高考物理一輪復(fù)習(xí) 單元質(zhì)檢九 磁場(chǎng)（含解析）新人教版-新人教版高三物理試題

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1、單元質(zhì)檢九　磁場(chǎng) (時(shí)間:45分鐘　滿分:100分) 一、選擇題(本題共8小題,每小題6分,共48分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,第1~5題只有一項(xiàng)符合題目要求,第6~8題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得6分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分) 1.在一根南北方向放置的直導(dǎo)線的正下方10 cm處放一個(gè)羅盤。導(dǎo)線沒有通電時(shí)小磁針的N極指向北方;當(dāng)給導(dǎo)線通入電流時(shí),發(fā)現(xiàn)羅盤的指針偏轉(zhuǎn)一定角度。現(xiàn)已測(cè)出此地的地磁場(chǎng)水平分量B1=5.0×10-5 T,通電后羅盤指針停在北偏東60°的位置,如圖所示。由此測(cè)出該通電直導(dǎo)線在該處產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　

2、　　　　 A.5.0×10-5 T B.1.0×10-4 T C.8.66×10-5 T D.7.07×10-5 T 答案:C 解析:電流在羅盤處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向水平向東,合磁場(chǎng)方向東偏北30°,由圖可知:B2=B1tan30°=8.66×10-5T。故C正確。 2.如圖所示,在玻璃皿的中心放一個(gè)圓柱形電極B,沿邊緣內(nèi)壁放一個(gè)圓環(huán)形電極A,把A、B分別與電源的兩極相連,然后在玻璃皿中放入導(dǎo)電液體,現(xiàn)把玻璃皿放在如圖所示的磁場(chǎng)中,液體就會(huì)旋轉(zhuǎn)起來。若從上向下看,下列判斷正確的是(　　) A.A接電源正極,B接電源負(fù)極,液體順時(shí)針旋轉(zhuǎn) B.A接電源負(fù)極,B接電源正極,液體順時(shí)針

3、旋轉(zhuǎn) C.A、B與50 Hz的交流電源相接,液體持續(xù)旋轉(zhuǎn) D.僅磁場(chǎng)的N、S極互換后,重做該實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)液體旋轉(zhuǎn)方向不變 答案:A 解析:若A接電源正極,B接電源負(fù)極,在電源外部電流由正極流向負(fù)極,因此電流由邊緣流向中心,玻璃皿所在處的磁場(chǎng)豎直向下,由左手定則可知,導(dǎo)電液體受到的安培力沿順時(shí)針方向,因此液體沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),故A正確;同理,若A接電源負(fù)極,B接電源正極,根據(jù)左手定則可知,液體沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn),故B錯(cuò)誤;A、B與50Hz的交流電源相接,A、B電極之間的電流方向不斷發(fā)生改變,液體不會(huì)持續(xù)旋轉(zhuǎn),故C錯(cuò)誤;若磁場(chǎng)的N、S極互換后,重做該實(shí)驗(yàn),液體旋轉(zhuǎn)方向會(huì)改變,故D錯(cuò)誤。 3.(

4、2019·陜西寶雞模擬)如圖所示,空間存在豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)和垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一帶電液滴從靜止開始自A點(diǎn)沿曲線ACB運(yùn)動(dòng),到達(dá)B點(diǎn)時(shí),速度為零,C點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)的最低點(diǎn),則以下敘述錯(cuò)誤的是(　　) A.液滴一定帶負(fù)電 B.液滴在C點(diǎn)時(shí)動(dòng)能最大 C.液滴在C點(diǎn)電勢(shì)能最小 D.液滴在C點(diǎn)機(jī)械能最小 答案:C 解析:液滴偏轉(zhuǎn)是由于受洛倫茲力作用,據(jù)左手定則可判斷液滴一定帶負(fù)電,A正確;液滴所受電場(chǎng)力必向上,而液滴能夠從靜止向下運(yùn)動(dòng),是因?yàn)橹亓Υ笥陔妶?chǎng)力,由A→C合力做正功,故在C處液滴的動(dòng)能最大,B正確;而由于A→C克服電場(chǎng)力做功最多,電勢(shì)能增加最多,又機(jī)械能與電勢(shì)能的和不變,因此

5、,由A→C機(jī)械能減小,故液滴在C點(diǎn)機(jī)械能最小,C錯(cuò)誤,D正確。 4.(2019·山東臨沂期中)如圖所示,兩個(gè)橫截面分別為圓形和正方形的區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng),圓的直徑和正方形的邊長(zhǎng)相等。兩個(gè)電子分別以相同的速度飛入兩個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域,速度方向均與磁場(chǎng)方向垂直,進(jìn)入圓形磁場(chǎng)的電子初速度方向?qū)?zhǔn)圓心;進(jìn)入正方形磁場(chǎng)的電子初速度方向垂直于邊界,從中點(diǎn)進(jìn)入。則下列判斷錯(cuò)誤的是(　　) A.兩電子在兩磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),其半徑一定相同 B.兩電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間有可能相同 C.進(jìn)入圓形磁場(chǎng)區(qū)域的電子可能先飛離磁場(chǎng) D.進(jìn)入圓形磁場(chǎng)區(qū)域的電子可能后飛離磁場(chǎng) 答案:D 解析:電子在磁場(chǎng)中做

6、勻速圓周運(yùn)動(dòng),洛倫茲力提供向心力,有qvB=mv2R,整理得R=mvqB,兩過程電子速度v相同,所以半徑相同,選項(xiàng)A判斷正確;電子在磁場(chǎng)中的可能運(yùn)動(dòng)情況如圖所示,軌跡1和3先出圓形磁場(chǎng),再出正方形磁場(chǎng),軌跡2顯示電子同時(shí)從圓形與正方形邊界出磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同,所以B、C判斷正確,D判斷錯(cuò)誤。 5.如圖所示,三根長(zhǎng)為l的直線電流在空間構(gòu)成等邊三角形,電流的方向垂直紙面向里。電流大小均為I,其中A、B電流在C處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小分別為B0,導(dǎo)線C位于水平面處于靜止?fàn)顟B(tài),則導(dǎo)線C受到的靜摩擦力是(　　) A.3B0Il,水平向左 B.3B0Il,水平向右 C.32B0Il,水平向左

7、 D.32B0Il,水平向右 答案:B 解析:根據(jù)安培定則,A電流在C處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于AC,B電流在C處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于BC,如圖所示。根據(jù)平行四邊形定則及幾何知識(shí)可知,合磁場(chǎng)的方向豎直向下,與AB邊平行,合磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小為B=2B0cos30°=3B0,由公式F=BIl得,導(dǎo)線C所受安培力大小為F=3B0Il,根據(jù)左手定則,導(dǎo)線C所受安培力方向水平向左,因?qū)Ь€C位于水平面處于靜止?fàn)顟B(tài),由平衡條件知,導(dǎo)線C受到的靜摩擦力方向?yàn)樗较蛴?故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 6.(2019·名師原創(chuàng)預(yù)測(cè))目前,世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī),立體圖如圖甲所示,側(cè)視

8、圖如圖乙所示,其工作原理是燃燒室在高溫下將氣體全部電離為電子與正離子,即高溫等離子體,高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以速度v=1 000 m/s進(jìn)入矩形發(fā)電通道,發(fā)電通道有垂直于噴射速度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖乙中垂直紙面向里),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B0=5 T,等離子體在發(fā)電通道內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn),這時(shí)兩金屬薄板上就會(huì)聚集電荷,形成電勢(shì)差。已知發(fā)電通道長(zhǎng)l=50 cm,寬h=20 cm,高d=20 cm,等離子體的電阻率ρ=4 Ω·m,電子的電荷量e=1.6×10-19 C。不計(jì)電子和離子的重力以及微粒間的相互作用,則以下判斷正確的是(　　) A.發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為2 500 V B.若電流表示數(shù)為16 A,則

9、單位時(shí)間(1 s)內(nèi)打在下極板的電子有1020個(gè) C.當(dāng)外接電阻為12 Ω時(shí),電流表的示數(shù)為50 A D.當(dāng)外接電阻為50 Ω時(shí),發(fā)電機(jī)輸出功率最大 答案:BC 解析:由等離子體所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡得qvB0=qEd,則得發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為E=B0dv=1000V,故A錯(cuò)誤;I=neΔt,代入數(shù)據(jù)解得n=1020個(gè),故B正確;發(fā)電機(jī)的內(nèi)阻為r=ρdl?=8Ω,由閉合電路歐姆定律得I=ER+r=50A,故C正確;當(dāng)電路中內(nèi)、外電阻相等時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出功率最大,此時(shí)外電阻為R=r=8Ω,故D錯(cuò)誤。 7.(2019·山東淄博一模)如圖甲所示,空間同時(shí)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng),磁感

10、應(yīng)強(qiáng)度為B,電場(chǎng)強(qiáng)度為E,一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)在將磁場(chǎng)方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°,同時(shí)給小球一個(gè)垂直磁場(chǎng)方向斜向下的速度v,如圖乙所示。則關(guān)于小球的運(yùn)動(dòng),下列說法正確的是(　　) A.小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) B.小球運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能守恒 C.小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)電勢(shì)能增加了mgv2Bq D.小球第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)歷時(shí)πm2qB 答案:AD 解析:小球在復(fù)合場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài),只受兩個(gè)力作用,即重力和電場(chǎng)力,且兩者平衡。當(dāng)把磁場(chǎng)沿順時(shí)針方向傾斜30°,且給小球一個(gè)垂直磁場(chǎng)方向的速度v,則小球受到的合力就是洛倫茲力,且與速度方向垂直,所以帶電粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

11、,選項(xiàng)A正確;由于帶電粒子在垂直于紙面的傾斜平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過程中受到的電場(chǎng)力要做功,所以機(jī)械能不守恒,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R=mvqB,則小球從開始到最低點(diǎn)克服電場(chǎng)力做功為W=qERsin30°=m2gv2qB,所以電勢(shì)能的增加量為m2gv2qB,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;小球從靜止到第一次運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的時(shí)間為14T=πm2qB,選項(xiàng)D正確。 8.如圖所示,有3塊水平放置的長(zhǎng)薄金屬板a、b和c,a、b之間相距為l。緊貼b板下表面豎直放置半徑為R的半圓形塑料細(xì)管,兩管口正好位于小孔M、N處。板a與b、b與c之間接有電壓可調(diào)的直流電源,板b與c之間還存在方向垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未標(biāo)

12、出)。當(dāng)體積為V0、密度為ρ、電荷量為q的帶電油滴,等間隔地以速度v0從a板上的小孔豎直向下射入,調(diào)節(jié)板間電壓Uba=U1、Ubc=U2時(shí),油滴穿過b板M孔進(jìn)入細(xì)管,恰能與細(xì)管無接觸地從N孔射出。忽略小孔和細(xì)管對(duì)電場(chǎng)的影響,不計(jì)空氣阻力。則以下說法正確的是(　　) A.油滴帶負(fù)電,板b與c之間的磁場(chǎng)方向向外 B.油滴進(jìn)入M孔的速度為v02+2gl+2qU1ρV0 C.b、c兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E為ρV0gq D.b、c兩板間的磁感應(yīng)強(qiáng)度為ρV0gqv02+2gl+2qU1ρV0 答案:ABC 解析:依題意可知,油滴在板b和c之間恰好做勻速圓周運(yùn)動(dòng),則其所受重力和靜電力平衡,洛倫茲力

13、提供向心力,由此判斷得出油滴帶負(fù)電,磁場(chǎng)方向向外,A正確;油滴進(jìn)入電場(chǎng)后,重力與靜電力均做功,設(shè)到M點(diǎn)時(shí)的速度為v1,由動(dòng)能定理得12mv12?12mv02=mgl+qU1,考慮到m=ρV0,解得v1=v02+2gl+2qU1ρV0,B正確;由上面分析可得mg=qE,解得E=ρV0gq,C正確;油滴在半圓形細(xì)管中運(yùn)動(dòng)時(shí),洛倫茲力提供向心力,即qv1B=mv12R,解得B=mv1qR=ρV0qRv02+2gl+2qU1ρV0,D錯(cuò)誤。 二、實(shí)驗(yàn)題(10分) 9.利用霍爾效應(yīng)可以測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度。如圖甲所示,將導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中,沿垂直磁場(chǎng)方向通入電流,在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場(chǎng)的方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)縱向

14、電勢(shì)差UH,這種現(xiàn)象叫霍爾效應(yīng)。導(dǎo)體材料中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)目為n,自由電荷所帶電荷量為q,將k=1nq定義為霍爾系數(shù)。利用霍爾系數(shù)k已知的材料制成探頭,其工作面(相當(dāng)于圖甲中垂直磁場(chǎng)的abb'a'面)的面積可以做到很小,因此可用來較精確測(cè)量空間某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度。 圖乙為一種利用霍爾效應(yīng)測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器,其中的探頭固定在探桿的前端,且使探頭的工作面與探桿垂直。這種儀器既可以控制通過探頭的電流I的大小,又可以測(cè)出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢(shì)差UH,并自動(dòng)計(jì)算出探頭所測(cè)位置磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。 (1)在利用上述儀器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中,對(duì)探桿的放置方位有何要求? (2)計(jì)算所測(cè)位置

15、磁感應(yīng)強(qiáng)度,除了k、I、UH外,還需要知道哪個(gè)物理量　　　　。(請(qǐng)?zhí)顚懴旅孢x項(xiàng)前的字母)? A.探頭沿磁場(chǎng)方向的厚度l B.探頭產(chǎn)生電勢(shì)差兩面間的距離h C.探頭沿電流方向的長(zhǎng)度l0 用上述物理量表示所測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=　　　　。? 答案:(1)使探桿與磁場(chǎng)方向平行(或調(diào)整探桿的放置方位使霍爾電勢(shì)差達(dá)到最大)　 (2)A　UHlkI 解析:(1)由題給信息易知,應(yīng)使探桿與磁場(chǎng)方向平行(或調(diào)整探桿的放置方位使霍爾電勢(shì)差達(dá)到最大);(2)自由電荷在運(yùn)動(dòng)過程中受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力是一對(duì)平衡力,即qvB=qUH?,I=nqvhl,k=1nq,聯(lián)立可得B=UHlkI。所以還需要知道l。

16、 三、計(jì)算題(本題共3小題,共42分) 10.(12分)(2018·全國卷Ⅲ)如圖,從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子,由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動(dòng),自M點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)邊界射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,磁場(chǎng)左邊界豎直。已知甲種離子射入磁場(chǎng)的速度大小為v1,并在磁場(chǎng)邊界的N點(diǎn)射出;乙種離子在MN的中點(diǎn)射出;MN長(zhǎng)為l。不計(jì)重力影響和離子間的相互作用。求: (1)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小; (2)甲、乙兩種離子的比荷之比。 答案:(1)4Ulv1　(2)1∶4 解析:(1)設(shè)甲種離子所帶電荷量為q1、質(zhì)量為m1,在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R1,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

17、B,由動(dòng)能定理有q1U=12m1v12① 由洛倫茲力公式和牛頓第二定律有 q1v1B=m1v12R1② 由幾何關(guān)系知2R1=l③ 由①②③式得B=4Ulv1。④ (2)設(shè)乙種離子所帶電荷量為q2、質(zhì)量為m2,射入磁場(chǎng)的速度為v2,在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R2。同理有 q2U=12m2v22⑤ q2v2B=m2v22R2⑥ 由題給條件有2R2=l2⑦ 由①②③⑤⑥⑦式得,甲、乙兩種離子的比荷之比為q1m1∶q2m2=1∶4。⑧ 11.(15分)如圖所示,區(qū)域中一部分有勻強(qiáng)磁場(chǎng),另一部分有勻強(qiáng)電場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里,電場(chǎng)方向與電、磁場(chǎng)分界線平行且向右。一帶正電粒子從

18、A點(diǎn)以速度v射入勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向未知,經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)與電場(chǎng)交界處P點(diǎn),此時(shí)速度方向垂直于兩個(gè)場(chǎng)的分界線,此后粒子在電場(chǎng)力的作用下,又經(jīng)過一段時(shí)間從C點(diǎn)離開電場(chǎng),A點(diǎn)和C點(diǎn)在同一豎直直線上。已知磁場(chǎng)寬度與電場(chǎng)寬度分別為l1和l2,A點(diǎn)與P點(diǎn)的水平距離為d,不計(jì)重力。求: (1)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中粒子的最大速度; (2)磁感應(yīng)強(qiáng)度與電場(chǎng)強(qiáng)度的比值BE。 答案:(1)l22+4d2l2v　(2)l22(l12+d2)v 解析:(1)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中只有電場(chǎng)力對(duì)粒子做功,所以當(dāng)粒子在C點(diǎn)射出電場(chǎng)時(shí)速度最大。粒子進(jìn)入電場(chǎng)后做類平拋運(yùn)動(dòng),其初速度為v,方向垂直于電場(chǎng)。 由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有l(wèi)2=

19、vt,d=12at2 加速度為a=qEm,由動(dòng)能定理得qEd=12mvC2?12mv2 聯(lián)立解得vC=l22+4d2l2v。 (2)粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(如圖所示)。 由于粒子在分界線處的速度與分界線垂直,圓心O應(yīng)在分界線上,OA長(zhǎng)度即為粒子運(yùn)動(dòng)的圓弧的半徑R。由幾何關(guān)系得R2=(R-d)2+l12 由洛倫茲力提供向心力得qvB=mv2R 由第(1)問可得,粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度 E=2mdv2ql22,由以上各式得BE=l22(l12+d2)v。 12.(15分)如圖甲所示,平行板M、N關(guān)于x軸對(duì)稱,右端剛好與y軸相交,板長(zhǎng)為l,板間距離也為l,兩板間加上如圖乙

20、所示的正弦式交流電壓(圖中Um已知),在y軸右側(cè)有垂直于xOy平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在平行板左端、x軸上A點(diǎn)有一粒子源,沿x軸正方向不斷發(fā)射質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子,粒子的速度大小相等,這些粒子剛好都能進(jìn)入磁場(chǎng),經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后剛好不能再進(jìn)入板間電場(chǎng)。粒子穿過兩板間所用的時(shí)間遠(yuǎn)小于T,不計(jì)粒子的重力。求: (1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。 (2)粒子打在y軸上的范圍。 答案:(1)2lmUmq　(2)0.5l≤y≤1.5l 解析:(1)帶電粒子在電場(chǎng)中做類平拋運(yùn)動(dòng),這些粒子剛好都能進(jìn)入磁場(chǎng), v0t1=l,12at12=l2,a=qUmml, 解得v0=qUmm。 可知出電場(chǎng)時(shí)帶電粒子的速度v=2v0=2qUmm,方向與x軸成α=45°。 進(jìn)入磁場(chǎng)后,qvB=mv2r。 剛好不能再進(jìn)入板間電場(chǎng),由幾何關(guān)系知r=22l。 解得B=2lmUmq。 (2)設(shè)進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)粒子的速度大小為v',方向與x的夾角為θ,則有 v'cosθ=v0, r'=mv'qB。 粒子的位置在y軸的側(cè)移為l'=2r'cosθ=l。 由此可知,粒子在y軸上的側(cè)移量都相同,都是向上側(cè)移l, 所以粒子打在y軸上的范圍為0.5l≤y≤1.5l。