山东专用2020版高考物理一轮复习第九章磁场综合检测含解析新人教版.pdf
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1、磁场综合检测磁场综合检测 (时间:90 分钟 满分:100 分) 一、 选择题(本题共 12 小题,每小题 4 分,共 48 分.在每小题给出的四个选项中,第 18 小题 只有一个选项正确,第 912 小题有多个选项正确,全部选对的得 4 分,选对但不全的得 2 分, 有选错或不选的 得 0 分) 1.磁感应强度 B 和磁场强度 H 是不同的物理量,在真空中 H=.若用国际单位制的基本单位 表示,0的单位为 kgm/(s2A2),则磁场强度的单位为( D ) A.kg/(s2A) B.kgA/s2 C.kgA/m D.A/m 解析:根据 H=,B 的单位为;0的单位为 kgm/(s2A2),则
2、磁场强度的单位为 =A/m,故选 D. 2.如图,一个环形电流的中心有一根通电直导线,则环受到的磁场力( D ) A.沿环半径向外 B.沿环半径向内 C.沿通电直导线水平向左 D.等于零 解析:通电直导线产生的磁场是以导线上各点为圆心的同心圆,而环形电流的方向与磁场方 向平行,即 B 平行 I,所以通电圆环不受磁场力的作用,即 F=0,选项 D 正确,A,B,C 错误. 3.在匀强磁场中,一个原来静止的原子核,由于放出射线,结果得到一张两个相切圆的径迹照 片(如图所示),今测得两个相切圆半径之比 r1r2=a,新核与射线质量之比为 b,则下列说法 正确的是( B ) A.放出的射线为高速电子流
3、 B.半径为 r2的圆为放出射线的运动轨迹 C.射线与新核动能之比为 a D.射线与新核质子数之比为 b 解析:根据动量守恒可以知道,放出射线后的粒子动量大小相等,方向相反,则根据左手定则 可以知道,放出的粒子均带正电,选项 A 错误;放射出的粒子在磁场中做匀速圆周运动,则 qvB=m,即 R=,由于动量守恒,而且放出的粒子电荷量小,则半径 R 大,故半径为 r2的圆 为放出射线的运动轨迹,选项 B 正确;根据动量与动能的关系 Ek=,则动能之比等于质量的 反比,故射线与新核动能之比为 b,选项 C 错误;射线与新核质子数之比即为电荷量之比,由于 R=,则 q=,即射线与新核质子数之比等于半径
4、的反比,射线与新核质子数之比为 a,选 项 D 错误. 4.如图所示为一种获得高能粒子的装置环形加速器,环形区域内存在垂直纸面向外的匀 强磁场,质量为 m、电荷量为+q 的粒子在环中做半径为 R 的圆周运动,A,B 为两块中心开有小 孔的极板,原来电势都为零,每当粒子飞经 A 板时,A 板电势升高为+U,B 板电势仍保持为零, 粒 子在两极板间的电场中加速,每当粒子离开电场区域时,A 板电势又降为零,粒子在电场一次 次加速下动能不断增大,而在环形区域内绕半径不变(设极板间距远小于 R),粒子重力不计, 下列关于环形加速器的说法中正确的是( C ) A.加速器对带正电粒子顺时针加速,对带负电粒子
5、加速需要升高 B 板电势 B.电势 U 越高,粒子最终的速度就越大 C.环形区域内的磁感应强度大小 Bn与加速次数 n 之间的关系为= D.粒子每次绕行一圈所需的时间 tn与加速次数 n 之间的关系为= 解析:带正电粒子从A板向B板加速,所以正电粒子沿顺时针运动,对负电粒子,升高B板电势, 则负电粒子从 A 板向 B 板加速,在磁场运动中沿顺时针方向运动,但洛伦兹力向外,无法做圆 周运动,A 错误;根据 qvB=m可得 v=,因为 R 是定值,最终速度由磁感应强度决定,B 错 误;粒子绕行 n 圈获得的动能等于电场力对粒子做的功,设粒子绕行 n 圈获得的速度为 vn,根 据动能定理可得 nqU
6、= m,解得 vn=,粒子在环形区域磁场中,受洛伦兹力作用做半 径为 R 的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律和向心力公式,则有 qvnBn=m,解得 Bn= ,所以=,C 正确;粒子绕行第 n 圈所需时间 tn=2R, 所以 =,D 错误. 5.将一块长方体形状的半导体材料样品的表面垂直磁场方向置于磁场中,当此半导体材料中 通有与磁场方向垂直的电流时,在半导体材料与电流和磁场方向垂直的两个侧面会出现一定 的电压,这种现象称为霍尔效应,产生的电压称为霍尔电压,相应的具有这样性质的半导体材 料样品就称为霍尔元件.如图所示,利用电磁铁产生磁场,毫安表检测输入霍尔元件的电流, 毫 伏表检测霍尔元件输出的
7、霍尔电压.已知图中的霍尔元件是 P 型半导体,与金属导体不同,它 内部形成电流的“载流子”是空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子).图中的 1,2,3,4 是霍尔元件上的四个接线端.当开关 S1,S2闭合后,电流表 A 和电表 B,C 都有明显示数,下列 说法中正确的是( C ) A.电表 B 为毫伏表,电表 C 为毫安表 B.接线端 4 的电势高于接线端 2 的电势 C.若调整电路,使通过电磁铁和霍尔元件的电流与原电流方向相反,但大小不变,则毫伏表的 示数将保持不变 D.若适当减小 R1、增大 R2,则毫伏表示数一定增大 解析:由题图可知,电表 B 串联在电源 E2的电路中,故它是电流表,
8、即毫安表,而电表 C 是并联 在2,4两端的,它是测量霍尔电压的,故它是电压表即毫伏表,选项A错误;由于霍尔元件的载 流子是带正电的粒子,磁场方向向下,电流方向由1到3,由左手定则可知,带正电的粒子受到 的洛伦兹力的方向指向极板 2,即接线端 2 的电势高于接线端 4 的电势,选项 B 错误;稳定时, 粒子受到的洛伦兹力与电场力相平衡,即 Bqv=Eq=,解得 U=Bvd,当电流方向都相反,但大 小不变时,粒子的偏转方向与原来相同,但仍存在如上的平衡关系式,由于电流的大小不变, 由 电流的微观表达式 I=neSv 可知,其粒子的定向移动速度也不变,故霍尔电压的大小不变,即 毫伏表的示数将保持不
9、变,选项 C 正确;若减小 R1,则会让 B 增大,若增大 R2,会让电流 I 减小, 粒子的定向移动速率 v 也变小,则不能确定霍尔电压的变化情况,故毫伏表的示数不一定增 大,选项 D 错误. 6.如图(甲)所示,a,b两平行直导线中通有相同的电流,当两通电导线垂直圆平面放置于圆周 上,且两导线与圆心连线的夹角为 60时,圆心处的磁感应强度大小为 B.如图(乙)所示,c 导 线中通有与 a,b 导线完全相同的电流,a,b,c 垂直圆平面放置在圆周上,且 a,b 两导线与圆心 连线的夹角为120,b,c两导线与圆心连线的夹角为30,则此时圆心处的磁感应强度大小 为( A ) A.B B.B C
10、.0 D.B 解析:当 a,b 两导线与圆心连线的夹角为 60时,它们在圆心处的磁感应强度如图(甲)所示, 设 Ba=Bb=B1,则有 B=B1.当 a,b 两导线与圆心连线夹角为 120时,如图(乙)所示,它们在圆 心处的磁感应强度矢量和为 B=B1,再与 c 导线在圆心处产生的磁场叠加后磁感应强度矢量 和为B1,因此圆心处的磁感应强度大小为B,选项 A 正确. 7.如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图,此质谱仪由以下几部分构成:离子源、加速电 场、静电分析器、磁分析器、收集器.静电分析器通道中心线半径为 R,通道内有均匀辐射电 场,在中心线处的电场强度大小为 E;磁分析器中分布着方向垂直于
11、纸面,磁感应强度为 B 的 匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行.由离子源发出一个质量为 m、电荷量为 q 的 正离子(初速度为零,重力不计),经加速电场加速后进入静电分析器,沿中心线MN做匀速圆周 运动,而后由 P 点进入磁分析器中,最终经过 Q 点进入收集器.下列说法中正确的是( B ) A.磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向内 B.加速电场中的加速电压 U= C.磁分析器中圆心 O2到 Q 点的距离 d= D.任何离子若能到达 P 点,则一定能进入收集器 解析:进入静电分析器后,正离子顺时针转动,所受洛伦兹力指向圆心,根据左手定则,磁分析 器中匀强磁场方向垂直于纸面向外,选项 A
12、错误;离子在静电分析器中做匀速圆周运动,根据 牛顿第二定律有 Eq=m,设离子进入静电分析器时的速度为 v,离子在加速电场中加速的过 程中,由动能定理有 qU= mv2,解得 U=,选项 B 正确;由 B 项解析可知 R=,与离子质量、 电荷量无关.离子在磁分析器中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有 qvB=m,得 r= =,即 d=,选项 C 错误;圆周运动的轨道半径与电荷的质量和电荷量有关,能 够到达 P 点的不同离子,半径不一定都等于 d,不一定都能进入收集器,选项 D 错误. 8.回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的 D 形金属盒,把它们放在匀强磁场中, 磁场方向垂直于盒面向下
13、.连接好高频交流电源后,两盒间的窄缝中能形成匀强电场,带电粒 子在磁场中做圆周运动,每次通过两盒间的窄缝时都能被加速,直到达到最大圆周半径时通 过特殊装置引出.如果用同一回旋加速器分别加速氚核H)和粒子He),比较它们所需的 高频交流电源的周期和引出时的最大动能,下列说法正确的是( D ) A.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较大 B.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能较小 C.加速氚核的交流电源的周期较大, 粒子获得的最大动能较小 D.加速氚核的交流电源的周期较大, 粒子获得的最大动能较大 解析:带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同,根据 T=,可知氚
14、核的质量 与电荷量的比值大于 粒子的质量与电荷量的比值,故氚核在磁场中运动的周期大,则加速 氚核的交流电源的周期较大,粒子在磁场中运动的周期小,则加速粒子的交流电源的周 期较小;根据 qvB=m,解得 v=,则最大动能 Ekm= mv2=,氚核的质量是 粒子的 , 氚核的电荷量是粒子的 ,则氚核的最大动能是粒子的 ,即氚核的最大动能较小,粒 子的动能较大,故 A,B,C 错误,D 正确. 9.如图所示,一个带正电荷的小球从 a 点出发水平进入正交垂直的匀强电场和匀强磁场区域, 电场方向竖直向上,某时刻小球运动到了 b 点,则下列说法正确的是( CD ) A.从 a 到 b,小球可能做匀速直线运
15、动 B.从 a 到 b,小球可能做匀加速直线运动 C.从 a 到 b,小球动能可能不变 D.从 a 到 b,小球机械能增加 解析:带电小球的初速度是水平的,从 a 运动到 b 点的过程中小球在竖直方向上发生位移,说 明小球做的是曲线运动,所以小球受力不为零,即小球不可能做匀速直线运动,选项A错误;从 以上分析可知小球做曲线运动,即变速运动,故小球受到磁场的洛伦兹力也是变化的,故小球 受到的合力是变力,所以小球不可能做匀加速直线运动,选项 B 错误;当小球的重力和电场力 平衡时,小球受到的洛伦兹力只改变小球的速度方向,小球的动能不变,选项 C 正确;从 a 到 b, 电场方向竖直向上,电场力一定
16、做正功,故机械能增加,选项 D 正确. 10.央视是真的吗节目做了如下实验:用裸露的铜导线绕制成一根无限长螺旋管,将螺旋 管放在水平桌面上,用一节干电池和两磁铁制成一个 “小车”,两磁铁的同名磁极粘在电池的 正、 负两极上,只要将这辆小车推入螺旋管中,小车就会加速运动起来,如图所示.关于小车的 运动,以下说法正确的是( BD ) A.将小车上某一磁铁改为 S 极与电池粘连,小车仍能加速运动, B.将小车上两磁铁均改为 S 极与电池粘连,小车的加速度方向将发生改变 C.图中小车加速度方向向右 D.图中小车加速度方向向左 解析:两磁极间的磁感线如图(甲)所示,干电池与磁铁及中间部分线圈组成了闭合回
17、路,在两 磁极间的线圈中产生电流,左端磁极的左侧线圈和右端磁极的右侧线圈中没有电流.其中线 圈中电流方向的左视图为逆时针方向,电流与磁极、磁场的关系如图(乙)所示, 由左手定则可知中间线圈所受的安培力向右,根据牛顿第三定律有 “小车” 向左加速,C 错误, D 正确;如果改变某一磁铁 S 极与电源粘连,则磁感线不会向外发散,两部分受到方向相反的力, 合力为零,A 错误;如果将“小车”上两磁铁均改为 S 极与电池粘连,电流方向不变,磁 场方向变化,“小车”受力方向变化,“小车”的加速度方向将发生变化,B 正确. 11.如图所示,在 xOy 平面的第象限内存在垂直 xOy 平面向里、 磁感应强度大
18、小为 B 的匀强 磁场.两个相同的带电粒子,先后从 y 轴上的 a(0,L)点和 b 点(坐标未知)以相同的速度 v0 垂直于 y 轴射入磁场,在 x 轴上的 c(L,0)点相遇,不计粒子重力及其相互作用,根据题设条件 可以确定( AC ) A.带电粒子在磁场中运动的半径 B.带电粒子的电荷量 C.带电粒子在磁场中运动的时间 D.带电粒子的质量 解析:两个粒子做匀速圆周运动,由几何关系可以确认其圆心坐标分别是(0,L),(0,-L), 轨迹半径 R=L,圆弧所对圆心角分别是 120和 60,依 qv0B=得 R=,又 v0, B 已知,可确定比荷,但无法确认带电粒子带电荷量和质量;由 T=,t
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