物理同步测试11 第十一单元磁场.docx
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物理同步测试11第十一单元磁场
物理同步测试(11)—第十一单元:
磁场
本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。
共150分考试用时120分钟
第Ⅰ卷(选择题共40分)
一、本题共10小题;每小题4分,共40分。
在每小题给出的四个选项中,有的小题只有一个选项正确,有的小题有多个选项正确。
全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分。
1.关于磁场中某点磁场的方向,下列说法不正确的是()
A.与放在该点的小磁针所受的磁场力方向相同
B.与放在该点的小磁针N极所受的磁场力方向相同
C.与放在该点的小磁针S极所受的磁场力方向相反
D.与通过该点的磁感线的切线方向相同
2.从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子,这些高能粒子流到达地球会对地球上的生命带来危害,但是由于地球周围存在磁场,地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向,对地球上的生命起到保护作用,如图所示。
那么()
A.地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同
B.地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作
用在南、北两极最强,赤道附近最弱
C.地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作
用在南、北两极最弱,赤道附近最强
D.地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带电
粒子向两极偏转
3.在光滑绝缘水平面上,一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方向
的轴O在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动,
磁场的方向竖直向下,其俯视图如图,若小球运动到A点
时,绳子突然断开,关于小球在绳断开后可能的运动情况,
以下说法正确的是()
A.小球仍做逆时针匀速圆周运动,半径不变
B.小球仍做逆时针匀速圆周运动,半径减小
C.小球做顺时针匀速圆周运动,半径不变
D.小球做顺时针匀速圆周运动,半径减小
4.如图所示是利用电磁原理造成的充气泵结构示意图,其工作原理类似打点计时器。
当电流从电磁铁的接线柱a流入而吸引小磁铁向下运动时,以下选项中正确的是()
A.电磁铁的上端为S极,小磁铁的下端为S极
B.电磁铁的上端为N极,小磁铁的下端为N极
C.电磁铁的上端为S极,小磁铁的下端为N极
D.电磁铁的上端为N极,小磁铁的下端为S极
5.质子经电压U加速后,进入一圆环状空腔中做圆周运动的半径保持不变,需加一个与圆环平面垂直的匀强磁场,关于质子在空腔中的运动情况,下列叙述正确的是()
①加速电压U越大,磁感应强度越大②加速电压U越大,磁感应强度越小
③加速电压U越大,质子运动的周期越小④加速电压U增大,质子运动的周期不变
A.①②B.②③C.①③D.①④
6.在电视机的显像管中,电子束的扫描是用磁偏转技术实现的,其扫描原理如图甲所示,圆形区域内的偏转磁场方向垂直于圆面,当不加磁场时,电子束将通过O点而打在屏幕的中心M点。
为了使屏幕上出现一条以M点为中点的亮线PQ,偏转磁场的磁感应强度B随时间变化的规律应是图乙中的()
7.如图所示,在真空中坐标xOy面的x>0区域内,有
磁感应强度B=1.0×10-2T的匀强磁场,方向与xOy
平面垂直,在x轴上的P(10,0)点处有一放射源,在
xOy平面内向各个方向发射速率为v=1.0×105m/s的
带正电粒子,粒子的质量为m=1.0×10-26kg,粒子
带电量为q=1.0×10-18C,则带电粒子能打到y轴上
的范围是(重力的影响不计)()
A.-10cm≤y≤10cm
B.-10cm≤y≤cm
C.cm≤y≤cm
D.cm≤y≤10cm
8.如图所示,一根水平光滑的绝缘直槽轨连接一个竖直放置的半
径为R=0.50m的绝缘光滑槽轨.槽轨处在垂直纸面向外的匀
强磁场中,磁感应强度B=0.50T.有一个质量m=0.10g,带电
量为q=+1.6×10-3C的小球在水平轨道上向右运动.若小球
恰好能通过最高点,则下列说法正确的是()
A.小球在最高点只受到洛仑兹力和重力的作用
B.由于无摩擦力,且洛仑兹力不做功,所以小球到达最高
点小球在水平轨道上的机械能相等
C.如果设小球到达最高点的线速度是v,小球在最高点时式子mg+qvB=mv2/R成立
D.如果重力加速度取10m/s2,则小球初速度v0=4.6m/s
9.如图甲带正电,乙是不带电的绝缘物块,甲乙叠放在一起,置于
粗糙的水平地板上,地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场,
现用一水平恒力F拉乙物块,使甲、乙无相对滑动一起向左加
速运动,在加速运动阶段()
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不断减小
C.甲、乙两物块间的摩擦力保持不变D.乙物块与地面之间的摩擦力不断减小
10.如图,宽度为d的有界匀强磁场,磁感应强度为B,MM/和NN/是它
的两条边界线,现有质量为m、电荷量为q的带电粒子沿图示方向垂
直磁场射入,要使粒子不能从边界NN/射出,粒子入射速率v的最大
可能是()
A.qBd./mB.(2+)qBd/m
C.qBd/2mD.(2-)qBd/m
第Ⅱ卷(非选择题共110分)
二、本题共三小题,21分。
把答案填在题中的横线上或按题目要求作图
11.(4分)空间中存在匀强磁场区域,为确定该区域中的匀强磁场方向,做两个实验如下:
实验1:
质子以v1向右运动,测其受到的洛仑兹力f1方向垂直纸面向里(如图甲)。
实验2:
质子以速度v2垂直纸面向外运动时,测得其受到的洛仑兹力f2方向在纸面内且与v1方向成30°角向右(图乙)。
因此可确定该区域中匀强磁场的方向为。
12.(13分)磁铁有N、S两极,跟正、负电荷有很大的相似性,
人们假定在一根磁棒的两极上有一种叫做“磁荷”的东西,N极上的叫正磁荷,S极上的叫负磁荷,同号磁荷相斥,异号磁荷相吸。
当磁极本身的几何线度远比它们之间的距离小得多时,将其上的磁荷叫做点磁荷。
磁的库仑定律是:
两个点磁荷之间的相互作用力F沿着它们之间的连线,与它们之间的距离r 的平方成反比,与每个磁荷的数量(或称磁极强度)qm1、qm2成正比,用公式表示为:
F=kqm1qm2/r2。
(1)上式中的比例系数k=10-7Wb/(A·m),则磁极强度qm的国际单位(用基本单位表示)
是。
(2)同一根磁铁上的两个点磁荷的磁极强度可视为相等,磁荷的位置可等效地放在图a中
的c、d两点,其原因是。
(3)用两根相同的质量均为M的圆柱形永久磁铁可以测出磁极强度qm,图中b将一根磁棒固定在光滑斜面上,另一根与之平行放置的磁棒可以自由上下移动。
调节斜面的角度为θ,活动磁铁刚好静止不动,由此可知磁极强度qm=。
(4)磁棒上的正负磁荷是不可分离的,但英国物理学家狄拉克从理论上预言:
存在单一的磁荷,即磁单极子。
1982年美国科学家布莱设计了一个寻找磁单极子的实验,他设想,如果是一个正磁荷(正极的磁单极子)从上向下穿过图中c的超导线圈,超导线圈上将出现方向的感应电流。
13.(4分)磁场具有能量,磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度,其值为,
式中B是磁感应强度,是磁导率,在空气中为一已知
常数。
为了近似测得条形磁铁极端面附近的磁感应强度
B,一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面
积的铁片P,再用力将铁片与条形磁铁拉开一段微小距离
,并测出拉力F,如图所示。
因为F做的功等于间隙
中磁场的能量,所以由此可得磁感应强度B与F、A之间的关系为B=。
三、本题共七小题,89分。
解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。
只写出最后答案的不能得分。
有数值计算的题答案中必须明确写出数值和单位。
14.(12分)如图所示,分布在半径为r的圆形区域内的匀强磁场,磁感应强度为B,方向
垂直于纸面向里。
已知带电量为q(粒子带负电)、质量为m
的粒子从磁场的边缘A点沿圆的半径AO方向射入磁场,穿
过磁场区域后,速度方向偏转了60°角。
(不计该粒子的重
力)
(1)请画出该带电粒子在该圆形区域内的运动轨迹的示意图。
(2)请推导该带电粒子在进入该圆形区域时的入射速度的大小
v0的表达式。
15.(12分)在研究性学习中,某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验,其实验装置如图所示。
abcd是一个边长为L的正方形盒子,在a处和cd边的中点e处各有一个小孔,e外有一能显示粒子从e孔射出的荧光屏M。
盒子内有一方向垂直于abcd平面的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
粒子源不断地发射相同的带电粒子,粒子的初速度可忽略,先让粒子经过电压为U的电场加速,然后粒子立即由a孔射入盒内,粒子经磁场偏转后恰好从e孔射出。
不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力。
问:
你认为该同学的设计方案可行吗?
若可行,求出带电粒子的比荷;若不可行,说明你的理由。
16.(13分)在竖直平面内有一圆形绝缘轨道,半径R=1m,匀强磁场垂直于轨道平面向内,一质量为m=1×10-3kg、带电量为q=+3×10-2C的小球,可在内壁滑动,开始时,在最低点处给小球一个初速度v0,使小球在竖直面内逆时针做圆周运动,图甲是小球在竖直面内做圆周运动的速率v随时间变化的情况,图乙是小球所受轨道的弹力F随时间变化的情况,结合图象所给数据,求:
(1)磁感应强度的大小。
(2)小球初速度的大小。
17.(13分)一个边长为1cm横截面为正方形的阴极,它可不断地发射出初速度为零的电子,在经过125V的加速电场作用下,进入一个偏转电场,其上极板与阴极的上表面平齐,极板长4cm,极板间距为3cm,两极板间电压为250V,在极板的右端有宽度为d的匀强磁场,已知磁感应强度B=5×10-4T,电子的质量m=9×10-31kg,电量e=1.6×10-19C,则
(1)求从偏转电场中射出的电子与从阴极发出的电子数的比值。
(2)要使电子不能从磁场右侧边界射出来,磁场的宽度d应满足什么条件?
18.(13分)地球周围存在磁场,由太空射来的带电粒子在此磁场的运动称为磁漂移,以下是描述的一种假设的磁漂移运动,一带正电的粒子在x=0,y=0处沿y方向以某一速度v0运动,空间存在垂直于图中向外的匀强磁场,在y>0的区域中,磁感应强度为B1,在y<0的区域中,磁感应强度为B2,B2>B1,如图所示。
(1)把粒子出发点x=0处作为第0次过x轴,求至第n次过x轴的整个过程中,在x轴方向
的平均速度v与v0之比。
(n只取奇数)
(2)若B2∶B1=4,当n很大时,v∶v0趋于何值?
19.(13分)如图所示,ef、gh为水平放置的平行光滑导轨,导轨间距为L,导轨一端接有定值电阻R,质量为m的金属棒cd垂直于导轨放在导轨上,且与导轨良好接触,导轨及金属棒的电阻均不计,整个装置放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于导轨平面向里,现对金属棒施加一水平向左的拉力,使棒向左运动,当棒的速度达到v0后,保持拉力的功率恒为P,再经过一段时间t,棒的速度为v,求:
(1)这时棒的加速度。
(2)在这时间t内电阻上产生的热量。
(3)作出拉力的功率恒为P后,电阻上产生的热量Q随时间t变化的图象的大致形状,并
说明理由。
20.(13分)如图所示,虚线上方有场强为E的匀强电场,方向竖直向下,虚线上下有磁感应强度相同的匀强磁场,方向垂直纸面向外,ab是一根长的绝缘细杆,沿电场线放置在虚线上方的场中,b端在虚线上,将一套在杆上的带正电的小球从a端由静止释放后,小球先作加速运动,后作匀速运动到达b端,已知小球与绝缘杆间的动摩擦系数μ=0.3,小球重力忽略不计,当小球脱离杆进入虚线下方后,运动轨迹是半圆,圆的半径是/3,求带电小球从a到b运动过程中克服摩擦力所做的功与电场力所做功的比值。
参考答案
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