【物理】2018年秋东方思维高三物理第一轮复习课时跟踪练:章末整合提升9磁场

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【物理】2018年秋东方思维高三物理第一轮复习课时跟踪练:章末整合提升9磁场

章末整合提升 磁场 ‎1.(多选)(2017·全国卷Ⅰ)如图,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3两两等距,均通有电流I,L1中电流方向与L2中的相同,与L3中的相反.下列说法正确的是(  )‎ A.L1所受磁场作用力的方向与L2、L3所在平面垂直 B.L3所受磁场作用力的方向与L1、L2所在平面垂直 C.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 1∶1∶ D.L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为 ∶∶1‎ 命题意图:本题考查安培定则、左手定则、磁场叠加、安培力及其相关的知识点.‎ 解析:由安培定则可判断出L2在L1处产生的磁场(B21)方向垂直L1和L2的连线竖直向上,L3在L1处产生的磁场(B31)方向垂直L1和L3的连线指向右下方,根据磁场叠加原理,L3和L2在L1处产生的合磁场(B合1)方向如图1所示,根据左手定则可判断出L1所受磁场作用力的方向与L2和L3的连线平行,选项A错误;同理,如图2所示,可判断出L3所受磁场(B合3)作用力的方向(竖直向上)与L1、L2所在的平面垂直,选项B正确;同理,如图3所示,‎ 设一根长直导线在另一根导线处产生的磁场的磁感应强度大小为B,根据几何知识可知,B合1=B,B合2=B,B合3=B,由安培力公式可知,L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小与该处的磁感应强度大小成正比,所以L1、L2和L3单位长度所受的磁场作用力大小之比为1∶1∶,选项C正确,选项D错误.‎ 图1     图2 ‎ 图3‎ 答案:BC ‎2.(2017·全国卷Ⅰ)如图,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里.三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc.已知在该区域内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动.下列选项正确的是(  )‎ A.ma>mb>mc   B.mb>ma>mc C.mc>ma>mb D.mc>mb>ma 命题意图:本题考查带电微粒在复合场(重力场、电场和磁场)中的运动及其相关的知识点.‎ 解析:该空间区域为匀强电场、匀强磁场和重力场的叠加场,a 在纸面内做匀速圆周运动,可知其重力与所受到的电场力平衡,洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力,有mag=qE,解得ma=.b在纸面内向右做匀速直线运动,由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向上,可知mbg=qE+qvbB,解得mb=+.c在纸面内向左做匀速直线运动,由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向下,可知mcg+qvcB=qE,解得mc=-.综上所述,可知mb>ma>mc,选项B正确.‎ 答案:B ‎3.(2016·全国卷Ⅰ)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为(  )‎ A.11 B.12‎ C.121 D.144‎ 命题意图:本题考查动能定理、洛伦兹力、匀速圆周运动及相关的知识点,意在考查考生运用相关知识分析、解决粒子在电场中加速和在匀强磁场中做匀速圆周运动问题的能力.‎ 解析:设加速电压为U,质子做匀速圆周运动的半径为r,‎ 原来磁场的磁感应强度为B,质子质量为m,一价正离子质量为M.质子在入口处从静止开始加速,由动能定理得,eU=mv,质子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,ev1B=m;一价正离子在入口处从静止开始加速,由动能定理得,eU=Mv,该正离子在磁感应强度为12B的匀强磁场中做匀速圆周运动,轨迹半径仍为r,洛伦兹力提供向心力,ev2·12B=M;联立解得M∶m=144∶1,选项D正确.‎ 答案:D ‎4.(2015·全国卷Ⅰ)两相邻匀强磁场区域的磁感应强度大小不同、方向平行.一速度方向与磁感应强度方向垂直的带电粒子(不计重力),从较强磁场区域进入到较弱磁场区域后,粒子的(  )‎ A.轨道半径减小,角速度增大 B.轨道半径减小,角速度减小 C.轨道半径增大,角速度增大 D.轨道半径增大,角速度减小 命题意图:本题考查洛伦兹力、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动及其相关的知识点,意在考查考生综合运用相关知识分析解决问题的能力.难度中等偏易.‎ 解析:带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,得qvB=m,解得轨道半径r=.带电粒子由较强磁场区域进入到较弱磁场区域,‎ 磁感应强度B减小,由r=可知,轨道半径r增大.由于洛伦兹力不做功,带电粒子速度不变,由角速度公式ω=,可知角速度减小,选项D正确,选项A、B、C错误.‎ 答案:D ‎5.(2015·全国卷Ⅰ)如图,一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;磁场的磁感应强度大小为0.1 T,方向垂直于纸面向里;弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为 12 V的电池相连,电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量为0.5 cm;闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了 0.3 cm.重力加速度大小取 10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.‎ 命题意图:本题主要考查安培力、闭合电路欧姆定律、胡克定律、物体平衡的条件,意在考查考生运用相关知识解决实际问题的能力.‎ 解析:依题意,开关闭合后,电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下.‎ 开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长为Δl1=0.5 cm.由胡克定律和力的平衡条件得 ‎2kΔl1=mg,①‎ 式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g 是重力加速度的大小.‎ 开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为 F=IBL,②‎ 式中,I是回路电流,L是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长了Δl2=0.3 cm,由胡克定律和力的平衡条件得 ‎2k(Δl1+Δl2)=mg+F,③‎ 由欧姆定律有 E=IR,④‎ 式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻.‎ 联立①②③④式,并代入题给数据得 m=0.01 kg.‎ 答案:方向竖直向下 0.01 kg
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