山东省专用2018_2019学年高中物理第三章磁场阶段验收评估三磁场含解析新人教版选修3_1.pdf
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1、阶段验收评估(三) 磁 场阶段验收评估(三) 磁 场 (时间:50 分钟 满分:100 分) 一、选择题(本题共 8 小题,每小题 6 分,共 48 分,第 15 小题中只有一个选项符合题 意,第 68 小题中有多个选项符合题意,全选对的得 6 分,选对但不全的得 3 分,有选错的 得 0 分) 1一根无限长的通电直导线旁放一通电矩形线框,电流方向如图所 示,直导线和线框在同一平面内,线框在通电直导线的磁场力作用下将 会( ) A静止不动 B向右平移 C向左平移D向下平移 解析:选 B 直导线中的电流方向由上向下,根据安培定则,导线右侧区域磁感应强度向 外,根据左手定则可知线框左边受向右的安培
2、力,右边受到向左的安培力,上边受到向下的 安培力,下边受到向上的安培力,离通电导线越远的位置,磁感应强度越小,故根据安培力 公式FBIL,左边受到的安培力大于右边,上边受到的安培力等于下边受到的安培力,故线 框将向右运动。故 B 正确。 2.如图所示,a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线,其横截面 位于正方形的四个顶点上,导线中通有大小相同的电流,方向如图所 示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动, 它所受洛伦兹力的方向是( ) A向上 B向下 C向左D向右 解析:选 B 根据通电直导线产生的磁场的特点和安培定则可知,b、d两导线在O点产 生的磁场大小相等,方向相反,
3、a、c两导线在O点产生的磁场的方向均向左,故O点的合磁 场方向向左,又带正电的粒子沿垂直于纸面的方向向外运动,根据左手定则可判断出带电粒 子受到的洛伦兹力向下,选项 B 正确。 3.如图所示,两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M和N, 通有同向 等值电流;沿纸面与直导线M、N等距放置另一根可自由移动的通电导线ab, 则通电导线ab在安培力作用下运动的情况是( ) A沿纸面逆时针转动 B沿纸面顺时针转动 Ca端转向纸外,b端转向纸里 Da端转向纸里,b端转向纸外 解析:选 D 根据长直导线周围磁场的分布规律和矢量合成法则,可以判断两电流M、N 连线中垂线上方磁场方向水平向右,ab上半段所受安培
4、力垂直于纸面向里,两电流M、N连线 中垂线下方磁场方向水平向左,ab下半段所受安培力垂直于纸面向外,所以a端转向纸里,b 端转向纸外,选项 D 正确。 4.(2017江苏高考)如图所示, 两个单匝线圈a、b的半径分别为r和 2r。 圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合,则穿过a、b两线圈的磁通量之 比为( ) A11B12 C14D41 解析:选 A 由题图可知,穿过a、b两个线圈的磁通量均为Br2,因此磁通量之 比为 11,A 项正确。 5比荷为 的电子以速度v0沿AB边射入边长为a的等边三角形的匀 e m 强磁场区域中,如图所示,为使电子从BC边穿出磁场,磁感应强度B的 取值范围为( )
5、AB BB 3mv0 ea 3mv0 ea CB DB 2mv0 ea 2mv0 ea 解析:选 B 根据洛伦兹力提供向心力,有Bev0m,解得:B,粒 v02 R mv0 eR 子通过C点的轨迹如图所示,根据几何关系,得到半径为Ra,故B, 3 3 3mv0 ea 磁感应强度越小半径越大, 故B时,粒子从BC边飞出,故选项 B 正确。 3mv0 ea 6(2017全国卷)某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线 绕制而成,漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出,并作为线圈的转轴。将线 圈架在两个金属支架之间,线圈平面位于竖直面内,永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两
6、金属支架连接后线圈能连续转动起来,该同学应将( ) A左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉 B左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉 C左转轴上侧的绝缘漆刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉 D左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉,右转轴下侧的绝缘漆刮掉 解析 : 选 AD 装置平面示意图如图所示。 如图所示的状态, 磁感线方向 向上, 若形成通路, 线圈下边导线中电流方向向左,受垂直纸面向里的安培 力,同理,上边导线中电流受安培力垂直纸面向外,使线圈转动。当线圈 上边导线转到下边时,若仍通路,线圈上、下边中电流方向与图示方向相比均反向,受安培 力反向,阻碍线圈转动。若要线圈连续转动,要求左、右转轴只能上一侧或下一侧形成通
7、 路,另一侧断路。故选 A、D。 7 如图所示, 沿直线通过速度选择器的正粒子从狭缝S射入磁感 应强度为B2的匀强磁场中,偏转后出现的轨迹半径之比为R1R2 12,则下列说法正确的是 ( ) A粒子的速度之比为 11 B粒子的电荷量之比为 12 C粒子的质量之比为 12 D粒子比荷之比为 21 解析:选 AD 粒子沿直线通过速度选择器,可知电场力和洛伦兹力平衡,有:qvBqE, 解得v 。 可知粒子的速度之比为 11, 故 A 正确。 粒子进入偏转磁场, 根据qvBm得,r E B v2 r ,则比荷 ,因为速度相等,磁感应强度相等,半径之比为 12,则比荷之比为 21。 mv qB q m
8、v Br 由题目条件,无法得出电荷量之比、质量之比,故 B、C 错误,D 正确。 8如图所示, 空间有垂直于xOy平面的匀强磁场。t0 时刻,一电 子以速度v0经过x轴上的A点,沿x轴正方向进入磁场。A点坐标为 (R,0), 其中R为电子在磁场中做圆周运动的轨道半径。不计重力影 1 2 响,则以下结论正确的是( ) A电子经过y轴时,速度大小仍为v0 B电子在t时,第一次经过y轴 R 6v0 C电子第一次经过y轴的坐标为(0,2 3 2 R) D电子第一次经过y轴的坐标为(0, 32 2 R) 解析:选 ABD 由题意可知,根据左手定则,电子的运动轨迹如图 所示,电子只受洛伦兹力作用, 由于其
9、力对电子不做功, 因此速度大小不 变仍为v0, 故 A 正确 ; 因A点坐标为, 则圆周运动轨迹圆心在 ( 1 2R,0) ,由几何关系可知,AOB30,周期T,因此电 ( 1 2R,R) 2R v0 子第一次经过y轴时间为t,故 B 正确;由几何关系可知,OB长度为RR,因此 T 12 R 6v0 3 2 电子第一次经过y轴的坐标为,故 D 正确。 (0, 32 2 R) 二、非选择题(本题共 3 小题,共 52 分) 9(14 分)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。图是某音圈电机的原 理示意图,它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成,线圈边长为L,匝数为n,磁极 正对区
10、域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下,大小为B,区域外的磁场忽略不计。 线圈左边始终在磁场外,右边始终在磁场内,前后两边在磁场内的长度始终相等。某时刻线 圈中电流从P流向Q,大小为I。 (1)求此时线圈所受安培力的大小和方向。 (2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v,求安培力的功率。 解析:(1)由安培力表达式FBIL可知,线圈所受的安培力FnBIL,由左手定则可判断 安培力方向水平向右。 (2)由功率公式PFv可知,安培力的功率PnBILv。 答案:(1)安培力的大小:nBIL 方向:水平向右 (2)安培力的功率:nBILv 10 (18 分)如图所示,在y0 的区域内有沿y轴正方
11、向的匀强电 场,在y0 的区域内有垂直坐标平面向里的匀强磁场。一电子(质量 为m、电荷量为e)从y轴上A点以沿x轴正方向的初速度v0开始运 动。当电子第一次穿越x轴时,恰好到达C点;当电子第二次穿越x轴时, 恰好到达坐标原 点;当电子第三次穿越x轴时,恰好到达D点。C、D两点均未在图中标出。已知A、C点到坐 标原点的距离分别为d、2d。不计电子的重力。求: (1)电场强度E的大小; (2)磁感应强度B的大小; (3)电子从A运动到D经历的时间t。 解析:电子的运动轨迹如图所示。 (1)电子在电场中做类平抛运动,设电子从A到C的时间为t1 2dv0t1 dat12 a 1 2 eE m 求出E
12、。 mv02 2ed (2)设电子进入磁场时速度为v,v与x轴的夹角为, 则 tan 1,可得45 at1 v0 求出vv02 电子进入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力evBmv 2 r 由图可知rd2 求出B。 mv0 ed (3)由抛物线的对称关系,电子在电场中运动的时间为 3t16d v0 电子在磁场中运动的时间t2T 3 4 3 4 2m eB 3d 2v0 电子从A运动到D的时间t3t1 t2。 3d4 2v0 答案:(1) (2) (3) mv02 2ed mv0 ed 3d4 2v0 11(20 分)如图所示,一平行板电容器长为d,极板间距也为d,极板间存在竖直向上的 匀
13、强电场E1,在平行板电容器的右侧(虚线右侧),极板的中间平分线OO上方存在垂直纸面 向外的匀强磁场B,OO下方存在竖直向上的匀强电场E2, 一带电微粒初速度为v0, 质量为m, 带电量为q(q0),从O点沿着OO的方向射入电场,恰好从上极板的右边缘射入匀强磁场, 并从A点垂直OO向下进入电场。(不计微粒重力,E2E1,E1、E2、B均未知)求: (1)平行板电容器内电场的电场强度E1的大小; (2)匀强磁场的磁感应强度B的大小; (3)若在离A点右侧的距离为d的O处,有一块垂直于OO的挡板PQ,从粒子第一 11 2 4 次到达A点开始计时,到击中挡板PQ,需要多长时间? 解析:(1)微粒在偏转
14、电场中做类平抛运动, 在水平方向:dv0t1, 在竖直方向上:dat12t12, 1 2 1 2 1 2 qE1 m 解得:E1; mv02 qd (2)微粒在偏转电场中做类平抛运动, 在水平方向:dv0t1,竖直方向:dt1,则vyv0, 1 2 vy 2 微粒进入磁场时的速度:vv0,方向与竖直方向夹角为 45,2 微粒在磁场中做匀速圆周运动,由数学知识可知,轨道半径:Rd, 2 2 由牛顿第二定律得:mqvB, v2 R 解得:B; 2mv0 qd (3)微粒在电场中,由牛顿第二定律得:a, qE2 m 在电场中的运动时间:t232 , v a 6 2 d v0 在磁场中的运动时间:t3
15、TT, 1 3 4d 3v0 微粒总的运动时间:tt2t3。 18 24d 3v0 答案:(1) (2) (3) mv02 qd 2mv0 qd 18 24d 3v0 (时间:90 分钟 满分:110 分) 一、 选择题(本题共 14 小题, 每小题 4 分, 共 56 分, 第 18 小题只有一个选项符合题意, 第 914 小题有多个选项符合题意 ; 全选对的得 4 分, 选对但不全的得 2 分, 有选错的得 0 分) 1.如图所示,把轻质导电线圈用绝缘细线悬挂在磁铁 N 极附近, 磁铁的轴线穿过线圈的圆心且垂直于线圈平面,当线圈内通入图示 方向的电流时,线圈将( ) A向左运动 B向右运动
16、 C静止不动D无法确定 解析:选 A 方法一:等效法。把通电线圈等效成小磁针,由安培定 则可知,线圈等效成小磁针后,左端是 S 极,右端是 N 极,根据异名磁极相互吸引,线圈将向 左运动。 选项 A 正确。 方法二:电流元法。取线圈的上、下两小段分析,如图所示,根据其中心对称性可知线 圈所受安培力的合力水平向左,故线圈向左运动。选项 A 正确。 2.如图所示,A、B、C、D、E是半径为r的圆周上等间距的五个点, 在这些点上各固定一个点电荷,除A点处的电荷量为q外,其余各点处 的电荷量均为q,则圆心O处( ) A场强大小为,方向沿OA方向 kq r2 B场强大小为,方向沿AO方向 kq r2 C
17、场强大小为,方向沿OA方向 2kq r2 D场强大小为,方向沿AO方向 2kq r2 解析:选 C 在A处放一个q的点电荷与在A处同时放一个q和2q的点电荷的效果 相当,因此可以认为O处的场是五个q和一个2q的点电荷产生的场合成的,五个q处于 对称位置上,在圆心O处产生的合场强为 0,所以O点的场强相当于2q在O处产生的场强。 故选 C。 3以下说法正确的是( ) A根据电势差的定义式UAB,带电荷量为 1 C 正电荷,从A点移动到B点克服电场力 WAB q 做功为 1 J,则A、B点的电势差为1 V B运动电荷在磁场中一定受到力的作用 C磁感应强度的方向就是小磁针北极所指的方向 D表征磁场中
18、某点磁场的强弱是把一小段通电导线放到该点时受到的磁场力与该段导线 长度和电流乘积的比值 解析:选 A 从A点移动到B点克服电场力做功为 1 J,所以电场力做功为1 J,由定义 式UAB,可得A、B点的电势差为1 V,故 A 正确。当运动电荷在磁场中运动方向与磁场 WAB q 平行时, 不受力的作用, 故 B 错误。 磁场的方向就是小磁针静止时 N 极所指的方向, 故 C 错误。 磁感应强度B是表征磁场中某点磁场的强弱,是把一小段通电导线“垂直磁场的方向”放 F IL 到该点时受到的磁场力与该小段导线长度和电流乘积的比值,故 D 错误。 4.电阻R和电动机 M 串联接到电路中, 如图所示, 已知
19、电阻R跟电动机 线圈的电阻值相等, 开关接通后,电动机正常工作。设电阻R和电动机 M 两端的电压分别为U1 和U2,经过时间t, 电流通过R做功为W1, 产生的热量为Q1, 电流通过电动机做功为W2, 产生的热 量为Q2, 则有( ) AU1U2,Q1Q2BU1U2,Q1Q2 CW1W2,Q1Q2DW1W2,Q1Q2 解析 : 选 A 电动机是非纯电阻, 其两端电压U2IRU1, B 错误 ; 电流做的功W1U1It,W2 U2It,故W1W2,C 错误;产生的热量由QI2Rt可判断Q1Q2,A 正确,D 错误。 5.两平行金属板相距为d, 电势差为U, 一电子质量为m、 电荷量为e, 从O点
20、沿垂直于极板的方向射入电场,最远到达A点,然后返回,如图所 示,OA间距为h,则此电子的初动 能为( ) A.B. edh U dU eh C.D. eU dh eUh d 解析:选 D 电子从O点到达A点的过程中,仅在电场力作用下速度逐渐减小,根据动能 定理可得eUOA0Ek,因为UOAh,所以Ek,所以正确选项为 D。 U d eUh d 6.医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流 速度。电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极 N 和 S 构成, 磁极间的 磁场是均匀的。使用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、 磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图所示。由于血液
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