人教版高中物理选修3-1第三章-《磁场》单元测试题(解析版).pdf

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1、第三章第三章?磁场磁场?单元检测题单元检测题学校：_：_班级：_考号：_题号得分一二一、单项选择题一、单项选择题(每题只有一个正确答案每题只有一个正确答案)1.与磁场中某点的磁感应强度的方向相同的是()A 放在该点的通电直导线所受的磁场力的方向B 放在该点的正检验电荷所受的磁场力的方向C 放在该点的小磁针静止时N极所指的方向D 放在该点的小磁针静止时S 极所指的方向2.盘旋加速器工作原理如图甲所示，D1、D2为 D 形金属盒，A 粒子源位于盘旋加速器正中间，其释放出的带电粒子质量为 m，电荷量为q，所加匀速磁场的磁感应强度为 B，两金属盒之间加的交变电压变化规律如图乙所示，其周期为 T，不计带

2、电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相三四总分对论效应带来的影响，那么以下说法中正确的选项是()At1时刻进入盘旋加速器的粒子记为 a，t2时刻进入盘旋加速器的粒子记为 b，a，b 在盘旋加速器中各被加速一次，a，b 粒子增加的动能相同Bt2，t3，t4时刻进入盘旋加速器的粒子会以相同的动能射出盘旋加速器Ct3，t4时刻进入盘旋加速器的粒子在盘旋加速器中的绕行方向相反Dt2时刻进入盘旋加速器的粒子在盘旋加速器中被加速的次数最多3.一根容易形变的弹性导线，两端固定导线中通有电流，方向如图中箭头所示当没有磁场时，供学习参考导线呈直线状态；当分别加上方向竖直向上、水平向右或垂直于纸面向外的匀强磁场时，

3、描述导线状态的四个图示中正确的选项是()AB CD4.如下图，相同的带正电粒子 A 和 B，同时以 vA和 vB的速度从宽度为 d 的有界匀强磁场的边界上的 O 点分别以 60和 30(与边界的夹角)方向射入磁场，又恰好不从另一边界飞出，那么以下说法中正确的选项是()AA、B 两粒子的速度之比BA、B 两粒子在磁场中的位移之比11CA、B 两粒子在磁场中的路程之比12DA、B 两粒子在磁场中的时间之比215.在高能粒子研究中，往往要把一束含有大量质子和 粒子的混合粒子别离开，如下图，初速度可忽略的质子和 粒子经电压为 U 的电场加速后，进入别离区如果在别离区使用匀强电场或匀强磁场把粒子进行别离

4、，所加磁场方向垂直纸面向里，所加电场方向竖直向下，那么以下可行的方法是()A 只能用电场B 只能用磁场C 电场和磁场都可以D 电场和磁场都不可以6.如下图，两根长直导线m、n 竖直插在光滑绝缘水平桌面上的小孔P、Q 中，O 为 P、Q 连线的中点，连线上 a、b 两点关于 O 点对称，导线中通有大小、方向均相同的电流 I.以下说法正确的选项是()供学习参考AO 点的磁感应强度为零Ba、b 两点磁感应强度的大小BaBbCa、b 两点的磁感应强度相同Dn 中电流所受安培力方向由P 指向 Q7.在同一平面有四根彼此绝缘的通电直导线，如下图四根导线中电流 I4I3I2I1，要使 O 点磁场增强，那么应

5、切断哪一根导线中的电流()AI1BI2CI3DI48.实验室常用到磁电式电流表其结构可简化为如下图的模型，最根本的组成局部是磁铁和放在磁铁两极之间的线圈，OO为线圈的转轴忽略线圈转动中的摩擦当静止的线圈中突然通有如下图方向的电流时，顺着 OO向看，()A 线圈保持静止状态B 线圈开始沿顺时针方向转动C 线圈开始沿逆时针方向转动D 线圈既可能顺时针方向转动，也可能逆时针方向转动9.在如下图磁场中，ab 是闭合电路的一段导体，ab 中的电流方向为 ab，那么 ab 受到的安培力的方向为()A 向上B 向下C 向里D 向外10.长为 L 的直导线，通过电流 I，放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，受

6、到的磁场力为 F，那么()AF 一定和 L、B 都垂直，L 和 B 也一定垂直供学习参考BL 一定和 F、B 都垂直，F 和 B 夹角可以是 0和 以内的任意角CL 一定和 F、B 都垂直，F 和 L 夹角可以是 0和 以内的任意角DF 一定和 L、B 都垂直，L 和 B 夹角可以是 0和 以内的任意角11.如下图，匀强磁场方向竖直向下，有一条与磁场方向垂直的通电直导线，电流方向是水平向右，那么导线受到的安培力方向为A 竖直向上B 竖直向下C 垂直纸面向外D 垂直纸面向里12.如下图，甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起，置于粗糙的固定斜面上，地面上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，

7、现用平行于斜面的力F 拉乙物块，使甲、乙一起无相对滑动沿斜面向上作匀加速运动的阶段中()A 甲、乙两物块间的摩擦力不断增大B 甲、乙两物块间的摩擦力保持不变C 甲、乙两物块间的摩擦力不断减小D 乙物块与斜面之间的摩擦力不断增大二、多项选择题二、多项选择题(每题只有一个正确答案每题只有一个正确答案)13.(多项选择)以下关于磁感应强度的方向的说法中，正确的选项是()A 某处磁感应强度的方向就是一小段通电导体放在该处时所受磁场力的方向B 小磁针 N极受磁场力的方向就是该处磁感应强度的方向C 垂直于磁场放置的通电导线的受力方向就是磁感应强度的方向D 磁场中某点的磁感应强度的方向就是该点的磁场方向14

8、.(多项选择)如下图，一个带正电的小球穿在一根绝缘的粗糙直杆 AC 上，杆与水平方向成 角，整个空间存在着竖直向上的匀强电场和垂直于杆方向斜向上的匀强磁场小球沿杆向下运动，在A点时的动能为 100 J，在 C 点时动能减为零，D 为 AC 的中点，在运动过程中，那么()供学习参考A 小球在 D 点时的动能为 50 JB 到达 C 点后小球可能沿杆向上运动C 小球电势能的增加量一定等于重力势能的减少量D 小球在 AD 段克服摩擦力做的功与小球在DC 段克服摩擦力做的功不相等15.(多项选择)在直角坐标系 xOy 平面内有一磁场边界圆，半径为 R，圆心在坐标原点 O，圆内充满垂直该平面的匀强磁场，

9、紧靠圆的右侧固定放置与y 轴平行的弹性挡板，如下图一个不计重力的带电粒子以速度 v0从 A 点沿负 y 方向进入圆内，刚好能垂直打在挡板 B 点上，假设该粒子在 A 点速度 v0向右偏离 y 轴 60角进入圆内，粒子与档板相碰时间极短且无动能损失，那么该粒子()A 在 B 点上方与挡板第二次相碰B 经过时间第二次射出边界圆C 第二次与挡板相碰时速度方向与挡板成60角D 经过时间第二次与挡板相碰16.(多项选择)如下图是用阴极射线管演示电子在磁场中受洛伦兹力的实验装置，图中虚线是电子的运动轨迹，那么以下关于此装置的说法正确的有()AA 端接的是高压直流电源的负极BA 端接的是高压直流电源的正极C

10、C 端是蹄形磁铁的 S 极供学习参考DC 端是蹄形磁铁的 N极17.(多项选择)如图，两个初速度大小相同的同种粒子a 和 b，从 O 点沿垂直磁场方向进人匀强磁场，其中粒子 b 的速度方向与磁场边界垂直，粒子 a 的速度方向与 b 成夹角，两粒子最后打到 O 点左侧的屏 P 上不计重力，以下说法正确的有()Aa、b 均带正电Ba 和 b 在 P 上的落点相同Ca 在磁场中运动的轨道半径比b 的小Da 在磁场中运动的时间比b 的长三、实验题三、实验题18.霍尔效应是电磁根本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展如图甲所示，在一矩形半导体薄片的 E、F 间通入电流 I，同时外

11、加与薄片垂直的磁场 B，在 C、D 间出现电压UCD，这种现象称为霍尔效应，UCD称为霍尔电压，且满足UCDk，式中 d 为薄片的厚度，k 为霍尔系数，某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数(1)假设该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如下图，该同学用电压表测量UCD时，应将电压表的“接线柱与_(填“C或“D)端通过导线相连(2)薄片厚度 d0.40 mm，该同学保持磁感应强度 B0.10 T 不变，改变电流 I 的大小，测量相应的UCD值，记录数据，描点作图，画出UCDI 图线，如图乙所示，利用图线求出该材料的霍尔系数为_103VmA1T1(保存 2位有效数字)19

12、.1879 年美国物理学家霍尔在研究载流导体在磁场中受力情况时，发现了一种新的电磁效应：将导体置于磁场中，并沿垂直磁场方向通入电流，那么在导体中垂直于电流和磁场的方向会产生一个横向电势差，这种现象后来被称为霍尔效应，这个横向的电势差称为霍尔电势差(1)如图甲所示，某长方体导体 abcdabcd的高度为 h、宽度为 l，其中的载流子为自由电子，自由电子电荷量为 e，导体处在与 abba面垂直的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为 B0.在导体中通有垂直于 bccb面的恒定电流，假设测得通过导体的恒定电流为 I，横向霍尔电势差为UH，此导体中供学习参考单位体积内自由电子的个数为_(2)对于某种确定的导体

13、材料，其单位体积内的载流子数目 n 和载流子所带电荷量 q 均为定值，人们将 H定义为该导体材料的霍尔系数利用霍尔系数 H 的材料可以制成测量磁感应强度的探头，有些探头的体积很小，其正对横截面(相当于图甲中的 abba面)的面积可以在 0.1 cm2以下，因此可以用来较精确地测量空间某一位置的磁感应强度如图乙所示为一种利用霍尔效应测磁感应强度的仪器，其中探头装在探杆的前端，且使探头的正对横截面与探杆垂直这种仪器既可以控制通过探头的恒定电流的大小 I，又可以监测探头所产生的霍尔电势差位置磁场的磁感应强度的大小，且显示在仪器的显示窗内在利用上述仪器测量磁感应强度的过程中，对控杆的放置方位要求为：_

14、.要计算出所测位置磁场的磁感应强度，除了要知道 H、I、UH外，还需要知道物理量_ 推 导 出 用 上 述 物 理 量 表 示 所 测 位 置 磁 感 应 强 度 大 小 的 表 达 式：_.UH，并自动计算出探头所测四、计算题四、计算题20.如下图的狭长区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，区域的左、右两边界均沿竖直方向，磁场磁感应强度的大小为 B.某种质量为 m，电荷量为 q 的带正电粒子从左边界上的 P 点以水平向右的初速度 v 进入磁场区域，该粒子的运动轨迹恰好与磁场右边界相切重力的影响忽略不计(1)求该粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径和周期；(2)求磁场左、右两边界之间的距离L.供学习参

15、考21.盘旋加速器的 D 型金属盒半径为 R，两 D 型盒间电压为 U，电场视为匀强电场，用来加速质量为 m，电荷量为 q 的质子，使质子由静止加速到能量为 E 后，由小孔射出(设质子每次经过电场加速后增加相同的能量)求：(1)加速器中匀强磁场 B 的大小(2)加速到上述能量所需的盘旋次数(3)加速到上述能量所需时间(不计经过电场的时间)供学习参考答案解析答案解析1.【答案】C【解析】2.【答案】B【解析】由图乙知，t1时刻与 t2时刻两金属盒间的电压不等，根据动能定理得 qUEk，可知 a、b 在盘旋加速器中各被加速一次增加的动能不同，故A 错误当粒子的轨迹半径等于 D 形盒的半径时，获得的

16、动能最大，将射出盘旋加速器，设 D 形盒的半径为 R，那么由 R知 v，粒子获得的最大动能为：Ekmmv2，可知粒子射出加速器时的动能，即最大动能与加速电压无关，不同时刻进入盘旋加速器的粒子会以相同的动能射出盘旋加速器故 B正确t3、t4时刻进入盘旋加速器的粒子获得的速度方向相反，进入磁场后，由左手定那么可知，在盘旋加速器中的绕行方向相同，故C错误设加速次数为 n，那么 nqUEkm，n次数最少，故 D错误3.【答案】D【解析】A 图中 I 与 B 平行，弹性导线不受安培力，故 A错误，由左手定那么知 B、C 错误，D正确4.【答案】A【解析】设粒子速度方向和磁场边界的夹角为，粒子做圆周运动的

17、半径为r，如下图，可知 t2时刻进入盘旋加速器的粒子加速电压最大，加速供学习参考有 rrcosd得 r，故 A正确；，故 B错误；又由轨迹半径公式 r所以粒子在磁场中的位移 x2rsin，所以粒子在磁场中的路程 sr(22)所以，故 C 错误；轨迹的圆心角为 时，粒子在磁场中的运动时间为 tT，而周期 T同的所以 5.【答案】B【解析】在加速电场中，由动能定理得：qU mv假设别离区加竖直向下的电场：设偏转电场的宽度为 L，那么在电场中偏转时有：沿电场方向 y at2()2，故 D 错误，两个粒子的周期是相联立得粒子在别离区偏转距离为 y所以不能将质子和 粒子进行别离；假设别离区加垂直纸面向里

18、的磁场：粒子进入偏转磁场时，轨迹半径为 r，加速电压 U 相同，偏转电场的 E 和 L 相同，那么 y 相同，由于质子和 粒子的比荷不同，运动的半径r 也不同，所以能将两种粒子别离，故A、C、D错误，B 正确6.【答案】A【解析】根据安培定那么，m 在 O 点产生的磁场方向垂直 ab 连线向里，n 在 O 点产生的磁场方向垂直 ab 连线向外，根据对称性，磁感应强度大小相等，磁场矢量和等于 0，选项 A 对根据对称性，m、n 在 a、b 两点产生的合磁场大小相等，但是方向不同，选项B、C错同向电流相吸引，n 中电流所受安培力方向由Q 指向 P，选项 D错7.【答案】D【解析】由安培定那么判知，

19、只有电流 I4在 O 点的磁场方向与其余三段相反，依据磁场的矢量叠供学习参考加，知选 D.8.【答案】B【解析】由左手定那么知线圈的左边受力向上，右边受力向下，故线圈开始沿顺时针方向转动，A、C、D错误，B 正确9.【答案】C【解析】根据左手定那么：伸开左手，拇指与手掌垂直且共面，磁感线向下穿过手心，那么手心朝上，四指指向电流方向，那么指向纸外，拇指指向右侧，故导线受到的安培力向里，C正确10.【答案】D【解析】根据左手定那么，可知：磁感线穿过掌心，安培力与磁感线垂直，且安培力与电流方向垂直，所以安培力垂直于磁感线与电流构成的平面但磁感线不一定垂直于电流，故只有 D 正确，A、B、C均错误11

20、.【答案】D【解析】根据左手定那么，让磁感线穿过手心，即手心向上，四指指向电流方向，即水平向右，大拇指垂直于纸面向里，故安培力方向垂直于纸面向里，故A、B、C 错误，D正确12.【答案】B【解析】对整体，分析受力情况：重力、斜面的支持力和摩擦力、拉力F 和洛伦兹力，洛伦兹力方向垂直于斜面向上，那么由牛顿第二定律得：Fm总gsinFNm总aFNm总gcosF洛随着速度的增大，洛伦兹力增大，那么由知：FN减小，乙所受的滑动摩擦力fFN减小；以甲为研究对象，有：m甲gsinfm甲a由知，f 减小，加速度不变，因此根据可知，甲、乙两物块之间的摩擦力保持不变，故 B 正确，A、C、D错误13.【答案】B

21、D【解析】此题考查对磁感应强度方向的理解磁场中某点磁感应强度的方向表示该点的磁场的方向，磁场方向也就是小磁针N 极受力的方向但电流受力的方向不代表磁感应强度和磁场方向14.【答案】BD【解析】从 A 点到 C 点的运动过程中，小球与杆之间的压力减小，摩擦力也在减小，所以小球在AD 段克服摩擦力做的功与在 DC 段克服摩擦力做的功不相等，根据动能定理，动能的变化量不同，故 A 错误，D 正确；假设电场力大于重力，小球将沿杆向上运动，故 B 正确；重力势能的减少量等于电势能的增加量减去动能的减少量，故C错误供学习参考15.【答案】BC【解析】粒子以速度 v0从 A 点沿负 y 方向进入圆内，刚好能

22、垂直打在挡板 B 点上，作出轨迹，如下图：故轨道半径为：rR该粒子在 A 点速度 v0向右偏离 y 轴 60角进入圆内时，轨迹如下图：图中第二次与挡板的碰撞点显然在B 点下方，故 A错误；从 A 点射入磁场到离开磁场，两段圆弧的圆心角之和为，故在磁场中运动的时间为t1 在磁场外运动的路程为 x2(RRsin 30)R故在磁场外运动的时间为t2 ，故 tt1t2，故 B正确；，从 A 点射入磁场到离开磁场，两段圆弧的圆心角之和为，射入磁场时速度方向与 y 轴成 60角，射出磁场时速度方向与 y 轴依然成 60角，故 C正确；从 A 点射入磁场到离开磁场的时间为t，第二次离开磁场到与挡板相撞，时间

23、为t3，故从 A 点射入磁场到第二次与挡板碰撞的时间为ttt316.【答案】AD【解析】阴极射线管电子从 A 极射向 B极，电子带负电，可以判断 A、B 所接电源的极性电子从A 极射向 B 极，电子带负电，那么 B 端应接正极，A 端应接负极，故 A正确，B 错误电子向下偏转，洛伦兹力方向向下，根据左手定那么判断可知，C 端是蹄形磁铁的 N 极，故 C 错误，D 正确，故 D错误供学习参考17.【答案】AD【解析】a、b 粒子的运动轨迹如下图：粒子向左偏转，由左手定那么可知，a、b 均带正电，故 A 正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：qvBm，解得：r图示可知，a、b 在 P

24、 上的落点不同，故B、C错误；，两粒子半径相等，由设粒子在磁场中转过的圆心角为，那么粒子在磁场中的运动时间：tT，粒子 a 在磁场中转过的圆心角 大于 b 转过的圆心角，那么 a 在磁场中运动的时间比 b 的长，故 D正确18.【答案】(1)C(2)1.3【解析】(1)根据左手定那么得，正电荷向 C 端偏转，所以应将电压表的“接线柱与 C 端通过导线相连(2)UCDI 图线如下图根据UCDk知，图线的斜率为解得霍尔系数 k1.3103VmA1T1.1030.333，19.【答案】(1)(2)应调整探杆的放置位置(或调整探头的方位)，使霍尔电势差到达最大(或使探杆与磁场方向平行；使探头的正对横截

25、面与磁场方向垂直；abba面与磁场方向垂直)探头沿磁场方向的宽度 lB【解析】(1)设单位体积内的自由电子数为n，自由电子定向移动的速率为v，那么有 Inehlv当形成恒定电流时，自由电子所受电场力与洛伦兹力相等，因此有evB0e解得 n.(2)应调整探杆的放置方位(或调整探头的方位)，使霍尔电势差到达最大(或使探杆与磁场方向平行；探头的正对横截面与磁场方向垂直；abba面与磁场方向垂直)供学习参考设探头中的载流子所带电荷量为q，根据上述分析可知，探头处于磁感应强度为B 的磁场中，当通有恒定电流 I，产生最大稳定霍尔电压UH时，有 qvBq又因 Inqhlv 和 H联立可解得 B所以，还需要知

26、道探头沿磁场方向的宽度l.20.【答案】(1)RT(2)【解析】(1)粒子在磁场中做圆周运动的过程中，那么洛伦兹力充当向心力，根据 Bqvm，得 R，根据公式 T，联立可得 T.(2)该粒子的运动轨迹恰好与磁场右边界相切，故LR21.【答案】(1)(2)(3)【解析】(1)根据 qvmBm，得最大动能 Emv 因此加速器中匀强磁场B 的大小：B；，(2)加速电压为 U，那么质子每次经电场加速后能量为Ek0qU；设共加速 n 次，那么有：n(3)根据 T；，.，结合磁场的大小，那么有：TR因质子在磁场中运动的周期与交变电场的周期相等，那么交变电场的周期为TR质子在一个周期内，被加速两次，那么加速时间为t；供学习参考