高二物理磁場(chǎng)試題全解：選擇題及計(jì)算題試題及答案

2017-06-16 06:17:58 　來源：網(wǎng)絡(luò)整理

高二物理磁場(chǎng)試題全解--選擇題

　　1．有關(guān)洛倫茲力和安培力的描述，正確的是()

　　A．通電直導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中一定受到安培力的作用

　　B．安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)

　　C．帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受到的洛倫茲力做正功

　　D．通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的安培力方向與磁場(chǎng)方向平行

　　解析：選B.安培力方向與磁場(chǎng)垂直，洛倫茲力不做功，通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中不一定受安培力．安培力是大量運(yùn)動(dòng)電荷所受洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)．

　　2.

　　圖3－6

　　(2011年東北師大高二檢測(cè))磁場(chǎng)中某區(qū)域的磁感線，如圖3－6所示，則()

　　A．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＞Bb

　　B．a(chǎn)、b兩處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不等，Ba＜Bb

　　C．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力大

　　D．同一通電導(dǎo)線放在a處受力一定比放在b處受力小

　　解析：選A.由磁感線的疏密可知Ba＞Bb，由通電導(dǎo)線所受安培力與通電導(dǎo)線的放置有關(guān)，通電導(dǎo)線放在a處與放在b處受力大小無法確定．

　　3．(2011年聊城高二檢測(cè))

　　圖3－7

　　兩個(gè)絕緣導(dǎo)體環(huán)AA′、BB′大小相同，環(huán)面垂直，環(huán)中通有相同大小的恒定電流，如圖3－7所示，則圓心O處磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向?yàn)?AA′面水平，BB′面垂直紙面)()

　　A．指向左上方

　　B．指向右下方

　　C．豎直向上

　　D．水平向右

　　答案：A

　　4.

　　圖3－8

　　(2011年汕頭高二檢測(cè))如圖3－8所示，垂直紙面放置的兩根直導(dǎo)線a和b，它們的位置固定并通有相等的電流I；在a、b沿紙面的連線的中垂線上放有另一直導(dǎo)線c，c可以自由運(yùn)動(dòng)．當(dāng)c中通以電流I1時(shí)，c并未發(fā)生運(yùn)動(dòng)，則可以判定a、b中的電流()

　　A．方向相同都向里

　　B．方向相同都向外

　　C．方向相反

　　D．只要a、b中有電流，c就不可能靜止

　　解析：選C.如果導(dǎo)線c并未發(fā)生運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)線a、b在導(dǎo)線c處的合磁場(chǎng)方向應(yīng)平行于導(dǎo)線c，由平行四邊形定則和直導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)分布規(guī)律可知，兩電流I1、I2方向應(yīng)相反，故C正確．

　　5.

　　圖3－9

　　美國發(fā)射的航天飛機(jī)“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)搭載了一臺(tái)α磁譜儀，其中一個(gè)關(guān)鍵部件是由中國科學(xué)院電工研究所設(shè)計(jì)制造的直徑為1200mm、高為80mm、中心磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.314T的長久磁體．它的主要使命是要探測(cè)宇宙空間中可能存在的物質(zhì)，特別是宇宙中反氦原子核．若如圖3－9所示的磁譜儀中的4條徑跡分別為質(zhì)子、反質(zhì)子、α粒子、反氦核的徑跡，其中反氦核的徑跡為()

　　A．1 B．2

　　C．3 D．4

　　解析：選B.由速度選擇器的特點(diǎn)可知，進(jìn)入磁場(chǎng)B2的四種粒子的速度v相同．由左手定則可以判斷，向左偏轉(zhuǎn)的為反質(zhì)子和反氦核(帶負(fù)電)．又根據(jù)R＝

高二物理磁場(chǎng)試題全解--題

　　11．在勻

　　圖3－15

　　強(qiáng)磁場(chǎng)中置一均勻金屬薄片，有一個(gè)帶電粒子在該磁場(chǎng)中按如圖3－15所示軌跡運(yùn)動(dòng)．由于粒子穿過金屬片時(shí)有動(dòng)能損失，在MN上、下方的軌道半徑之比為10∶9，不計(jì)粒子的重力及空氣的阻力，下列判斷中正確的是( )

　　A．粒子帶正電

　　B．粒子沿abcde方向運(yùn)動(dòng)

　　C．粒子通過上方圓弧比通過下方圓弧時(shí)間長新課標(biāo)先進(jìn)網(wǎng)

　　D．粒子恰能穿過金屬片10次

　　解析：選A.依據(jù)半徑公式可得r＝Bq(mv)，則知道r與帶電粒子的運(yùn)動(dòng)速度成正比．顯然半徑大的圓周是穿過金屬片前的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，半徑小的圓周是穿過金屬片后的帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，所以粒子沿edcba方向運(yùn)動(dòng)．再依據(jù)左手定則可知，帶電粒子帶正電，A對(duì)，B錯(cuò)．依據(jù)周期公式可知，帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，故選項(xiàng)C也是錯(cuò)誤的．半徑之比為10∶9，即速度之比為10∶9.依據(jù)動(dòng)能定理解得，粒子能穿過金屬片的次數(shù)為：n＝100/19.故D是錯(cuò)誤的，本題的正確選項(xiàng)為A.

　　12．(2009年高考廣東單科卷)如圖3－16所

　　圖3－16

　　示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．質(zhì)量為m、帶電量為＋Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑．在滑塊下滑的過程中，下列判斷正確的是( )

　　A．滑塊受到的摩擦力不變

　　B．滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能與B的大小無關(guān)

　　C．滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下

　　D．B很大時(shí)，滑塊可能靜止于斜面上

　　解析：選C.由左手定則知C正確．而Ff＝μFN＝μ(mgcosθ＋Bqv)要隨速度增加而變大，A錯(cuò)誤．若滑塊滑到底端已達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，應(yīng)有Ff＝mgsin θ，可得v＝Bq(mg)(μ(sinθ)－cos θ)，可看到v隨B的增大而減�。粼诨瑝K滑到底端時(shí)還處于加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則在B越強(qiáng)時(shí)，F(xiàn)f越大，滑塊克服阻力做功越多，到達(dá)斜面底端的速度越小，B錯(cuò)誤．當(dāng)滑塊能靜止于斜面上時(shí)應(yīng)有 mgsin θ＝μmgcos θ，即μ＝tan θ，與B的大小無關(guān)，D錯(cuò)誤．

　　二、題(本題包括4小題，共40分．解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出較后答案的不能得分，有數(shù)值的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)

　　13．(8分)如圖3－17所示xkb1.com

　　，光滑的平行導(dǎo)軌傾角為θ，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌中接入電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的直流電源．電路中有一阻值為R的電阻，其余電阻不計(jì)，將質(zhì)量為m、長度為L的導(dǎo)體棒由靜止釋放，求導(dǎo)體棒在釋放瞬間的加速度的大�。�

　　解析：受力分析如圖所示，導(dǎo)體棒受重力mg、支持力FN和安培力F，由牛頓第二定律：

　　mgsin θ－Fcos θ＝ma①

　　F＝BIL②

　　I＝R＋r(E)③

　　由①②③式可得

　　a＝gsin θ－m(R＋r)(BELcos θ).

　　答案：gsin θ－m(R＋r)(BELcos θ)

　　14．(10分)(2011年長沙市先進(jìn)中學(xué)高二階段性診斷)如圖3－18所示，直線MN上方存在垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電荷量為＋q的粒子在紙面內(nèi)以某一速度從A點(diǎn)射入，其方向與MN成30°角，A點(diǎn)到MN的距離為d，帶電粒子重力不計(jì)．

　　圖3－18

　　(1)當(dāng)v滿足什么條件時(shí)，粒子能回到A點(diǎn)；

　　(2)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t.

　　解析：

　　(1)粒子運(yùn)動(dòng)如圖所示，由圖示的幾何關(guān)系可知：

　　r＝2tan 30°(d)＝2d

　　粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為r，則有Bqv＝mr(v2)

　　聯(lián)立兩式，得v＝m(3dBq)

　　此時(shí)粒子可按圖中軌道回到A點(diǎn)．

　　(2)由圖可知，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的圓心角為300°

　　所以t＝360°(300°)T＝6(5)Bq(2πm)＝3Bq(5πm).

　　答案：(1)v＝m(3dBq) (2)3Bq(5πm)

　　(10分)如圖3－19所示，勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域是緊鄰的且寬度相等均為d，電場(chǎng)方向在紙平面內(nèi)，而磁場(chǎng)方向垂直紙面向里．一帶正電粒子從O點(diǎn)以速度v0沿垂直電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)．在電場(chǎng)力的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從A點(diǎn)離開電場(chǎng)進(jìn)入磁場(chǎng)，離開電場(chǎng)時(shí)帶電粒子在電場(chǎng)方向的偏移量為2(1)d，當(dāng)粒子從C點(diǎn)穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與進(jìn)入電場(chǎng)O點(diǎn)時(shí)的速度方向一致，不計(jì)帶電粒子的重力，求：

　　(1)粒子從C點(diǎn)穿出磁場(chǎng)時(shí)的速度v.

　　(2)電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的比值B(E).

　　解析：(1)粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，垂直于電場(chǎng)方向速度v⊥＝v0，平行于電場(chǎng)方向速度v∥，因?yàn)閐＝v⊥·t＝v0t，2(1)d＝2(v∥)·t，所以v∥＝v⊥＝v0，所以v＝＝v0，tanθ＝v⊥(v∥)＝1.因此θ＝45°，即粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與水平方向成45°角斜向右下方．粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，穿出磁場(chǎng)時(shí)速度大小為v＝v0，方向水平向右．

　　(2)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，v∥＝at＝m(qE)·v0(d)，得E＝qd(02).

　　在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示．

　　則R＝sin45°(d)＝d，

　　又qvB＝R(mv2)，B＝qR(mv)＝d(2v0)＝qd(mv0)，

　　所以B(E)＝v0.

　　答案：(1)v0，方向水平向右 (2)v0

　　16．(12分)如圖3－20所示，初速度為零的負(fù)離子經(jīng)電勢(shì)差為U的電場(chǎng)加速后，從離子槍T中水平射出，經(jīng)過一段路程后進(jìn)入水平放置的兩平行金屬板MN和PQ之間，離子所經(jīng)空間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．不考慮重力作用，離子的比荷q/m在什么范圍內(nèi)，離子才能打在金屬板上？

　　解析：在加速過程中，據(jù)動(dòng)能定理有2(1)mv2＝qU，由此得離子進(jìn)入磁場(chǎng)的初速度v＝ m(2qU).分析離子進(jìn)入磁場(chǎng)后打到金屬板兩端的軌跡，如圖所示，設(shè)半徑分別為R1和R2，則離子打到金屬板上的條件是R1≤R≤R2，由勾股定理知R2＝d2＋(R1－2(d))2

　　得R1＝4(5)d；

　　由勾股定理知R2＝(2d)2＋(R2－2(d))2

　　得R2＝4(17)d.

　　再由R＝qB(mv)及v＝ m(2qU)可得R＝B(1) q(2mU)，

　　所以289B2d2(32U)≤m(q)≤25B2d2(32U).

　　答案：289B2d2(32U)≤m(q)≤25B2d2(32U)