2020学年高二物理上学期 寒假作业（3）磁场

2020学年高二物理上学期 寒假作业（3）磁场

高二物理寒假作业（三）磁场 ‎ ‎1．下列关于电场线和磁感线的说法正确的是(　　)‎ A．二者均为假想的线，实际上并不存在 B．实验中常用铁屑来模拟磁感线形状，因此磁感线是真实存在的 C．任意两条磁感线不相交，电场线也是 D．磁感线是闭合曲线，电场线是不闭合的 ‎2．关于磁通量，正确的说法有(　　)‎ A．磁通量不仅有大小而且有方向，是矢量 B．在匀强磁场中，a线圈面积比b线圈面积大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的大 C．磁通量大，磁感应强度不一定大 D．把某线圈放在磁场中的M、N两点，若放在M处的磁通量比在N处的大，则M处的磁感应强度一定比N处大 ‎3.长直导线AB附近，有一带正电的小球，用绝缘丝线悬挂在M点，当导线通以如右图所示的恒定电流时，下列说法正确的是(　　)‎ A．小球受磁场力作用，方向与导线AB垂直且指向纸里 B．小球受磁场力作用，方向与导线AB垂直且指向纸外 C．小球受磁场力作用，方向与导线AB垂直向左 D．小球不受磁场力作用 ‎4．下列说法中正确的是(　　)‎ A．运动电荷不受洛伦兹力的地方一定没有磁场 B．如果把＋q改为－q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变 C．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向也一定与电荷速度方向垂直 D．粒子在只受洛伦兹力作用时运动的动能不变 ‎5．磁体之间的相互作用是通过磁场发生的．对磁场认识正确的是(　　)‎ A．磁感线有可能出现相交的情况 B．磁感线总是由N极出发指向S极 C．某点磁场的方向与放在该点小磁针静止时N极所指方向一致 D．若在某区域内通电导线不受磁场力的作用，则该区域的磁感应强度一定为零 ‎6.如右图所示，直导线处于足够大的磁场中，与磁感线成θ＝30°角，导线中通过的电流为I，为了增大导线所受的安培力，可采取的办法是(　　)‎ A．增大电流I B．增加直导线的长度 C．使导线在纸面内顺时针转30°角 D．使导线在纸面内逆时针转60°角 ‎7．如下图是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A‎1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是(　　)‎ A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小 ‎8．如右图所示，一半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m，电荷量为q的正电荷(重力忽略不计)以速度v沿正对着圆心O的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角．磁场的磁感应强度大小为(　　)‎ A. B. C. D. ‎9．如图所示，条形磁铁竖直放置，一水平圆环从磁铁上方位置Ⅰ 向下运动，到达磁铁上端位置Ⅱ，套在磁铁上到达中部Ⅲ，再到磁铁下端位置Ⅳ，再到下方Ⅴ.磁铁从Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ过程中，穿过圆环的磁通量变化情况是(　　)‎ A．变大，变小，变大，变小 B．变大，变大，变小，变小 C．变大，不变，不变，变小 D．变小，变小，变大，变大 ‎10．如上图所示，螺线管中通有电流，如果在图中的a、b、c三个位置上各放一个小磁针，其中a在螺线管内部，则(　　)‎ A．放在a处的小磁针的N极向左 B．放在b处的小磁针的N极向右 C．放在c处的小磁针的S极向右 D．放在a处的小磁针的N极向右 ‎11．如上图所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬于a、b两点，棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时悬线上有拉力，为了使拉力等于零，可以(　　)‎ A．适当减小磁感应强度　　　　B．使磁场反向 C．适当增大电流 D．使电流反向 ‎12．如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是(　　)‎ A．都绕圆柱转动 B．以不等的加速度相向运动 C．以相等的加速度相向运动 D．以相等的加速度背向运动 ‎13．如图所示，竖直放置的平行板电容器，A板接电源正极，B板接电源负极，在电容器中加一与电场方向垂直的、水平向里的匀强磁场．一批带正电的微粒从A板中点小孔C射入，射入的速度大小方向各不相同，考虑微粒所受重力，微粒在平行板A、B间运动过程中(　　)‎ A．所有微粒的动能都将增加 B．所有微粒的机械能都将不变 C．有的微粒可以做匀速圆周运动 D．有的微粒可能做匀速直线运动 ‎14．电子以垂直于匀强磁场的速度v，从a点进入长为d，宽为L的磁场区域，偏转后从b点离开磁场，如上 图所示，若磁场的磁感应强度为B，那么(　　)‎ A．电子在磁场中的运动时间t＝d/v B．电子在磁场中的运动时间t＝/v C．洛伦兹力对电子做的功是W＝Bev2t D．电子在b点的速度值也为v ‎15．如下图所示，质量为m，带电荷量为－q的微粒以速度v与水平方向成45°角进入匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．如果微粒做匀速直线运动，则下列说法正确的是(　　)‎ A．微粒受电场力、洛伦兹力、重力三个力作用 B．微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用 C．匀强电场的电场强度E＝ D．匀强磁场的磁感应强度B＝ ‎16．某电子以固定的正电荷为圆心在匀强磁场中作匀速圆周运动，磁场方向垂直于它的运动平面，电子所受正电荷的电场力恰好是磁场对它的作用力的3倍，若电子电荷量为e，质量为m，磁感应强度为B，那么电子运动的可能角速度是(　　)‎ A. B. C. D. ‎17．如图所示，在边长为‎2a的正三角形区域内存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，一个质量为m、电荷量为－q的带电粒子(重力不计)从AB边的中点O以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与AB边的夹角为60°，若要使粒子能从AC边穿出磁场，则匀强磁场的大小B需满足(　　)‎ A．B＞ B．B＜ C．B＞ D．B＜ ‎18．据报道，最近已研制出一种可以投入使用的电磁轨道炮，其原理如图所示．炮弹(可视为长方形导体)置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接．开始时炮弹在导轨的一端，通电流后炮弹会被磁场力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出．设两导轨之间的距离d＝‎0.10 m，导轨长L＝‎5.0 m，炮弹质量m＝‎‎0.30 kg ‎.导轨上的电流I的方向如图中的箭头所示．可认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝2.0 T，方向垂直于纸面向里．若炮弹出口速度为v＝2.0×‎103 m/s，求通过导轨的电流I.忽略摩擦力与重力的影响．‎ ‎19．如下图所示，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．现在质量为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，则粒子入射速率v的最大值可能是多少？‎ ‎20．如图所示的装置，左半部为速度选择器，右半部为匀强的偏转电场．一束同位素离子流从狭缝S1射入速度选择器，能够沿直线通过速度选择器并从狭缝S2射出的离子，又沿着与电场垂直的方向，立即进入场强大小为E的偏转电场，最后打在照相底片D上．已知同位素离子的电荷量为q(q>0)，速度选择器内部存在着相互垂直的场强大小为E0的匀强电场和磁感应强度大小为B0的匀强磁场，照相底片D与狭缝S1、S2的连线平行且距离为L，忽略重力的影响．‎ ‎(1)求从狭缝S2射出的离子速度v0的大小；‎ ‎(2)若打在照相底片上的离子在偏转电场中沿速度v0方向飞行的距离为x，求出x与离子质量m之间的关系式(用E0、B0、E、q、m、L表示)．‎ ‎21．如图所示，AB为一段光滑绝缘水平轨道，BCD为一段光滑的圆弧轨道，半径为R，今有一质量为m、带电荷量为＋q的绝缘小球，以速度v0从A点向B点运动，后又沿弧BC做圆周运动，到C点后由于v0较小，故难运动到最高点．如果当其运动至C点时，忽然在轨道区域加一匀强电场和匀强磁场，使其能运动到最高点，此时轨道弹力为零，且贴着轨道做匀速圆周运动，求：‎ ‎(1)匀强电场的方向和强度；(2)磁场的方向和磁感应强度．‎ ‎(3)小球到达轨道的末端点D后，将做什么运动？‎ ‎22．图中左边有一对平行金属板，两板相距为d，电压为U，两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B0，方向与金属板面平行并垂直于纸面朝里．图中右边有一半径为R、圆心为O的圆形区域，区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面朝里．一电荷量为q的正离子沿平行于金属板面、垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿同一方向射出平行金属板之间的区域，并沿直径EF方向射入磁场区域，最后从圆形区域边界上的G点射出．已知弧所对应的圆心角为θ，不计重力．求 ‎(1)离子速度的大小； (2)离子的质量．‎ 高二物理寒假作业（三）磁场 参考答案 ‎1．解析：　两种场线均是为形象描绘场而引入的，实际上并不存在，故A对；任意两条磁感线或电场线不能相交，否则空间一点会有两个磁场或电场方向，故C对；磁体外部磁感线由N极指向S极，内部由S极指向N极，故磁感线是闭合的曲线．而电场线始于正电荷，终于负电荷，故不闭合，D对．故正确答案为ACD.‎ 答案：　ACD ‎2．解析：　磁通量是标量，大小与B、S及放置角度均有关，只有C项说法完全正确．‎ 答案：　C ‎3．解析：　电场对其中的静止电荷、运动电荷都产生力的作用，而磁场只对其中的运动电荷才有力的作用，且运动方向不能与磁场方向平行，所以只有D选项正确．‎ 答案：　D ‎4．解析：　带电粒子所受洛伦兹力的大小不仅与速度的大小有关，还与速度和磁场方向间的夹角有关，A错误； 由F＝qvBsin θ知，q、v、B中有两项相反而其他不变时，F不变，B正确；不管速度是否与磁场方向垂直，洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，与磁场方向垂直，即垂直于v和B所决定的平面，但v与B不一定互相垂直，C错误；由于洛伦兹力始终与速度方向垂直，故洛伦兹力不做功，若粒子只受洛伦兹力作用，运动的动能不变，D正确．‎ 答案：　BD ‎5．解析：　根据磁感线的特点：①磁感线在空间不能相交；②磁感线是闭合曲线；③磁感线的切线方向表示磁场的方向(小磁针静止时N极指向)，可判断选项A、B错误，C正确．通电导线在磁场中是否受力与导线在磁场中的放置有关，故D错．‎ 答案：　C ‎6．解析：　由公式F＝ILBsin θ，A、B、D三项正确．‎ 答案：　ABD ‎7．解析：　粒子先在电场中加速，进入速度选择器做匀速直线运动，最后进入磁场做匀速圆周运动．在速度选择器中受力平衡：Eq＝qvB得v＝E/B，方向由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，B、C正确．进入磁场后，洛伦兹力提供向心力，qvB0＝得，R＝，所以荷质比不同的粒子偏转半径不一样，所以，A对，D错．‎ 答案：　ABC ‎8．解析：　本题考查带电粒子在磁场中的运动．根据画轨迹、找圆心、定半径思路分析．注意两点，一是找圆心的两种方法(1)根据初末速度方向垂线的交点．(2)根据已知速度方向的垂线和弦的垂直平分线交点．二是根据洛伦兹力提供向心力和三角形边角关系，确定半径．分析可得B选项正确．‎ 答案：　B ‎9．解析：　从条形磁铁磁感线的分布情况看，穿过圆环的磁通量在位置Ⅲ处最大，所以正确答案为B.熟悉几种常见磁场的磁感线分布图，知道条形磁铁内部的磁感线方向是从S极到N极．‎ 答案：　B ‎10．解析：　由安培定则，通电螺线管的磁场如右图所示，右端为N极，左端为S极，在a点磁场方向向右，则小磁针在a点时，N极向右，则A项错，D项对；在b点磁场方向向右，则磁针在b点时，N极向右，则B项正确；在c点，磁场方向向右，则磁针在c点时，N极向右，S极向左，则C项错．‎ 答案：　BD ‎11．解析：　首先对MN进行受力分析，受竖直向下的重力G，受两根软导线的竖直向上的拉力和安培力．处于平衡时：‎‎2F ‎＋BIL＝mg，重力mg恒定不变，欲使拉力F减小到0，应增大安培力BIL，所以可增大磁场的磁感应强度B或增加通过金属棒中的电流I，或二者同时增大．‎ 答案：　C ‎12．答案：　C 13．答案：　D ‎14．解析：　由于电子做的是匀速圆周运动，故运动时间t＝/v，B项正确；由洛伦兹力不做功可得C错误，D正确．‎ 答案：　BD ‎15．解析：因为微粒做匀速直线运动，所以微粒所受合力为零，受力分析如图所示，微粒在重力、电场力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，可知，qE＝mg，qvB＝mg，得电场强度E＝，磁感应强度B＝，因此A正确．‎ 答案：　A ‎16．解析：　电子受电场力和洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，当两力方向相同时有：Ee＋evB＝mω2r，Ee＝3Bev，v＝ωr，联立解得ω＝，故A正确；当两力方向相反时有Ee－evB＝mω2r，与上面后两式联立得ω＝，C正确．‎ 答案：　AC ‎17．解析：　粒子刚好达到C点时，其运动轨迹与AC相切，则粒子运动的半径为r0＝acot 30°.由r＝得，粒子要能从AC边射出，粒子运动的半径r＞r0，解得B＜，选项B正确．‎ 答案：　B ‎18．解析：　在导轨通有电流I时，炮弹作为导体受到磁场施加的安培力为F＝IdB①‎ 设炮弹d加速度的大小为a，则有F＝ma②‎ 炮弹在两导轨间做匀加速运动，因而v2＝2aL③‎ 联立①②③式得：I＝，④‎ 代入题给数据得I＝6.0×‎105 A.‎ 答案：　6.0×105A。‎ ‎19．解析：　题目中只给出粒子“电荷量为q”，未说明是带哪种电荷．若带正电荷，轨迹是如右图所示上方与NN′相切的1/4圆弧，轨道半径：R＝，‎ 又d＝R－R/，‎ 解得v＝(2＋) 若带负电荷，轨迹如图所示下方与NN′相切的3/4圆弧，则有：d＝R＋R/，‎ 解得v＝(2－)Bqd/m.‎ 所以本题正确答案为(2＋)或(2－).‎ 若考虑不到粒子带电性的两种可能情况，就会漏掉一个答案．‎ 答案：　(2＋) ‎20．解析：　(1) 能从速度选择器射出的离子满足qE0＝qv0BO① v0＝.②‎ ‎(2)离子进入匀强偏转电场E后做类平抛运动，则x＝v0t③ L＝at2④‎ 由牛顿第二定律得 qE＝ma⑤‎ 由②③④⑤解得 x＝ .‎ 答案：　(1)　(2) ‎21．解析：　(1)小球到达C点的速度为vC，由动能定理得：－mgR＝mvC2－mv02，所以vC＝.在C点同时加上匀强电场E和匀强磁场B后，要求小球做匀速圆周运动，对轨道的压力为零，必然是洛伦兹力提供向心力，且有qE＝mg，故匀强电场的方向应为竖直向上，大小E＝.‎ ‎(2)由牛顿第二定律得：qvCB＝m，所以B＝＝，B的方向应垂直于纸面向外．小球离开D点后，由于电场力仍与重力平衡，故小球仍然会在竖直平面内做匀速圆周运动，再次回到BCD轨道时，仍与轨道没有压力，连续做匀速圆周运动．‎ 答案：　(1)匀强电场的方向竖直向上..(2)垂直于纸面向外． (3)仍做匀速圆周运动 ‎22．解析：　(1)由题设知，离子在平行金属板之间做匀速直线运动，它所受到的向上的磁场力和向下的电场力平衡qvB0＝qE0①‎ 式中，v是离子运动速度的大小，E0是平行金属板之间的匀强电场的强度，有E0＝②‎ 由①②式得v＝.③‎ ‎(2)在圆形磁场区域，离子做匀速圆周运动．由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有qvB＝m④‎ 式中，m和r分别是离子的质量和它做圆周运动的半径．由题设，离子从磁场边界上的点G穿出，离子运动的圆周的圆心O′必在过E点垂直于EF的直线上，且在EG的垂直平分线上．由几何关系有 r＝Rtan α⑤‎ 式中，α是OO′与直径EF的夹角．由几何关系有2α＋θ＝π⑥‎ 联立③④⑤⑥式得，离子的质量为m＝cot .⑦‎ 答案：　(1)　(2)cot