磁場綜合檢測卷一、選擇題(每小題4分，共40分)1.處于紙面內(nèi)的一段直導(dǎo)線長L1 m，通有I1 A的恒定電流，方向如圖所示將導(dǎo)線放在勻強(qiáng)磁場中，它受到垂直于紙面向外的大小為F1 N 的磁場力作用據(jù)此()A能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向B能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，不能確定它的大小C能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，不能確定它的方向D磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向都不能確定解析D由B可知磁場水平向左的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分量為1 T，僅知道F的方向，無法用左手定則判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向無法確定沿電流方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分量，由矢量合成可知無法確定磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向，D項(xiàng)正確2電磁炮是一種理想的兵器，它的主要原理如圖所示，利用這種裝置可以把質(zhì)量為m2.0 g的彈體(包括金屬桿EF的質(zhì)量)加速到6 km/s，若這種裝置的軌道寬為d2 m，長L100 m，電流I10 A，軌道摩擦不計(jì)，則下列有關(guān)軌道間所加勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場力的最大功率結(jié)果正確的是()AB18 T，Pm1.08108 WBB0.6 T，Pm7.2104 WCB0.6 T，Pm3.6106 WDB18 T，Pm2.16106 W解析D通電金屬桿在磁場中受安培力的作用而對彈體加速，由功能關(guān)系得BIdLmv代入數(shù)值得B18 T；當(dāng)速度最大時磁場力的功率也最大，即PmBIdvm，代入數(shù)值得Pm2.16106 W，故D項(xiàng)正確3.指南針靜止時，其N極指向如右圖中虛線所示，若在其正上方放置水平方向的導(dǎo)線并通以直流電，則指南針靜止時其N極指向如右圖中實(shí)線所示據(jù)此可知()A導(dǎo)線南北放置，通有向南方向的電流B導(dǎo)線南北放置，通有向北方向的電流C導(dǎo)線東西放置，通有向西方向的電流D導(dǎo)線東西放置，通有向東方向的電流解析A小磁針N極在地磁場作用下指北，后小磁針N極在電流磁場和地磁場共同作用下，偏向東所以電流的磁場方向只能指向東方，應(yīng)用右手定則知A正確4.電子與質(zhì)子速度相同，都從O點(diǎn)射入勻強(qiáng)磁場區(qū)域，則圖中畫出的四段圓弧，哪兩段是電子和質(zhì)子運(yùn)動的可能軌跡()Aa是電子運(yùn)動軌跡，d是質(zhì)子運(yùn)動軌跡Bb是電子運(yùn)動軌跡，c是質(zhì)子運(yùn)動軌跡Cc是電子運(yùn)動軌跡，b是質(zhì)子運(yùn)動軌跡Dd是電子運(yùn)動軌跡，a是質(zhì)子運(yùn)動軌跡解析C由左手定則可知，a、b為正電荷運(yùn)動軌跡，c、d為負(fù)電荷運(yùn)動軌跡再根據(jù)圓周運(yùn)動的半徑R，以及電子與質(zhì)子的電荷量、速度都相同，可得b、d對應(yīng)質(zhì)量較大的粒子，a、c對應(yīng)質(zhì)量較小的粒子，綜合以上分析可知C項(xiàng)正確5.如圖所示，在x>0，y>0的空間有恒定的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B.現(xiàn)有四個質(zhì)量及電荷量均相同的帶電粒子，由x軸上的P點(diǎn)以不同的初速度平行于y軸射入磁場，其出射方向如圖所示，不計(jì)重力的影響，則()A初速度最大的粒子是沿方向射出的粒子B初速度最大的粒子是沿方向射出的粒子C在磁場中運(yùn)動時間最長的是沿方向射出的粒子D在磁場中運(yùn)動時間最長的是沿方向射出的粒子解析AD由半徑公式R可知，圓弧對應(yīng)的半徑最大，粒子速度最大，A項(xiàng)正確、B項(xiàng)錯誤；根據(jù)周期公式T，當(dāng)圓弧對應(yīng)的圓心角為時，帶電粒子在磁場中運(yùn)動的時間為t，軌跡圓心角最大，則沿方向射出的粒子在磁場中運(yùn)動時間最長，D項(xiàng)對，C項(xiàng)錯誤6.如圖所示，三個帶相同正電荷的粒子a、b、c(不計(jì)重力)，以相同的動能沿平行板電容器中心線同時射入相互垂直的電磁場中，其軌跡如圖所示，由此可以斷定()A三個粒子中，質(zhì)量最大的是c，質(zhì)量最小的是aB三個粒子中，質(zhì)量最大的是a，質(zhì)量最小的是cC三個粒子中動能增加的是c，動能減少的是aD三個粒子中動能增加的是a，動能減少的是c解析AC因?yàn)閎粒子沒有偏轉(zhuǎn)，可知b粒子受到的電場力和磁場力是一對平衡力根據(jù)電性和磁場方向，可以判斷電場力方向向下，洛倫茲力方向向上對于a粒子，qvaB>Eq；對于c粒子，qvcB<Eq.又因?yàn)閍、b、c粒子具有相同的電荷量和動能，所以可得va>vb>vc，故ma<mb<mc，A項(xiàng)正確因?yàn)殡妶隽粒子做負(fù)功，對c粒子做正功，而洛倫茲力均不做功，所以c粒子動能增加，a粒子動能減少，C項(xiàng)正確7.如圖所示，邊長為a的等邊三角形ABC區(qū)域中存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，一帶正電、電荷量為q的粒子以速度v0沿AB邊射入勻強(qiáng)磁場中，欲使帶電粒子能從AC邊射出，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值應(yīng)為()AB BBCB DB解析B粒子以速度v0在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律有qv0Bm，得軌跡半徑r，若粒子恰從AC邊上的C點(diǎn)射出，軌跡示意圖如圖所示，則r，解得B.欲使粒子能從AC邊射出，則B，B項(xiàng)正確8.如圖所示實(shí)線表示處在豎直平面內(nèi)的勻強(qiáng)電場的電場線，與水平方向成角，水平方向的勻強(qiáng)磁場與電場正交，有一帶電液滴沿斜向上的虛線L做直線運(yùn)動，L與水平方向成角，且>，則下列說法中不正確的是()A液滴一定做勻速直線運(yùn)動B液滴一定帶正電C電場線方向一定斜向上D液滴有可能做勻變速直線運(yùn)動解析D本題帶電液滴的運(yùn)動為勻速直線運(yùn)動，不可能為勻變速直線運(yùn)動，因?yàn)樗俣茸兓瘯r洛倫茲力也變化，合力將不在直線上液滴受重力、電場力、洛倫茲力而做勻速直線運(yùn)動，合力為零，可判斷出洛倫茲力與電場力的方向，判斷出液滴只有帶正電荷才可能合力為零做勻速直線運(yùn)動，此時電場線必斜向上9.北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程曾獲中國十大科技殊榮，儲存環(huán)是北京正負(fù)電子對撞機(jī)中非常關(guān)鍵的組成部分，如圖為儲存環(huán)裝置示意圖現(xiàn)將質(zhì)子(H)和粒子(He)等帶電粒子儲存在儲存環(huán)空腔中，儲存環(huán)置于一個與圓環(huán)平面垂直的勻強(qiáng)磁場(偏轉(zhuǎn)磁場)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.如果質(zhì)子和粒子在空腔中做圓周運(yùn)動的軌跡相同(如圖中虛線所示)，偏轉(zhuǎn)磁場也相同比較質(zhì)子和粒子在圓環(huán)狀空腔中運(yùn)動的動能EH和E，運(yùn)動的周期TH和T的大小，有()AEHE，THT BEHE，THTCEHE，THT DEHE，THT解析A質(zhì)子和粒子在磁場中運(yùn)動時軌跡相同，說明其軌跡半徑是相同的，所以由qvBm得：Ekmv2，所以Ek，可得1，半徑r，周期T，T，因此，由此可以判斷兩粒子的動能相同，周期不同，故A正確10如圖所示，ABC為與勻強(qiáng)磁場垂直的邊長為a的等邊三角形，磁場垂直紙面向外，比荷為e/m的電子以速度v0從A點(diǎn)沿AB方向射入，現(xiàn)欲使電子能穿過BC邊，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B的取值應(yīng)為()AB> BB<CB< DB>解析C當(dāng)電子從C點(diǎn)離開時，電子做圓周運(yùn)動對應(yīng)的軌道半徑最小，有R>，而R，所以B<，C項(xiàng)正確二、非選擇題(共60分)11.(4分)如圖，長為2l的直導(dǎo)線折成邊長相等，夾角為60的V形，并置于與其所在平面相垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)在該導(dǎo)線中通以電流強(qiáng)度為I的電流時，該V形通電導(dǎo)線受到的安培力大小為_解析V形導(dǎo)線通入電流I時每條邊受到的安培力大小均為BIl，方向分別垂直于導(dǎo)線斜向上，再由平行四邊形定則可得其合力FBIl.【答案】BIl12(4分)如圖所示，在互相垂直的水平方向的勻強(qiáng)電場(E已知)和勻強(qiáng)磁場(B已知)中，有一固定的豎直絕緣桿，桿上套有一個質(zhì)量為m、電荷量為q的小球，它們之間的動摩擦因數(shù)為.現(xiàn)由靜止釋放小球，則小球下落的最大速度vm_.(mg>qE)解析開始時小球受力見圖(a)，F(xiàn)NEq，由題意知mg>Eq，所以小球加速向下運(yùn)動，而后小球受洛倫茲力情況如圖(b)，相應(yīng)的FN、Ff均增大，小球加速度減小，速度仍在增加，只是增加得慢了，洛倫茲力、彈力、摩擦力都將隨之增加，合力繼續(xù)減小，直到加速度a0，小球速度達(dá)到最大值后，小球做勻速運(yùn)動，則有：mg(EqqvmB)，vm.【答案】13(12分)如圖所示，一質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒MN兩端分別放在兩個固定的光滑圓形導(dǎo)軌上，兩導(dǎo)軌平行且間距為L，導(dǎo)軌處在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)導(dǎo)體棒中通一自右向左的電流I時，導(dǎo)體棒靜止在與豎直方向成37角的導(dǎo)軌上，取sin 370.6，cos 370.8，求：(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(2)每個圓導(dǎo)軌對導(dǎo)體棒的支持力大小FN.解析(1)從右向左看受力分析如圖所示，由受力平衡得：tan 37解得：B.(2)兩導(dǎo)軌對棒的支持力2FN，滿足：2FNcos 37mg解得：FNmg即每個圓導(dǎo)軌對導(dǎo)體棒的支持力大小為mg.【答案】(1)(2)mg14(12分)如圖所示，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場以MN為邊界，左側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，右側(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，B12B22 T，比荷為2106 C/kg的帶正電粒子從O點(diǎn)以v04104 m/s的速度垂直于MN進(jìn)入右側(cè)的磁場區(qū)域，求粒子通過距離O點(diǎn)4 cm的磁場邊界上的P點(diǎn)所需的時間解析粒子在右側(cè)磁場B2中做勻速圓周運(yùn)動由qv0B2m解得R22 cm故粒子經(jīng)過半個圓周恰好到達(dá)P點(diǎn)，軌跡如圖甲所示，則粒子運(yùn)動的時間t1106 s.由于B12B2，由上面的求解可知粒子從P點(diǎn)射入左邊的磁場后，做半徑R1R21 cm的勻速圓周運(yùn)動，經(jīng)過兩次周期性運(yùn)動可再次經(jīng)過P點(diǎn)，軌跡如圖乙所示，則粒子運(yùn)動的時間t2T1T2106 s所以，粒子通過距離O點(diǎn)4 cm的磁場邊界上的P點(diǎn)所需的時間為106 s或106 s.【答案】106 s或106 s15.(12分)如圖所示，兩個同心圓，半徑分別為r和2r，在兩圓之間的環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.圓心O處有一放射源，放出粒子的質(zhì)量為m，帶電荷量為q，假設(shè)粒子速度方向都在紙面內(nèi)(1)圖中箭頭表示某一粒子初速度的方向，OA與初速度方向的夾角為60，要想使該粒子經(jīng)過磁場第一次通過A點(diǎn)，則初速度的大小是多少？(2)要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域，則粒子的初速度需要滿足什么條件？解析(1)如圖所示，設(shè)粒子在磁場中的軌道半徑為R1，則由幾何關(guān)系得tan 30，則R1則qv1Bm得v1.(2)如圖所示，設(shè)粒子在磁場中的軌道半徑為R2，則由幾何關(guān)系知(2rR2)2Rr2解得R2，由qv2B得v2所以，要使粒子不穿出環(huán)形區(qū)域，粒子的初速度需要滿足v.【答案】(1)(2)v16(16分)某儀器用電場和磁場來控制電子在材料表面上方的運(yùn)動如圖所示，材料表面上方矩形區(qū)域PPNN充滿豎直向下的勻強(qiáng)電場，寬為d；矩形區(qū)域NNMM充滿垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，長為3s，寬為s；NN為磁場與電場之間的薄隔離層一個電荷量為e、質(zhì)量為m、初速度為零的電子，從P點(diǎn)開始被電場加速經(jīng)隔離層垂直進(jìn)入磁場，電子每次穿越隔離層，運(yùn)動方向不變，其動能損失是每次穿越前動能的10%，最后電子僅能從磁場邊界MN飛出，不計(jì)電子所受重力(1)求電子第二次與第一次圓周運(yùn)動半徑之比；(2)求電場強(qiáng)度的取值范圍；(3)A是MN的中點(diǎn)，若要使電子在A、M間垂直于AM飛出，求電子在磁場區(qū)域中運(yùn)動的時間解析(1)設(shè)圓周運(yùn)動的半徑分別為R1、R2Rn、Rn1第一次和第二次圓周運(yùn)動速率分別為v1和v2，動能分別為Ek1和Ek2由：Ek20.81Ek1，R1，R2，Ek1mv，Ek2mv得：R2R10.9.(2)設(shè)電場強(qiáng)度為E，第一次到達(dá)隔離層前的速率為v由：eEdmv2,0.9mv2mv，R1s得：E又由：Rn0.9n1R1，2R1(10.90.920.9n)>3s得：E>，<E.(3)設(shè)電子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動的周期為T，運(yùn)動的半圓周個數(shù)為n，運(yùn)動總時間為t.由題意，有：Rn13s，R1s，Rn10.9nR1，Rn1得n2，又由T得t.【答案】(1)0.9(2)<E(3)- 7 -