高中物理教科版選修3-1講義第三章《磁場(chǎng)》章末測(cè)試

章末測(cè)試

（時(shí)間：60分鐘滿分：100分）

一、選擇題（本題共10小題，每小題5分，共5（）分。1?6題為單項(xiàng)選擇題，7?

10題為多項(xiàng)選擇題。）

1.指南針是我國古代四大發(fā)明之一.關(guān)于指南針，下列說法正確的是（）

A.指南針可以僅具有一個(gè)磁極

B.指南針能夠指向南北，說明地球具有磁場(chǎng)

C.指南針的指向不會(huì)受到附近鐵塊的干擾

D.在指南針正上方附近沿指針方向放置一直導(dǎo)線，導(dǎo)線通電時(shí)指南針不偏轉(zhuǎn)

答案B

2.如圖1所示，圓環(huán)上帶有大量的負(fù)電荷，當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，。、仄

c三枚小磁針都要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，以下說法正確的是（）

圖1

A.a、氏。的N極都向紙里轉(zhuǎn)

B.b的N極向紙外轉(zhuǎn)，而〃、。的N極向紙里轉(zhuǎn)

C.b、c的N極都向紙里轉(zhuǎn)，而。的N極向紙外轉(zhuǎn)

D.b的N極向紙里轉(zhuǎn)，而a、c的N極向紙外轉(zhuǎn)

解析由于圓環(huán)帶負(fù)電荷，故當(dāng)圓環(huán)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，等效電流的方向?yàn)槟?/p>

時(shí)針，由安培定則可判斷環(huán)內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，環(huán)外磁場(chǎng)方向垂直紙面向

內(nèi)，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)方向即是放在該點(diǎn)的小磁針靜止時(shí)N極的指向，所以b

的N極向紙外轉(zhuǎn)，〃、c的N極向紙里轉(zhuǎn)。選項(xiàng)B正確。

答案B

3.（2017?四川成都石室中學(xué)二診）如圖2所示，一個(gè)邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的止方形金屬框豎直

放置，各邊電阻相同，金屬框放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為仄方向垂直于金屬框向

里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若A、B兩端與導(dǎo)線相連，由A到B通以如圖所示方向的電流

（由A點(diǎn)流入，從B點(diǎn)流出），流過邊的電流為/，則金屬框受到的安培力大

小和方向分別為（）

XDx

圖2

A.2B/L,豎直向下B.cqB/L,豎直向上

C.BIL,豎直向上D.cq^ZL,豎直向下

解析設(shè)流過QC邊的電流為根據(jù)并聯(lián)電路知識(shí)有r-3R=/H,得r=g,A。、

3c邊所受的安培力的合力為零，0c邊中的電流方向向右，根據(jù)左手定則可知,

OC邊所受安培力方向向上，大小為FDC=B〈L=；BIL,AB邊所受的安培力方向

向上，大小為FAB=BIL,所以金屬框受到的安培力為尸安=方

向豎直向上，故選項(xiàng)B正確。

答案B

4.如圖3所示，兩根垂直紙面平行放置的直導(dǎo)線〃和b,通有等值電流。在紙面

上距。、力等遠(yuǎn)處有一處匕若尸點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向水平向左，則導(dǎo)線〃、

b中的電流方向是（）

O-.

?、、、

b

圖3

A.a中向紙里,b中向紙外

B.a44向紙外，。中向紙里

C.a、b中均向紙外

D.a、中均向紙里

解析因?yàn)橥娭睂?dǎo)線周圍磁場(chǎng)的磁感線是多組以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心垂直于導(dǎo)

線的同心圓，所以直導(dǎo)線。中電流在尸處激發(fā)的磁場(chǎng)方向垂直于4、P連線；直

導(dǎo)線方中電流在P處激發(fā)的磁場(chǎng)方向垂直于力、P連線。又因?yàn)镻點(diǎn)合磁感應(yīng)強(qiáng)

度B的方向水平向左，所以由矢量合成法則可知，a中電流在。處激發(fā)的磁場(chǎng)方

向垂直aP向下，b中電流在P處激發(fā)的磁場(chǎng)方向垂直hP向上，再根據(jù)安培定則

很容易判斷〃中的電流方向，。中向紙里，〃中向紙外，A正確。

答案A

5.帶電粒子以初速度w從。點(diǎn)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)如圖4所示，運(yùn)動(dòng)中經(jīng)過〃點(diǎn)，0a

=0瓦若撤去磁場(chǎng)加一個(gè)與），軸平行的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子仍以速度加從。點(diǎn)

進(jìn)入電場(chǎng)，仍能通過8點(diǎn)，則電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的比值為（）

°b

圖4

A.voB.eqC.2voD.eq

解析設(shè)Oa=Ob=d,因帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以圓周運(yùn)

動(dòng)的半徑正好等于4即"=方，得8=翳。

qticjci

如果換成勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)，那么有

得〃=鬻，所以肛2.選項(xiàng)C正確。

答案c

6.電磁軌道炮工作原理如圖5所示。待發(fā)射彈體可在兩平行軌道之間自由移動(dòng)，

并與軌道保持良好接觸。電流/從一條軌道流入，通過導(dǎo)電彈體后從另一條軌道

流回。軌道電流可形成在彈體處垂直于軌道面的磁場(chǎng)（可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)），磁感應(yīng)

強(qiáng)度的大小與/成正比。通電的彈體在軌道上受到安培力的作用而高速射出。現(xiàn)

欲使彈體的出射速度增加至原來的2倍，理論上可采用的辦法是（）

圖5

A.只將軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉淼?倍

B.只將電流/減為原來的一半

C.只將彈體質(zhì)量減至原來的一半

D.將彈體質(zhì)量減至原來的一半，軌道長(zhǎng)度L變?yōu)樵瓉淼?倍，其他量不變

解析由題意可知磁感應(yīng)強(qiáng)度8=〃，安培力F=BId=kPd,由動(dòng)能定理可得他

=；m冷解得誓,由此式可判斷只有選項(xiàng)D正確。

答案D

7.如圖6所示，在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界上，有兩個(gè)質(zhì)量和電量均相同

的止、負(fù)離子（不計(jì)重力），從點(diǎn)。以相同的速度先后射入磁場(chǎng)中，入射方向與邊

界成。角，則正、負(fù)離子在磁場(chǎng)中（）

XXXX

XXXX

XXaX

O

圖6

A.運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同

B.運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑相同

C.重新回到邊界時(shí)速度的大小和方向相同

D.重新回到邊界的位置與0點(diǎn)距離不相等

解析粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期丁=黑，

qB

則知兩個(gè)離孑做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等。根據(jù)左手定則分析可xxxx/x

Xxxxxx

知，正離子逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，負(fù)離子順時(shí)針偏轉(zhuǎn)，重新回到邊界時(shí)X耳、/X

正離子的速度偏轉(zhuǎn)角為（2兀一2。），軌跡的圓心角力（2兀一2。），y

o,

2—on0°

運(yùn)動(dòng)時(shí)間，=、7r^兀同理，負(fù)離子運(yùn)動(dòng)時(shí)間，=治T,顯然

Z7TZ7T

時(shí)間不等，A錯(cuò)誤；根據(jù)牛頓第二定律得得r=發(fā)，由題意可知"2、

q、V、3大小均相同，則/?相同，B正確；正、負(fù)離子在磁場(chǎng)中均做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)，速度沿軌跡的切線方向，根據(jù)圓的對(duì)稱性可知，重新回到邊界時(shí)速度大小與

方向相同，C正確；根據(jù)幾何知識(shí)可知重新回到邊界的位置與。點(diǎn)距離s=2/sin

。，人。相同，則s相同，D錯(cuò)誤。

答案BC

8.如圖7所示，正方形容器處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一束電子從孔。垂直于磁場(chǎng)沿必

方向射入容器中，其中一部分從C孔射出，一部分從d孔射出，容器處在真空中,

下列說法中正確的是（）

圖7

A.從兩孔射出的電子速率之比vc：vj=2：1

B.從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間之比L:ta=\:2

C.從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小之比/：板=也：1

D.從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小之比痣：〃〃=2：1

解析從c孔射出的粒子與從d孔射出的粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比Rc:Rd=

2：1,根據(jù)處“嗒可知含=圣*A正確；根據(jù)丁=煞可知八=九但二者

1KVdKd1qti

圓心角a:cw=1:2,因此B正確；根據(jù)&=不,可得受=言染=彳5=

e1（10.（1ZKadVrfI\c1z

2

J,C錯(cuò)誤，D正確。

答案ABD

9.1932年，美國的物理學(xué)家勞倫斯設(shè)計(jì)出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理

如圖8所示，置于高真空中的兩D形金屬盒半徑為上兩盒間的狹縫很小，帶電

粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。A處粒

子源產(chǎn)生的質(zhì)量為，小電荷量為+4的粒子在加速器中被加速，其加速電壓恒為

U。帶電粒子在加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的作用，則（）

A.帶電粒子在加速器中第1次和第2次做曲線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間分別為ri和⑵則。：

12=1：2

B.帶電粒子第1次和第2次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比小：廢=也：2

C.兩D形盒狹縫間的交變電場(chǎng)的周期7=柒

qB

D.帶電粒子離開回旋加速器時(shí)獲得的動(dòng)能為^穿

解析帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與電場(chǎng)變化的周期相等，根據(jù)9出=〃1,

得v=嚕,周期7=平=債，與粒子的速度無關(guān)，力：/2=1：1,交變電場(chǎng)的

周期也為縹，A錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)J〃瘍=〃d；得，帶電粒子第1次和第2次

經(jīng)過加速后的速度比為近：2,根據(jù)r=需知，帶電粒子第1次和第2次經(jīng)過兩

D形盒間狹^后軌道半徑之比門：底=也：2,B正確;根據(jù)伏B=忐知產(chǎn)簪,

則帶電粒子離開回旋加速器時(shí)獲得動(dòng)能瓜=1,八心=￡穿，DF確。

答案BCD

10.已知一質(zhì)量為〃7的帶電液滴，經(jīng)電壓U加速后，水平進(jìn)入互相垂直的勻強(qiáng)電

場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)8中，液滴在此空間的豎直平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，

如圖9所示,則()

圖9

A.液滴在空間可能受4個(gè)力作用

B.液滴一定帶負(fù)電

C.液滴做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑\Y

D.液滴在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)總能量不變

解析液滴受到重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力的作用，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于液滴

做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以電場(chǎng)力與重力為平衡力，電場(chǎng)力方向向上，可以判定液滴

帶負(fù)電，B正確；根據(jù)qE=mg,解得r=%選項(xiàng)C

正確；液滴在場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過程能量守恒，選項(xiàng)D正確。

答案BCD

二、非選擇題(共4小題，共5()分。)

11.(10分)如圖1()所示，將長(zhǎng)為5()cm、質(zhì)量為10g的均勻金屬棒帥的兩端用兩

只相同的彈簧懸掛成水平狀態(tài)，位于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)金屬棒中通

以0.4A的電流時(shí)，彈簧恰好不伸長(zhǎng)，求：(取g=9.8m/s2)

圖10

(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁感應(yīng)強(qiáng)度是多大？

(2)當(dāng)金屬棒通以0.2A由。到b的電流時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)1cm,如果電流方向由b

到m而電流大小不變，彈簧伸長(zhǎng)又是多少？

解析(1)當(dāng)棒受到向上的安培力8〃和向下的重力"火大小相等時(shí)，彈簧不

伸長(zhǎng)，由可得出磁感應(yīng)強(qiáng)度8=贊=當(dāng)躲等T=0.49To

(2)當(dāng)0.2A的電流由a流向b時(shí)，c力棒受到兩根彈簧向上的拉力2M及向上的

安培力8/4和向下的重力mg作用，處于平衡狀態(tài)。

根據(jù)平衡條件有：2米產(chǎn)〃吆一3/4①

當(dāng)電流反向后，棒受到兩個(gè)彈簧向上的拉力2日2及向下的安培力8/2L和重力

機(jī)g作用，處于平衡狀態(tài)，有

2kX2=，ng+BhL②

①②兩式相除并整理，得彈簧伸長(zhǎng)12為

mg+BhL

X2=mg-BI\^

1()X1()—3X9.8+().49X0.2X().5_

=10x103X9.8-0.49X0.2X0.5X1CM=3CM°

答案(1)0.49T(2)3cm

12.(12分)如圖11所示，在足夠長(zhǎng)的絕緣板MN上方距離為“的。點(diǎn)處，水平向

左發(fā)射一個(gè)速率為W,質(zhì)量為〃八電荷量為q的帶正電的粒子(不考慮粒子重力)。

MPN

圖11

（1）若在絕緣板上方加一電場(chǎng)強(qiáng)度大小為石=就、方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)，求

帶電粒子打到板上距P點(diǎn)的水平距離（已知OPtMN）；

（2）若在絕緣板的上方只加一垂直紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度8=翳的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，求：

①帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑；

②若0點(diǎn)為粒子發(fā)射源，能夠在紙面內(nèi)向各個(gè)方向發(fā)射帶電粒子（不考慮粒子間

的相互作用），求發(fā)射出的粒子打到板上的最短時(shí)間。

解析⑴根據(jù)牛頓第二定律有隹=〃"，而七=答，得出加速度。=以，

粒子做類平拋運(yùn)動(dòng)：〃=%產(chǎn)，x=vot

聯(lián)立得x=2do

（2）①加勻強(qiáng)磁場(chǎng)，由洛倫茲力提供圓周運(yùn)動(dòng)的向心力：qwB=

而B=暴,聯(lián)立解得廠=乩

②以0P為弦長(zhǎng)時(shí)粒子打到板上的時(shí)間最短，對(duì)應(yīng)的圓心角夕=60。，￡=（，而丁

2兀廠

vo

聯(lián)立得最短時(shí)間，=黑。

Jy\.

答案⑴2d⑵①d

13.（14分）如圖12,空間存在方向垂直于紙面（xOy平面）向里的磁場(chǎng)。在后0區(qū)

域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為Bo；xVO區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為一o（常數(shù)2>1）。

一質(zhì)量為"7、電荷量為q0>0）的帶電粒子以速度V0從坐標(biāo)原點(diǎn)。沿X軸正向射

入磁場(chǎng)，此時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)粒子的速度方向再次沿X軸正向時(shí)，求（不計(jì)重力）

入B,B（i

XXXXXXX

圖12

（1）粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；

⑵粒子與O點(diǎn)間的距離。

解析（1）在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)在.侖0區(qū)域，圓周半徑為R"

在/〈（）區(qū)域，圓周半徑為由洛倫茲力公式及牛頓運(yùn)動(dòng)定律得

ud

980Vo

q28ow=/臉②

粒子速度方向轉(zhuǎn)過180。時(shí)，所需時(shí)間力為

粒子再轉(zhuǎn)過18（）。時(shí)，所需時(shí)間尬為

聯(lián)立①②（⑨④式得，方求時(shí)間為

‘。―瑞1+5⑤

⑵由幾何關(guān)系及①②式得，所求距離為

面=2（RLR2）=鬻（1一力⑥

答案⑴囂（i+力⑵需（T）