高三物理磁场测试题及答案

高三物理磁场测试题及答案

一、本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一

个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分．

1．如图1所示，两根相互平行放置的长直导线a 和b 通有大小相等、方向相反的电流，a 受到磁场力的大小为F 1，当加入一与导线所在平面垂直的匀强磁场后，a 受到的磁场力大小变为F 2.则此时b 受到的磁场力大小为（ ） A ．F 2 B ．F 1－F 2

C ．F 1+F 2

D ．2F 1－F 2

2．如图2所示，某空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，已知一离子在电场力和磁场力作用下，从静止开始沿曲线acb 运动，到达b 点时速度为零，c 为运动的最低点.则 （ ） A ．离子必带负电

B ．a 、b 两点位于同一高度

C ．离子在c 点速度最大

D ．离子到达b 点后将沿原曲线返回

3．如图3所示，带负电的橡胶环绕轴OO ′以角速度ω匀速旋转，在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是 （ ） A ．N 极竖直向下 B ．N 极竖直向上 C ．N 极沿轴线向左 D ．N 极沿轴线向右

4．每时每刻都有大量带电的宇宙射线向地球射来，幸好地球磁场可以有效地改变这些宇宙射线多数射线粒子的运动方向，使它们不能到达地面，这对地球上的生命有十分重要的意义。假设有一个带正电的宇宙射线粒子垂直于地面向赤道射来（如图4，地球由西向东转，虚线表示地球自转轴，上方为地理北极），在地球磁场的作用下，它将向什么方向偏转？ （ ）

A ．向东

B ．向南

C ．向西

D ．向北

a b I

I

图1 ω N S O

O /

图3 图2

图4

5．如图5所示，甲是一个带正电的小物块，乙是一个不带电的绝缘物块，甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有水平方向的匀强磁场。现用水平恒力拉乙物块，使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动， 在加速运动阶段 （ ）

A ．乙物块与地之间的摩擦力不断增大

B ．甲、乙两物块间的摩擦力不断增大

C ．甲、乙两物块间的摩擦力大小不变。

D ．甲、乙两物块间的摩擦力不断减小

6．如图6，在一水平放置的平板MN 的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B ，磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m 带电量为+q 的粒子，以相同的速率v 沿位于纸面的各个方向，由小孔O 射入磁场区域。不计重力，不计粒子间的相互影响。带电粒子可能经过的区域的面积是 （ ）

A.2)(

23Bq mv π B. 2)(21Bq

mv π C. 2)(

Bq mv π D. 2)(2Bq

mv π 7．在半径为r 的圆形空间有一匀强磁场，一带电粒子以速度v 从A 沿半径方向入射，并从C 点射出，如图7所示(O 为圆心)， 已知∠AOC =120°，若在磁场中粒子只受洛仑兹力作用，则粒子在磁场中运行的时间（ ） A ．v

r 32π B ．v r 332π

C ．v

r

3π

D ．v r

33π。

8．如图8所示，有a 、b 、c 、d 四个离子，它们带等量同种电荷，质

量不等，有m a =m b ＜m c =m d ，以不等的速率v a ＜v b =v c ＜v d 进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，进入B 2磁场，由此可判定

（ ）

A ．射向P 1的是a 离子

B ．射向P 2的是b 离子

图5

甲 乙 F

B

图7

图6

C ．射向A 1的是c 离子

D ．射向A 2的是d 离子。

9．场强为E 的匀强电场和磁感强度为B 的匀强磁场正交。如图9所示，质量为m 的带电粒子在垂直于磁场方向的竖直平面，做半径为R 的匀速圆周运动，设重力加速度为g ，则下列结论正确的是 （ ） A ．粒子带负电，且q ＝mg ／E B ．粒子顺时针方向转动 C ．粒子速度大小v ＝BgR ／E

D ．粒子的机械能守恒

10．如图10是某离子速度选择器的原理示意图，在一半径为R =10cm 的圆柱形桶有B =1×

10-4T 的匀强磁砀，方向平行于轴线．在圆柱桶某一直径两端开有小孔．作为入射孔和出射孔．离子束以不同角度入射，最后有不同速度的离 子束射出．现有一离子源发射荷质比为γ=2×1011C/kg 的阳离子，且粒子束中速度分布连续．当角α=45°， 出射离子速度v 的大小是 （ ） A ．s m /1026

? B ．s m /10226

? C ．s m /10228

? D ．s m /10246

?

二、本题共2小题，共20分。把答案填在题中的横线上或按要求作图.

11．(10分)（1）磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B 2/2

μ，式中B 是感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B ，一学生用一根端面面积为A 的条形磁铁吸住一相同

N

F

S

图9

图10

面积的铁片P ，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离ΔL ，并测出拉力F ，如图11所示。因为F 所做的功等于间隙中磁场的能量，所示由此可得磁感应强度B 与F 、A 之间的关系为B = 。

(2)欧姆在探索通过导体的电流和电压、电阻关系时，因无电源和电流表，他利用同一金属块两端分别浸在冷水和热水中产生电动势来代替电源，用小磁针的偏转检测电流，具体做法是：在地磁场作用下处于水平静止的小磁针上方，平行于小磁针水平放置一直导线，当该导线过电流时，小磁针会发生偏转；当通过该导线电流为I 时，小磁针偏转了30o，则当他发现小磁针偏转了60o，通过该直导线的电流为(已知直导线在某点产生的磁场与通过直导线的电流成正比，忽略小磁针大小的影响)

A ．2I

B ．3I

C ．

3I

D ．无

12．(10分)(1)如图12所示是用电子射线管演示带电粒子在磁场中受洛仑兹力的实验装置，

图中虚线是带电粒子的运动轨迹，那么下列关于此装置的说确的有 （ ）

A ．A 端接的是高压直流电源的正极

B ．A 端接的是高压直流电源的负极

C ．C 端是蹄形磁铁的N 极

D ．C 端是蹄形磁铁的S 极

（2）M 、N 是真空管中两平行正对、靠得较近．．的、用不同材料制成的金属平板，M 板受紫外线照射后，将发射出沿各种可能的方向运动的光电子，而N 在紫外线照射下没有光电子射出。当把M 、N 板接入如图13所示的电路中，并用紫外线照射M 板，M 板因射出光电子形成电流，从而引起电流计指针偏转。若闭合开关S ，调节R 逐渐增大板间电压，可以发现电流逐渐减小，当电压表示数为U 时，电

流恰好为零，断开开关S ，在M 、N 间加垂直纸面的匀强 磁场，逐渐增大磁感应强度，也能使电流为零。当磁感强

图12

度为B 时，电流恰好为零，则两极板M 、N 之间的距离为： （已知光电子的带电量为e ，质量为m ） （ ）

A ．

eB

emU

4 B ．

eB

emU

C ．

eB

emU

4 D ．

eB

emU

8 三、本题共6小题，90分。解答应写出必要的文字说明、方程式和主要演算步骤，只写出

最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值与单位。

13. (14分)用一根长L =0.8m 的轻绳，吊一质量为m =1.0g 的带电小球，放在磁感应强度

B =0.1T ，方向如图14所示的匀强磁场中，将小球拉到与悬点

等高处由静止释放，小球便在垂直于磁场的竖直面摆动，当球第一次摆到低点时，悬线的力恰好为零（重力加速度

g =10m/s 2）(1)小球带何种电荷？电量为多少？

（2）小球第二次经过最低点时，悬线对小球的拉力多大？

14．(14分) 图15所示为一种可用于测量电子电量e 与质量m 比值e/m 的阴极射线管，管处

于真空状态。图中L 是灯丝，当接上电源时可发射电子。A 是中央有小圆孔的金属板，当L 和A 间加上电压时（其电压值比灯丝电压大很多），电子将被加速并沿图中虚直线所示的路径到达荧光屏S 上的O 点，发出荧光。P 1、P 2为两块平行于虚直线的金属板，已知两板间距为d 。在虚线所示的圆形区域可施加一匀强磁场，已知其磁感强度为B ，方向垂直纸面向外。a 、b 1、b 2、C 1、C 2都是固定在管壳上的金属引线。E 1、E 2、E 3是三个电压可调并可读出其电压值的直流电源。

（1）试在图中画出三个电源与阴极射线管的有关引线的连线。 （2）导出计算e/m 的表达式。要求用应测物理量及题给已知量表示。

图14

O

E E L b 1 b 2

A a

S C 1

C 2 P 1

P 2

图15

15．

（

15分）一微粒质量为

m带负电荷，电量大小是q，如图

16所示，将它以一定初速度在磁场中

M

点释放以后，它就做匀速直线运动，已知匀强磁场的磁感应强度为

B

，空气对微粒的阻力大小恒为f，求微粒做匀速运动时的速度。

16．（15分）长L=60cm质量为m=6.0×10-2kg，粗细均匀的金属棒，两端用完全相同的弹簧挂起，放在磁感强度为B=0.4T

，方向垂直纸面向里的匀强磁场中，如图17所示，若不计弹簧重力，问(1)要使弹簧不伸长，金属棒中电流的大小和方向如何?(2)

如在金属入自左向右、大小为I=0.2A的电流，金属棒下降x1=1cm，若通入金属棒中的电流仍为

0.2A，但方向相反，这时金属棒下降了多少?

17．（16分）如图18所示，两个宽度为d的有界磁场区域，磁感应强度都为B，方向如图18所示，不考虑左右磁场相互影响且有理想边界。一带电质点质量为m，电量为q，以一定的初速度从边界外侧垂直磁场方向射入磁场，入射方向与CD成θ角。若带电质点经过两磁场区域后又与初速度方向相同的速度出射。求初速度的最小值以及经过磁场区域的最长时间。（重力不计）。G

M

图16

图17

18．（16分）如图19甲所示，在两平行金属板的中线OO ′某处放置一个粒子源，粒子沿

OO ′方向连续不断地放出速度s m /100.150?=υ的带正电的粒子。在直线MN 的右

侧分布有围足够大的匀强磁场，磁感应强度B =0.01πT ，方向垂直纸面向里，MN 与中线OO ′垂直。两平行金属板间的电压U 随时间变化的U —t 图线如图19乙所示。已知带电粒子的荷质比

kg C m

q

/100.18?=，粒子的重力和粒子之间的作用力均可忽略不计，若s t 1.0=时刻粒子源放出的粒子恰能从平行金属板边缘离开电场（设在每个粒子通过电场区域的时间，可以把板间的电场看作是恒定的）。求： （1）s t 1.0=时刻粒子源放出的粒子离开电场时的速度大小和方向。 （2）从粒子源放出的粒子在磁场中运动的最短时间和最长时间。

M

N

O

/

图19甲

图19乙

参 考 答 案

1.A

2.BC

3.C

4.A

5.BD

6.A

7.D

8.A

9.ABC 10.B 11.(1)

A

F

μ2 (5分) (2)B (5分) 12.(1)BC (5分) (2)D (5分) 13.解：(1)设小球第一次到达最低点速度为v ，则由动能定律可得：

221mv mgL = (3分) L

v m mg Bqv 2

=- (3分)

解得q =7.5×10-2C ， 带负电. (3分)

(2)根据向心力公式得：mg mg Bqv F 2=-- (3分) 解得F =0.06N (3分)

14.解：（1）在b 1b 2间接E 1作为灯丝的加热电源，对于电源的极性没有要求；在ab 2间接E 2

作为加速电压，要求a 接E 2的正极；在C 1C 2间接E 3作为速度选择器的偏转电压，要求C 2接E 3的正极。具体连线略。(4分)

（2）设电子经过E 2加速以后获得的速度为v ，则据动能定理可得：

2

22

1mv eE =

（1） (4分) 调节E 3使电子在P 1P 2间不发生偏转，电场力和洛仑兹力平衡，即：

eBv d

E e

=3

（2） (4分) 由（1）、（2）式得：Bd

E E m e

2232= (2分)

15．解：带电微粒在运动过程中受到重力mg 、洛仑兹力F =Bqv 和

阻力f 的作用。受力图如图20所示。 (4分)

根据平衡条件可得： 2

2

2

)()(Bqv f

mg += (4分)

)/(2

2

2

Bq f g m v -= (4分)

方向与竖直方向成mg

f

arccos

=θ (3分) 16解：(1)要使弹簧不伸长，则重力应与安培力平衡，所以安培力应

向上，据左手定则可知电流方向应向右，因mg =BLI ，所以I=mg/BL =2.5A. (4分)

(2)因在金属入自左向右、大小为I 1=0.2A 的电流，金属棒下

图21

图20