2013届高三总复习单元综合测试卷：第8单元《磁场》

2013届高三总复习单元综合测试卷：第8单元《磁场》

新课标人教版2013届高三物理总复习单元综合测试卷 第八单元《磁场》‎ 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分 试卷满分为100分。考试时间为90分钟。‎ 第Ⅰ卷(选择题，共40分)‎ 一、选择题(本大题包括10小题，每小题4分，共40分。)‎ ‎1．磁性是物质的一种普遍属性，大到宇宙中的星球，小到电子、质子等微观粒子几乎都会呈现出磁性．地球就是一个巨大的磁体，其表面附近的磁感应强度约为3×10－5～5×10－5 T，甚至一些生物体内也会含有微量强磁性物质如Fe3O4.研究表明：鸽子正是利用体内所含有的微量强磁性物质在地磁场中所受的作用来帮助辨别方向的．如果在鸽子的身上绑一块永磁体材料，且其附近的磁感应强度比地磁场更强，则 ‎(　　)‎ A．鸽子仍能辨别方向 B．鸽子更容易辨别方向 C．鸽子会迷失方向 D．不能确定鸽子是否会迷失方向 解析：因为鸽子是利用体内所含有的微量强磁性物质在地磁场中所受的作用来帮助辨别方向的．当在鸽子的身上绑一块永磁体材料后，改变了原有的磁场，鸽子会迷失方向，故选C.‎ 答案：C ‎2．如图1所示，磁带录音机可用作录音，也可用作放音，其主要部件为可匀速行进的磁带a和绕有线圈的磁头b.下面对于它们在录音、放音过程中主要工作原理的描述，正确的是 ‎(　　)‎ 图1‎ A．放音的主要原理是电磁感应，录音的主要原理是电流的磁效应 B．录音的主要原理是电磁感应，放音的主要原理是电流的磁效应 C．放音和录音的主要原理都是磁场对电流的作用 D．放音和录音的主要原理都是电磁感应 答案：A ‎3．空间存在一个匀强磁场B，其方向垂直纸面向里，还有一点电荷Q的电场，如图2所示，一带电粒子－q以初速度v0从图示位置垂直于电场、磁场入射，初位置到点电荷＋Q的距离为r，则粒子在电、磁场中的运动轨迹不可能为 ‎(　　)‎ A．以点电荷＋Q为圆心，以r为半径，在纸平面内的圆周 B．初阶段在纸面内向右偏的曲线 C．初阶段在纸面内向左偏的曲线 D．沿初速度v0方向的直线 解析：如果此时刚好有k－qv0B＝m，则粒子在电磁场中可以做以点电荷＋Q为圆心、以r为半径、在纸平面内的圆周运动，所以A选项正确．如果k＞qv0B，粒子向左偏；如果k＜qv0B，粒子向右偏．但不会沿v0方向做直线运动，因为粒子受到的合力方向与速度方向不可能在一条直线上，所以应选D.‎ 答案：D ‎4．如图3所示，直导线AB、螺线管C、电磁铁D三者相距较远，它们的磁场互不影响. 当开关S闭合稳定后，则图中小磁针的北极N(黑色的一端)指示出磁场方向正确的是 ‎(　　)‎ 图3‎ A．a　　　　　　　 B．b C．c D．d 解析：接通电源后，直导线、螺线管、电磁铁等都将产生磁场，应用安培定则逐一进行判断．为了便于判断所标出的小磁针N极的指向是否正确，先根据安培定则画出有关磁场中经过小磁针的磁感线及其方向，如图4所示．根据安培定则，对于通电直导线AB的确定，磁感线是以导线AB上各点为圆心的同心圆，且都在跟导线垂直的平面上，其方向是逆时针方向，显然磁针a所示不对．通电螺线管C内部的磁感线是由左指向右，外部的磁感线是由右向左，故b所示正确、c所示不对，对电磁铁D(与蹄形磁铁相似)．由安培定则可知，电磁铁的左端为N极，右端为S极，可见小磁针d所示正确，因此答案为B、D.‎ 图4‎ 答案：BD ‎5．如图5所示，两根平行放置的长直导线a和b载有大小相同、方向相反的电流，a受到的磁场力大小为F1.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F2，则此时b受到的磁场力大小变为 ‎(　　)‎ 图5‎ A．F2　　　　　　　 B．F1－F2‎ C．F1＋F2 D．‎2F1－F2‎ 解析：根据安培定则和左手定则，可以判定a导线受b中电流形成的磁场的作用力F1，方向向左．同理b受a中电流形成磁场的作用力大小也是F1，方向向右．新加入的磁场无论什么方向，a、b受到的这个磁场的作用力F总是大小相等方向相反．如果F与F1方向相同，则两导线受到的力大小都是F＋F1.若F与F1方向相反，a、b受到的力的大小都是|F－F1|.因此当再加上磁场时若a受的磁场力大小是F2，b受的磁场力大小也是F2，所以A对．‎ 答案：A ‎6．如图6所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1 T的匀强磁场中，CO间距离为‎10 cm，当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为 ‎(　　)‎ 图6‎ A．电流方向C→O B．电流方向O→C C．电流大小为‎1 A D．电流大小为‎0.5 A 解析：由左手定则，电流的方向O→C，由B＝得I＝＝‎2 A.‎ 答案：B ‎7．如图7所示，a为带正电的小物块，b是一不带电的绝缘物块(设a、b间无电荷转移)，a、b叠放于粗糙的水平地面上，地面上方有垂直纸面向里的匀强磁场，现用水平恒力F拉b物块，使a、b一起无相对滑动地向左加速运动，在加速运动阶段 ‎(　　)‎ 图7‎ A．a对b的压力不变　　　　 B．a对b的压力变大 C．a、b物块间的摩擦力变小 D．a、b物块间的摩擦力不变 解析：a向左加速时受到的竖直向下的洛伦兹力变大，故对b的压力变大，B项正确；从a、b整体看，由于a受到的洛伦兹力变大，会引起b对地面的压力变大，滑动摩擦力变大，整体的加速度变小，再隔离a，b对a的静摩擦力提供其加速度，由Fba＝ma·a知，a、b间的摩擦力变小，选项C亦正确．‎ 答案：BC ‎8．一圆柱形磁铁竖直放置，如图8所示，在它的右侧上方有一带正电小球，现使小球获得一水平速度，小球若能在水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是 ‎(　　)‎ 图8‎ A．俯视观察，小球的运动方向可以是顺时针，也可以是逆时针 B．俯视观察，小球的运动方向只能是顺时针 C．俯视观察，小球的运动方向只能是逆时针 D．不可能实现小球在平面内做匀速圆周运动 解析：小球所受的洛伦兹力与重力的合力提供向心力．‎ 答案：B ‎9．地球大气层外部有一层复杂的电离层，既分布有地磁场，也分布有电场．假设某时刻在该空间中有一小区域存在如图9所示的电场和磁场；电场的方向在纸面内斜向左下方，磁场的方向垂直纸面向里，此时一带电宇宙粒子，恰以速度v垂直于电场和磁场射入该区域，不计重力作用，则在该区域中，有关该带电粒子的运动情况可能的是 ‎(　　)‎ 图9‎ A．仍做直线运动 B．立即向左下方偏转 C．立即向右上方偏转 D．可能做匀速圆周运动 解析：比较Eq与Bqv，因二者开始时方向相反，当二者相等时，A正确．当Eq＞Bqv时，向电场力方向偏，当Eq＜Bqv时，向洛伦兹力方向偏，B、C正确．有电场力存在，粒子不可能做匀速圆周运动，D错．‎ ‎ 答案：ABC ‎10．目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能．如图10所示为它的发电原理图．将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体上来说呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路．设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g，则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为 ‎(　　)‎ 图10‎ A．I＝，A→R→B B．I＝，B→R→A C．I＝，B→R→A D．I＝，A→R→B 解析：等离子体切割磁场的等效长度为d，切割速度为v，感应电动势为Bdv.由闭合电路欧姆定律得I＝，其中r＝ρ＝，所以，电流强度I＝.由右手定则判断可知上极板为高电势，那么外部的电流方向为A到R到B.‎ 答案：D 第Ⅱ卷(非选择题，共60分)‎ 二、填空题(每小题10分，共20分)‎ ‎11．实验室里可以用图11甲所示的小罗盘估测条形磁铁磁场的磁感应强度．方法如图乙所示，调整罗盘，使小磁针静止时N极指向罗盘上的零刻度(即正北方向)，将条形磁铁放在罗盘附近，使罗盘所在处条形磁铁的方向处于东西方向上，此时罗盘上的小磁针将转过一定角度．若已知地磁场的水平分量Bx，为计算罗盘所在处条形磁铁磁场的磁感应强度B，则只需知道________，磁感应强度的表达式为B＝________.‎ 图11‎ 答案：罗盘上指针的偏转角　Bxtanθ ‎12．如图12所示，空间有一垂直纸面向外的磁感应强度为0.5T的匀强磁场，一质量为‎0.2 kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速度放置一质量为‎0.1 kg、电荷量q＝＋‎0.2 C的滑块，滑块与绝缘木板之间的动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力．现对木板施加方向水平向左，大小为0.6 N的恒力，g取‎10 m/s2，则木板的最大加速度为________；滑块的最大速度为________．‎ 图12‎ 解析：开始滑块与板一起匀加速，刚发生相对滑动时整体的加速度a＝＝‎2 m/s2，对滑块μ(mg－qvB)＝ma，代入数据可得此时刻的速度为‎6 m/s.此后滑块做加速度减小的加速运动，最终匀速．mg＝qvB代入数据可得此时刻的速度为‎10 m/s.而板做加速度增加的加速运动，最终匀加速．板的加速度a＝＝‎3 m/s2‎ 答案：‎3 m/s2　‎10 m/s 三、计算题(每小题10分，共40分)‎ ‎13．有两个相同的全长电阻为9 Ω的均匀光滑圆环，固定于一个绝缘的水平台面上，两环分别在两个互相平行的、相距为‎20 cm的竖直面内，两环的连心线恰好与环面垂直，两环面间有方向竖直向下的磁感强度B＝0.87 T的匀强磁场，两球的最高点A和C间接有一内阻为0.5 Ω的电源，连接导线的电阻不计．今有一根质量为‎10 g，电阻为1.5 Ω的棒置于两环内侧且可顺环滑动，而棒恰好静止于如图13所示的水平位置，它与圆弧的两接触点P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为θ＝60°，取重力加速度g＝‎10 m/s2.试求此电源电动势E的大小．‎ 图13‎ 解析：在图中，从左向右看，棒PQ的受力如图14所示，棒所受的重力和安培力FB的合力与环对棒的弹力FN是一对平衡力，且FB＝mgtanθ＝mg 而FB＝IBL，所以I＝ ‎＝ A＝‎‎1 A 图14‎ 在右图所示的电路中两个圆环分别连入电路中的电阻为R，则R＝ Ω＝2 Ω 由闭合电路欧姆定律得E＝I(r＋2R＋R棒)‎ ‎＝1×(0.5＋2×2＋1.5) V＝6 V 答案：6 V ‎14.如图15所示，匀强磁场中放置一与磁感线平行的薄铅板，一个带电粒子进入匀强磁场，以半径R1＝‎20 cm做匀速圆周运动．第一次垂直穿过铅板后以半径R2＝‎19 cm做匀速圆周运动，则带电粒子能够穿过铅板的次数是多少？‎ 图15‎ 解析：粒子每穿过铅板一次损失的动能都相同，但是粒子每穿过铅板一次其速度的减少却是不同的，速度大时，其速度变化量小；速度小时，速度变化量大．但是粒子每次穿过铅板时受铅板的阻力相同，所以粒子每次穿过铅板克服阻力做的功相同，因而每次穿过铅板损失的动能相同．‎ 粒子每穿过铅板一次损失的动能为：‎ ΔEk＝mv－mv＝(R－R)‎ 粒子穿过铅板的次数为：‎ n＝＝＝10.26次，取n＝10次．‎ 答案：10‎ ‎15．如图16所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝k.式中的比例系数k称为霍尔系数．霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力．当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．‎ 图16‎ 设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题：‎ ‎(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势________下侧面A′的电势(填“高于”“低于”或“等于”)；‎ ‎(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________；‎ ‎(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为________；‎ ‎(4)由静电力的洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k＝，其中n代表导体板单位体积中电子的个数．‎ 解析：(1)导体中电子运动形成电流，电子运动方向与电流方向相反，利用左手定则可判定电子向A板偏，A′板上出现等量正电荷，所以A板电势低于A′板电势．‎ ‎(2)洛伦兹力大小F＝Bev ‎(3)静电力 F电＝Ee＝e ‎(4)由F＝F电得Bev＝e　U＝hvB 导体中通过的电流I＝nev·d·h 由U＝k得hvB＝k　hvB＝k 得k＝ 答案：(1)低于　(2)evB　(3)e　(4)见解析 ‎16.‎ 如图17，在宽度分别为l1和l2的两个毗邻的条形区域中分别有匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直于纸面向里，电场方向与电、磁场分界线平行向右．一带正电荷的粒子以速率v从磁场区域上边界的P点斜射入磁场，然后以垂直于电、磁场分界线的方向进入电场，最后从电场边界上的Q点射出．已知PQ垂直于电场方向，粒子轨迹与电、磁场分界线的交点到PQ的距离为d.不计重力，求电场强度与磁感应强度大小之比以及粒子在磁场与电场中运动时间之比．‎ 图17‎ 解析：‎ 粒子在磁场中做匀速圆周运动(如图18)．由于粒子在分界线处的速度与分子界线垂直，圆心O应在分界线上．OP长度即为粒子运动的圆弧的半径R.‎ 由几何关系得 图18‎ R2＝l＋(R－d)2①‎ 设粒子的质量和所带正电荷分别为m和q，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律得 qvB＝m②‎ 设P′为虚线与分界线的交点，∠POP′＝α，则粒子在磁场中的运动时间为 t1＝③‎ sinα＝④‎ 粒子进入电场后做类平抛运动，其初速度为v，方向垂直于电场．设粒子加速度大小为a，由牛顿第二定律得 qE＝ma⑤‎ 由运动学公式有d＝at⑥‎ l2＝vt2⑦‎ 式中t2是粒子在电场中运动的时间．由①②⑤⑥⑦式得 ＝v⑧‎ 由①③④⑦式得＝arcsin()⑨‎