届人教版 磁场单元测试.docx
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届人教版磁场单元测试
一、单选题
1.如图所示,平行边界MN、PQ之间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两边界间距为d,边界MN上有一粒子源A,可沿纸面内各个方向向磁场中输入质量均为m,电荷量均为+q的粒子,粒子射入磁场的速度大小v=不计粒子的重力,则粒子能从PQ边界射出的区域长度与能从MN边界射出的区域长度之比为( )
A. 1:
1 B. 2:
3 C. :
2 D. :
3
2.如图甲所示是回旋加速器的示意图,其核心部分是两个置于匀强磁场中的D形金属盒,两盒分别与高频电源相连.带电粒子在加速时,其动能E随时间t的变化规律如图乙所示,忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是( )
A. 在E﹣t图象中应有(t4﹣t3)<(t3﹣t2)<(t2﹣t1) B. 减小磁场的磁感应强度可增大带电粒子射出时的动能
C. 要想粒子获得的最大动能增大,可增加D形盒的半径 D. 加速电场的电压越大,则粒子获得的最大动能一定越大
3.如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m,长为l的金属棒ab悬挂在c.d两处,置于匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后,两悬线偏离竖直方向θ角处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上,所需的最小磁场的磁感应强度的大小.方向是( )
A. tanθ,竖直向上 B. tanθ,竖直向下
C. sinθ,平行悬线向下 D. sinθ,平行悬线向上
4.环型对撞机是研究高能粒子的重要装置。
正、负离子由静止经过电压U的直线加速度加速后,沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
两种带电粒子将被局限在环状空腔内,沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动,从而在碰撞区迎面相撞。
为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A. 对于给定的加速电压,带电粒子的比荷越大,磁感应强度B越大
B. 对于给定的加速电压,带电粒子的比荷越大,磁感应强度B越小
C. 对于给定的带电粒子,加速电压U越大,粒子运动的周期越大
D. 对于给定的带电粒子,不管加速电压U多大,粒子运动的周期都不变
5.如图所示,带负电的小球用绝缘丝线悬挂于O点在匀强磁场中摆动,当小球每次通过最低点A时( )
A. 摆球受到的磁场力相同
B. 摆球的动能相同
C. 摆球受到的丝线的张力相同
D. 向右摆动通过A点时悬线的拉力等于向左摆动通过A点时悬线的拉力
6.在你身边,若有一束电子从上而下运动,在地磁场的作用下,它将( )
A. 向东偏转 B. 向西偏转 C. 向北偏转 D. 向南偏转
7.如图所示,OM的左侧存在范围足够大、磁感应强度大小为B的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,ON(在纸面内)与磁场方向垂直且∠NOM=60°,ON上有一点P,OP=L.P点有一粒子源,可沿纸面内各个方向射出质量为m、电荷量为q的带正电的粒子(不计重力),速率为,则粒子在磁场中运动的最短时间为( )
A. B. C. D.
8.钳型表的工作原理如图所示。
当通有交流电的导线从环形铁芯的中间穿过时,与绕在铁芯上的线圈相连的电表指针会发生偏转。
由于通过环形铁芯的磁通量与导线中的电流成正比,所以通过偏转角度的大小可以测量导线中的电流。
下面关于用一钳型电流表测量某一电流值说法正确的是( )
A. 用钳型电流表可以测量直流输电线中的电流
B. 当被测交变电流的频率不稳定变高时,测量值偏大
C. 当被测交变电流的频率不稳定变高时,测量值偏小
D. 当被测交变电流的频率不稳定变高时,测量值是准确的
9.如图所示,空间存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,电场和磁场相互垂直.在电磁场区域中,有一个竖直放置的光滑绝缘圆环,环上套有一个带正电的小球.O点为圆环的圆心,a、b、c为圆环上的三个点,a点为最高点,c点为最低点,Ob沿水平方向.已知小球所受电场力与重力大小相等.现将小球从环的顶端a点由静止释放.下列判断正确的是( )
A. 当小球运动的弧长为圆周长的1/4时,洛伦兹力最大
B. 当小球运动的弧长为圆周长的1/2时,洛伦兹力最大
C. 小球从a点到b点,重力势能减小,电势能增大
D. 小球从b点运动到c点,电势能增大,动能先增大后减小
10.如图所示通电闭合线框abc处在匀强磁场中,它受到磁场力的合力( )
A. 方向垂直于ab斜向上 B. 方向垂直于ac斜向上 C. 方向垂直于bc向下 D. 为零
三、计算题
11.如图,一关于y轴对称的导体轨道位于水平面内,磁感应强度为B的匀强磁场与平面垂直。
一足够长,质量为m的直导体棒沿轴方向置于轨道上,在外力F作用下从原点由静止开始沿y轴正方向做加速度为a的匀速加速直线运动,运动时棒与轴始终平行。
棒单位长度的电阻ρ,与电阻不计的轨道接触良好,运动中产生的热功率随棒位置的变化规律为P=y(SI)。
求:
①导体轨道的轨道方程y=f();
②棒在运动过程中受到的安培力Fm随y的变化关系;
③棒从y=0运动到y=L过程中外力F的功。
12.一台质谱仪的工作原理如图所示.大量的甲、乙两种离子飘入电压力为U0的加速电场,其初速度几乎为0,经过加速后,通过宽为L的狭缝MN沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片上.已知甲、乙两种离子的电荷量均为+q,质量分别为2m和m,图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N的甲种离子的运动轨迹.不考虑离子间的相互作用.
(1)求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离;
(2)在答题卡的图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域,并求该区域最窄处的宽度d;
(3)若考虑加速电压有波动,在(U0﹣△U)到(U0+△U)之间变化,要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠,求狭缝宽度L满足的条件.
13.平面直角坐标系Oy中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的匀强磁场,第Ⅲ现象存在沿y轴负方向的匀强电场,如图所示。
一带负电的粒子从电场中的Q点以速度v0沿轴正方向开始运动,Q点到y轴的距离为到轴距离的2倍。
粒子从坐标原点O离开电场进入电场,最终从轴上的P点射出磁场,P点到y轴距离与Q点到y轴距离相等。
不计粒子重力,为:
(1)粒子到达O点时速度的大小和方向;
(2)电场强度和磁感应强度的大小之比。
14.回旋加速器的工作原理如题15-1图所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间狭缝的间距为d,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,被加速粒子的质量为m,电荷量为+q,加在狭缝间的交变电压如题15-2图所示,电压值的大小为Ub。
周期T=。
一束该粒子在t=0-时间内从A处均匀地飘入狭缝,其初速度视为零。
现考虑粒子在狭缝中的运动时间,假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动,不考虑粒子间的相互作用。
求:
①出折粒子的动能;②粒子从飘入狭缝至动能达到所需的总时间;
③要使飘入狭缝的粒子中有超过99能射出,d应满足的条件.
答案解析部分
一、单选题
1.如图所示,平行边界MN、PQ之间有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两边界间距为d,边界MN上有一粒子源A,可沿纸面内各个方向向磁场中输入质量均为m,电荷量均为+q的粒子,粒子射入磁场的速度大小v=不计粒子的重力,则粒子能从PQ边界射出的区域长度与能从MN边界射出的区域长度之比为( )
A. 1:
1 B. 2:
3 C. :
2 D. :
3
【答案】C
【考点】带电粒子在匀强磁场中的圆周运动
【解析】【解答】解:
粒子在磁场中只受洛伦兹力作用,做匀速圆周运动,故有:
,所以粒子运动半径:
;
由左手定则可得:
粒子向运动方向左侧偏转做圆周运动;
当粒子沿AN方向进入磁场时,粒子打在PQ上的位置为粒子能从PQ边界射出的区域的最下端,由几何关系可得:
此时,落点在PQ上A点下侧距离为:
;
粒子进入磁场的方向逆时针旋转,粒子打在PQ上的点上移,直到运动轨迹与PQ相切时,粒子打在PQ上的位置为粒子能从PQ边界射出的区域的最上端,由几何关系可得:
此时,落点在PQ上A点上侧距离为:
;所以粒子能从PQ边界射出的区域长度为:
;
因为R<d,所以,粒子在MN上的落点为A到A点上方处,所以,粒子能从PQ边界射出的区域长度与能从MN边界射出的区域长度之比为,C符合题意,ABD不符合题意;
故答案为:
C.
【分析】根据带电粒子在匀强电场中运动时,洛伦兹力提供向心力,结合几何关系列方程求解。
2.如图甲所示是回旋加速器的示意图,其核心部分是两个置于匀强磁场中的D形金属盒,两盒分别与高频电源相连.带电粒子在加速时,其动能E随时间t的变化规律如图乙所示,忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是( )
A. 在E﹣t图象中应有(t4﹣t3)<(t3﹣t2)<(t2﹣t1) B. 减小磁场的磁感应强度可增大带电粒子射出时的动能
C. 要想粒子获得的最大动能增大,可增加D形盒的半径 D. 加速电场的电压越大,则粒子获得的最大动能一定越大
【答案】C
【考点】左手定则,质谱仪和回旋加速器,洛伦兹力,带电粒子在匀强磁场中的圆周运动
【解析】【解答】解:
A、根据周期公式T=知,粒子的回旋的周期不变,与粒子的速度无关,所以t4﹣t3=t3﹣t2=t2﹣t1.A不符合题意.
B、根据半径公式r=知,v=,则粒子的最大动能,与加速电压无关,与D形盒的半径以及磁感应强度有关,BD不符合题意,C符合题意;
故答案为:
C
【分析】带电粒子在电场中运动周期与粒子的速度和半径无关,只与比荷和磁感应强度有关,再根据半径公式导出粒子的最大动能与加速电压无关,与D形盒的半径以及磁感应强度成正比。
3.如图所示,用两根轻细金属丝将质量为m,长为l的金属棒ab悬挂在c.d两处,置于匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后,两悬线偏离竖直方向θ角处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上,所需的最小磁场的磁感应强度的大小.方向是( )
A. tanθ,竖直向上 B. tanθ,竖直向下
C. sinθ,平行悬线向下 D. sinθ,平行悬线向上
【答案】D
【考点】共点力平衡条件的应用,动态平衡分析,磁感应强度,安培力
【解析】【解答】解:
为了使该棒仍然平衡在该位置上
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