)，以O(shè)為圓心的圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在垂直圓面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，另有一個(gè)同樣以O(shè)為圓心的半圓形熒光屏AOC.已知S1、S2、O和熒光屏的中間位置O在同一直線上，且ACS1O.當(dāng)在M、N板間加恒定電壓U時(shí)，一帶正電離子在S1處由靜止開始加速向S2孔運(yùn)動(dòng)，最后打在圖中的熒光屏上的P處，COP30.若要讓上述帶正電離子(不計(jì)重力)仍在S1處由靜止開始加速，最后打在圖中的熒光屏下邊緣C處，求M、N板間所加電壓的大小U.圖11答案解析設(shè)離子的質(zhì)量為m，電荷量為q，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，所在區(qū)域的半徑為R，離子加速后獲得的速度為v.當(dāng)電壓為U時(shí)，由動(dòng)能定理有qUmv2在磁場(chǎng)中，離子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)右圖)由牛頓第二定律可知qvBmv2/r由式得Ur2B2q/(2m)其中rRtan 60R當(dāng)電壓為U時(shí)，離子打在C處，同理有Ur2B2q/(2m)其中rR由可解得UU/3.16.(15分)如圖12所示，直角坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在水平的x軸下方存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直xOy平面向里，電場(chǎng)線平行于y軸一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電荷的小球，從y軸上的A點(diǎn)水平向右拋出經(jīng)x軸上的M點(diǎn)進(jìn)入電場(chǎng)和磁場(chǎng)，恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從x軸上的N點(diǎn)第一次離開電場(chǎng)和磁場(chǎng)，MN之間的距離為L(zhǎng)，小球過(guò)M點(diǎn)時(shí)的速度方向與x軸正方向夾角為.不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，求：圖12(1)電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小和方向；(2)小球從A點(diǎn)拋出時(shí)初速度v0的大小；(3)A點(diǎn)到x軸的高度h.答案(1)豎直向上(2)cot (3)解析(1)小球在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中恰能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其所受電場(chǎng)力必須與重力平衡，有qEmgE重力的方向是豎直向下，電場(chǎng)力的方向則應(yīng)為豎直向上，由于小球帶正電，所以電場(chǎng)強(qiáng)度方向豎直向上(2)小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，O為圓心，MN為弦，MOP，如圖所示設(shè)半徑為r，由幾何關(guān)系知sin 小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由洛倫茲力提供，設(shè)小球做圓周運(yùn)動(dòng)的速率為v，有qvB由速度的合成與分解知cos 由式得v0cot (3)設(shè)小球到M點(diǎn)時(shí)的豎直分速度為vy，它與水平分速度的關(guān)系為vyv0tan 由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v2gh由式得h