1、本章测评五(60分钟,100分)一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。在每小题给出的四个选项中,至少有一个选项正确。全部选对得5分,选不全得2分,有选错或不答的得0分)1.下列四个实验现象中,不能表明电流能产生磁场的是()。解析:A、C、D中小磁针或导线所受磁场力都是导线中产生的磁场施加的,但B中的磁场是磁铁产生的。答案:B2.关于磁感应强度的概念,下列说法中正确的是()。A.由磁感应强度的定义式B=可知,磁感应强度与磁场力成正比,与电流和导线长度的乘积成反比B.一小段通电导线在空间某处不受磁场力的作用,那么该处的磁感应强度一定为零C.一小段通电导线放在磁感应强度为零的位置上,它受
2、到的磁场力一定等于零D.磁场中某处的磁感应强度的方向,跟电流在该处所受磁场力的方向相同解析:磁感应强度大小和检验电流无关,方向应与磁场力垂直。答案:C3.(2011课标全国卷)为了解释地球的磁性,19世纪安培假设:地球的磁场是由绕过地心的轴的环形电流I引起的。在下列四个图中,正确表示安培假设中环形电流方向的是()。解析:地理上的南极是地磁场的北极,由右手螺旋定则可知,选项B正确。答案:B4.(2011大纲全国卷)如图,两根相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1和I2,且I1I2;a、b、c、d为导线某一横截面所在平面内的四点,且a、b、c与两导线共面;b点在两导线之间,b、d的连线与导线
3、所在平面垂直。磁感应强度可能为零的点是()。A.a点B.b点C.c点D.d点解析:磁感应强度为矢量,两导线在d处产生的磁感应强度成一定角度,则d处磁感应强度一定不为零;根据右手安培定则可知,两导线在b处产生的磁感应强度方向相同,则b处磁感应强度的矢量和一定不为零;两导线在a处产生的磁感应强度方向相反,由于I1I2,可知I1在a处产生的磁感应强度大于I2在a处产生的磁感应强度,故a处磁感应强度的矢量和一定不为零;同理,两导线在c处产生的磁感应强度方向相反,由于I1I2且I1距离c处较远,可知I1在c处产生的磁感应强度的大小可能等于I2在c处产生的磁感应强度的大小,故c处磁感应强度的矢量和可能为零
4、,选项C正确。答案:C5.在如图所示的电路中,电池均相同,当开关S分别置于a、b两处时,导线MM与NN之间的安培力的大小分别为Fa、Fb,可判断两段导线()。A.相互吸引,FaFbB.相互排斥,FaFbC.相互吸引,FaFbD.相互排斥,FaFb解析:无论开关置于a还是置于b,两导线中通过的都是反向电流,相互间作用力为斥力,选项A、C错误。开关置于位置b时电路中电流较大,导线间相互作用力也较大,故D项正确。答案:D6.如图所示,有一磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场,一束电子流以初速度v从水平方向射入,为了使电子流经过磁场时不偏转(不计重力),则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场,这个电场
5、的场强大小和方向是()。A.,竖直向上B.,水平向左C.Bv,垂直纸面向里D.Bv,垂直纸面向外解析:由左手定则可知,电子流所受洛伦兹力的方向垂直纸面向里,因此,要求电场力的方向垂直纸面向外,因电子带负电,所以,匀强电场的方向为垂直纸面向里。由qvB=qE得,E=vB。答案:C7.回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速,两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中。如图所示,要增大带电粒子射出时的动能,则下列说法中正确的是()。A.增大匀强电场的加速电压B.增大磁场的磁感应强度C.减小
6、狭缝间的距离D.增大D形金属盒的半径解析:经回旋加速器加速后粒子获得的动能E=,可以看出要增大粒子射出时的动能就要增大磁场的磁感应强度,增大D形金属盒的半径,选项B、D正确;增大匀强电场间的加速电压,减小狭缝间的距离都不会改变粒子飞出时的动能,只是改变了每次加速的动能变化量,选项A、C错误。答案:BD8.(2011课标全国卷)电磁轨道炮工作原理如图所示,待发射弹体可在两平行轨道之间自由移动,并与轨道保持良好接触。电流I从一条轨道流入,通过导电弹体后从另一条轨道流回。轨道电流可形成在弹体处垂直于轨道面的磁场(可视为匀强磁场),磁感应强度的大小与I成正比。通电的弹体在轨道上受到安培力的作用而高速射
7、出。现欲使弹体的出射速度增加至原来的2倍,理论上可采用的办法是()。A.只将轨道长度L变为原来的2倍B.只将电流I增加至原来的2倍C.只将弹体质量减至原来的一半D.将弹体质量减至原来的一半,轨道长度L变为原来的2倍,其他量不变解析:由题意可知,B=kI,设轨道宽为d,则F安=BId=kI2d,由动能定理得,F安L=mv2,联立以上式子解得,v=,选项B、D正确。答案:BD9.如图所示,一个质子和一个粒子先后垂直磁场方向进入一个有理想边界的匀强磁场区域,它们在磁场中的运动轨迹完全相同,都是以图中的O点为圆心的半圆。已知质子与粒子的电荷量之比q1q2=12,质量之比m1m2=14,则以下说法中正确
8、的是()。A.它们在磁场中运动时的动能相等B.它们在磁场中所受到的向心力大小相等C.它们在磁场中运动的时间相等D.它们在磁场中运动时的质量与速度的乘积大小相等解析:质子与粒子的电荷量之比q1q2=12,质量之比m1m2=14,由r=可知,只有动能Ek相同时,半径才相同。由F=m可知,动能Ek相同,半径r相同,则向心力大小相等。由T=可知,它们在磁场中运动的时间不等。由r=可知,mv大小不等。答案:AB10.(2011海南单科)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场,图中的正方形为其边界。一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。这两种粒子带同种电荷,它们的电荷量、质量均不同,但其
9、比荷相同,且都包含不同速率的粒子。不计重力,下列说法中正确的是()。A.入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同B.入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同C.在磁场中运动时间相同的粒子,其运动轨迹一定相同D.在磁场中运动时间越长的粒子,其轨迹所对的圆心角一定越大解析:粒子进入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即qvB=m,则轨迹半径r=,周期T=。由于粒子的比荷相同,入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同,选项B正确。入射速度不同的粒子,在磁场中的运动轨迹不同,但运动时间可能相同,比如,速度较小的粒子会从磁场的左边界飞出,都运动半个周期,而它们的周期相同,故选项A错误,
10、进而可知选项C错误。由于所有粒子做圆周运动的周期相同,故在磁场中运动时间越长的,其轨迹所对的圆心角一定越大,选项D正确。答案:BD二、填空题(本题共2小题,共12分)11.(6分)实验室里可以用图甲所示的小罗盘估测条形磁铁磁场的磁感应强度。方法如图乙所示,调整罗盘,使小磁针静止时N极指向罗盘上的零刻度(即正北方向),将条形磁铁放在罗盘附近,使罗盘所在处条形磁铁的方向处于东西方向上,此时罗盘上的小磁针将转过一定角度。若已知地磁场的水平分量Bx,为计算罗盘所在处条形磁铁磁场的磁感应强度B,则只需知道,磁感应强度的表达式为B=。解析:根据题意,指针指向条形磁铁磁场与地磁场水平分量磁场的合磁场方向。条
11、形磁铁磁场在小磁针处的磁感应强度方向为正东方向,设小磁针静止时N极与正北方向的夹角为,则B=Bxtan 。答案:罗盘上指针的偏转角Bxtan 12.(6分)一劲度系数为k的轻质弹簧,下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd,bc边长为L,线框的下半部处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线框平面垂直,在图中垂直于纸面向里。线框中通以电流I,方向如图所示。开始时线框处于平衡状态。令磁场反向,磁感应强度的大小为B,线框达到新的平衡。在此过程中线框位移的大小x=,方向。解析:设线框的质量为m,bc边受到的安培力为F=nBIL。当电流如图所示时,设弹簧伸长量为x1,平衡时mg-F=kx1,当电流反向后
12、,设弹簧伸长量为x2,平衡时mg+F=kx2,所以线圈中电流反向后线框的位移大小为x=x2-x1=,方向向下。答案:向下三、计算和实验题(本题共3小题,共38分。解题时要有必要的步骤和文字说明)13.(10分)电磁炮是一种理想的兵器,它的主要原理如图所示。1982年澳大利亚制成了能把2.2 kg的弹体(包括金属杆EF的质量)加速到10 km/s的电磁炮(常规炮弹的速度约为2 km/s)。若轨道宽为2 m,长100 m,通过的电流为10 A,则轨道间所加匀强磁场的磁感应强度为多大?磁场力的最大功率为多大?(轨道摩擦不计,不考虑导体棒切割磁感线)解析:根据动能定理有BILs=mv2解得B=5.51
13、04 T速度最大时磁场力的功率最大,则P=BILv=5.5104102 000 W=1.11010 W答案:5.5104 T1.11010 W14.(13分)从粒子源射出的带电粒子的质量为m、电荷量为q,它以速度v0经过电势差为U的带窄缝的平行板电极S1和S2间的电场,并从O点沿Ox方向进入磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场,Ox垂直平行板电极S2,当粒子从P点离开磁场时,其速度方向与Ox方向的夹角=60,如图所示,整个装置处于真空中。求:(1)粒子在磁场中沿圆弧运动的轨道半径R。(2)粒子在磁场中运动所用的时间t。解析:(1)设粒子离开电场时的速度为v,由动能定理得,qU=mv2
14、-m粒子在磁场中有:qvB=m由得:R=(2)粒子做圆周运动的周期T=粒子在磁场中运动时间:t=T由得:t=答案:(1)(2)15.(15分)如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴正方向夹角为。不计空气阻力,重力加速度为g,求:(1)电场强度E的大小和方向。(2)小球从A点抛出时初速度v0的
15、大小。(3)A点到x轴的高度h。解析:本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡(恒力不能充当圆周运动的向心力),有qE=mgE=重力的方向竖直向下,电场力方向只能向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。(2)小球做匀速圆周运动,O为圆心,MN为弦长,MOP=,如图所示。设半径为r,由几何关系知=sin 小球做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供,设小球做圆周运动的速率为v,有qvB=由速度的合成与分解知=cos 由式得v0=cot (3)设小球到M点时的竖直分速度为vy,它与水平分速度的关系为vy=v0tan 由匀变速直线运动规律v2=2gh由式得h=答案:(1),方向竖直向上(2)cot (3)