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doc 2019-2020年高中物理阶段验收评估六磁吃电流和运动电荷的作用鲁科版 一、选择题(本题共8小题,每小题6分,共48分,第1~5题只有一项符合题目要求,第6~8题有多项符合题目要求,全都选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 1.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是(  ) A.安培力的方向可以不垂直于直导线 B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向 C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关 D.将直导线从中点折成直角,安培力的大小一定变为原来的一半 解析:选B 根据左手定则可知:安培力的方向垂直于电流I和磁场B确定的平面,即安培力的方向既垂直于B又垂直于I,A错误,B正确;当电流I的方向平行于磁场B的方向时,直导线受到的安培力为零,当电流I的方向垂直于磁场B的方向时,直导线受到的安培力最大,可见,安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关,C错误;如图所示,电流I和磁场B垂直,直导线受到的安培力F=BIL,将直导线从中点折成直角,分段研究导线受到的安培力,电流I和磁场B垂直,根据平行四边形定则可得,导线受到的安培力的合力为F′=BIL,D错误。 2.(xx·海南高考)如图1所示,a是竖直平面P上的一点。P前有一条形磁铁垂直于P,且S极朝向a点,P后一电子在偏转线圈和条形磁铁的磁场的共同作用下,在水平面内向右弯曲经过a点。在电子经过a点的瞬间,条形磁铁的磁场对该电子的作用力的方向(  ) 图1 A.向上        B.向下 C.向左 D.向右 解析:选A 条形磁铁的磁感线方向在a点为垂直P向外,粒子在条形磁铁的磁场中向右运动,所以根据左手定则可得电子受到的洛伦兹力方向向上,A正确。 3.质量和电荷量都相等的带电粒子M和N,以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场,运行的半圆轨迹如图2中虚线所示,下列表述正确的是(  ) 图2 A.M带负电,N带正电 B.M的速率小于N的速率 C.洛伦兹力对M、N做正功 D.M的运行时间大于N的运行时间 解析:选A 根据左手定则可知N带正电,M带负电,选项A正确;由qvB=m得r=,由题知m、q、B相同,且rN<rM,所以vM>vN,选项B错误;由于洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直,故洛伦兹力不会对M、N做功,选项C错误;又周期T==,两个带电粒子在磁场中运动的周期相等,由图可知两个粒子在磁场中均偏转了半个周期,故在磁场中运动的时间相等,选项D错误。 4.如图3所示,一带电粒子在某一高度处以初速度v0竖直下落,落地速度的大小为v1,下落所用的时间为t1。如果在其下落的空间有电场强度为E、方向水平向左的匀强电场和水平指向纸面内、磁感应强度为B的匀强磁场,且有v0=,此时该粒子仍从原高度处以向下的初速度v0开始下落,落地时速度大小为v2,下落所用的时间为t2,则下列关系中正确的是(  ) 图3 A.v2=v1,t2=t1 B.v2<v1,t2>t1 C.v2>v1,t2<t1 D.v2<v1,t2<t1 解析:选B 带电粒子的初速度v0=,此时qE=qv0B,由于带电粒子在重力作用下加速下落,故以后qE<qvB,粒子在水平方向偏转,电场力做负功,动能相对减小,沿竖直方向的加速度小于g,故落地速度减小,运动时间延长。 5.如图4所示为一种回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源相连,现分别加速氘核(12H)和氦核(24He),下列判断中正确的是(  ) 图4 A.它们在D形盒中运动的周期不相同 B.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 C.它们的最大动能相同 D.它们的最大速度相同 解析:选D 粒子做圆周运动的周期为,代入数值可知周期相同,选项A错;粒子做圆周运动的最大半径等于D形盒半径,半径相同,根据半径公式R=可知最大速度相同,选项D对;Ek=mv2,可知最大动能不同且与频率无关,选项B、C均错。 6.如图5所示,质量为m、长为L的直导线用两绝缘细线悬挂于O、O′,并处于匀强磁强中,当导线中通以沿x正方向的电流I,且导线保持静止时,悬线与竖直方向夹角为θ。则磁感应强度方向和大小可能为(  ) 图5 A.z正向,tan θ    B.y正向, C.z负向,tan θ D.沿悬线向上,sin θ 解析:选BC 若B沿z轴正方向,导线无法平衡,A错误;若B沿y轴正方向,由左手定则,受力如图①:mg=BIL,所以B正确;若B沿z轴负方向,受力如图②,Tsin θ=BIL,Tcos θ=mg,所以B=tan θ,C正确;若B沿悬线向上,受力如图③,导线无法平衡,D错误。 7.如图6甲所示,两根光滑平行导轨水平放置,间距为L,其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t=0时刻起,棒上有如图乙所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为Im,图甲中I所示方向为电流正方向。则金属棒(  ) 图6 A.一直向右移动 B.速度随时间周期性变化 C.受到的安培力随时间周期性变化 D.受到的安培力在一个周期内做正功 解析:选ABC 由左手定则可知,金属棒一开始向右做匀加速运动,当电流反向以后,金属棒开始做匀减速运动,经过一个周期速度变为0,然后重复上述运动,所以选项A、B正确;安培力F=BIL,由图像可知前半个周期安培力水平向右,后半个周期安培力水平向左,不断重复,选项C正确;一个周期内,金属棒初、末速度相同,由动能定理可知安培力在一个周期内不做功,选项D错误。 8.如图7所示,两个初速度大小相同的同种离子a和b,从O点沿垂直磁场方向进入匀强磁场,最后打到屏P上。不计重力。下列说法正确的有(  ) 图7 A.a、b均带正电 B.a在磁场中飞行的时间比b的短 C.a在磁场中飞行的路程比b的短 D.a在P上的落点与O点的距离比b的近 解析:选AD 离子要打在屏P上,都要沿顺时针方向偏转,根据左手定则判断,离子都带正电,选项A正确;由于是同种离子,因此质量、电荷量相同,初速度大小也相同,由qvB=m可知,它们做圆周运动的半径相同,作出运动轨迹,如图所示,比较得a在磁场中运动的路程比b的长,选项C错误;由t=可知,a在磁场中运动的时间比b的长,选项B错误;从图上可以看出,选项D正确。 二、计算题(本题共3小题,共52分) 9.(16分)如图8所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。带电荷量为+q、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响,求: 图8 (1)匀强电场场强E的大小。 (2)粒子从电场射出时速度v的大小。 (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。 解析:(1)电场强度E=。 (2)根据动能定理,有qU=mv2,得v= 。 (3)粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,得R== 。 答案:(1) (2)  (3) 10.(16分)在以坐标原点O为圆心、半径为r的圆形区域内,存在磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里的匀强磁场,如图9所示。一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速度v沿-x方向射入磁场,它恰好从磁场边界与y轴的交点C处沿+y方向飞出。 图9 (1)请判断该粒子带何种电荷,并求出其比荷。 (2)若磁场的方向和所在空间范围不变,而磁感应强度的大小变为B′,该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场,但飞出磁场时的速度方向相对于入射方向改变了60°角,求磁感应强度B′多大?此次粒子在磁场中运动所用时间t是多少? 解析:(1)由带电粒子的飞行轨迹,利用左手定则可知该粒子带负电荷。粒子由A点射入,由于其速度方向改变了90°,则粒子轨迹半径R=r,而qvB=,则粒子的比荷=。 (2)如图所示,假设粒子从D点飞出磁场,速度方向改变了60°角,故AD弧所对圆心角α=60°,粒子做圆周运动的半径R′=rcot 30°=r,而R′=,所以B′=B。粒子在磁场中运动时间t= T=×===。 答案:(1)负电荷  (2)B  11. (20分)如图10所示,在第一象限存在匀强磁场,磁感应强度方向垂直于纸面(xOy平面)向外;在第四象限存在匀强电场,方向沿x轴负向。在y轴正半轴上某点以与x轴正向平行、大小为v0的速度发射出一带正电荷的粒子,该粒子在(d,0)点沿垂直于x轴的方向进入电场。不计重力。若该粒子离开电场时速度方向与y轴负方向的夹角为θ,求: 图10 (1)电场强度大小与磁感应强度大小的比值; (2)该粒子在电场中运动的时间。 解析:(1)如图,粒子进入磁场后做匀速圆周运动。设磁感应强度的大小为B,粒子质量与所带电荷量分别为m和q,圆周运动的半径为R0。由洛伦兹力公式及牛顿第二定律得 qv0B=m① 由题给条件和几何关系可知R0=d② 设电场强度大小为E,粒子进入电场后沿x轴负方向的加速度大小为ax,在电场中运动的时间为t,离开电场时沿x轴负方向的速度大小为vx。由牛顿第二定律及运动学公式得Eq=max③ vx=axt④ t=d⑤ 由于粒子在电场中做类平抛运动(如图), 有tan θ=⑥ 联立①②③④⑤⑥式得=v0tan2θ。 (2)联立⑤⑥式得t=。 答案:(1)v0tan2θ (2)

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