2021高考物理（选择性考试）人教版一轮章末检测：9 磁场

2021高考物理（选择性考试）人教版一轮章末检测：9 磁场

www.ks5u.com 章末检测9　磁　　场 ‎(时间90分钟　满分100分)‎ 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分．在每小题给出的四个选项中，第1～8小题只有一个选项正确，第9～12小题有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分)‎ ‎1．2016年备受瞩目的国家自然科学奖一等奖，颁给了中国科学技术大学潘建伟院士领衔的“多光子纠缠及干涉度量”项目，在物理学理论建立的过程中，有许多科学家做出了贡献．关于科学家的贡献和研究方法，下列说法正确的是(　　)‎ A．法拉第首先引入电场线和磁感线，极大地促进了他对电磁现象的研究 B．库仑提出了库仑定律，并最早用实验测得元电荷e的数值 C．奥斯特发现了电流的磁效应，并发现了电磁感应现象 D．“点电荷”“总电阻”“电场强度”概念的提出应用了等效替代的方法 答案：A ‎2．一通电直导线长度为1 cm、质量为1 g、电流为1 A，用根绝缘轻质细线悬挂在天花板上，静止在水平位置，如下正面图．在通电导线所处位置加上匀强磁场，静止后细线与竖直方向成30°角，如下侧面图(θ＝30°)，g取10 m/s2，则B的最小值及对应方向是(　　)‎ A．0.866 T，方向竖直向下 B．0.5 T，方向沿线向上 C．0.577 T，方向沿线向上 D．1 T，方向平行于纸面水平向左 解析：当安培力方向与拉力方向垂直时，此时安培力最小，磁场方向沿线向上，由几何关系可得F＝mgsin 30°，安培力为F＝BIL，联立以上解得B＝0.5 T，故B正确. ‎ 答案：B ‎3．如图所示，有一边长l＝2 m的正三角形区域内有垂直纸面向内的匀强磁场，磁感应强度大小B＝T，有一比荷＝200 C/kg的带正电粒子从AB边上的P点垂直AB边进入磁场，AP的距离为 m，要使粒子能从AC边射出磁场，带电粒子的最大初速度为(粒子的重力不计)(　　)‎ A．500 m/s　　　　 B．600 m/s C．4×102 m/s D．1 200 m/s 解析：由题意，使粒子能从AC边射出磁场，带电粒子有最大初速度时的轨迹如图所示；由几何关系可知，R＝ m，由qvB＝解得v＝＝×200× m/s＝600 m/s.‎ 答案：B ‎4.如图所示，ab是一弯管，其中心线是半径为R的一段圆弧，将之置于一匀强磁场中，磁感线方向垂直于圆弧所在的纸面并向外，一束粒子对准左端射入弯管，粒子有不同的质量，不同的速度，但都是一价正离子，则(　　)‎ A．只有速度大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 B．只有质量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 C．只有动能大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 D．只有动量大小一定的粒子可以沿中心线通过弯管 答案：D ‎5.如图所示，一带电小球在一正交电场、磁场区域里做匀速圆周运动，电场方向竖直向下，磁场方向垂直纸面向里，则下列说法正确的是 (　　)‎ A．小球一定带正电 B．小球一定带负电 C．小球的绕行方向为逆时针 D．改变小球的速度大小，小球将不做圆周运动 答案：B ‎6.如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b(　　)‎ A．穿出位置一定在O′点下方 B．穿出位置一定在O′点上方 C．运动时，在电场中的电势能一定减小 D．在电场中运动时，动能一定减小 答案：C ‎7.如图所示，正三角形的三条边都与圆相切，在圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，质子P(H)和氦核Q(He)都从顶点A沿∠BAC的角平分线方向射入磁场，质子P(H)从C点离开磁场，氦核Q(He)从相切点D离开磁场，不计粒子重力，则质子和氦核的入射速度大小之比为(　　)‎ A．6∶1 B．3∶1‎ C．2∶1 D．3∶2‎ 解析：当质子P(H)从顶点A沿∠BAC 的角平分线方向射入磁场，根据对称性可画出运动轨迹如图1所示，设内切圆的半径为R，根据几何关系得，轨迹半径r1＝R；当氦核Q(He)从顶点A沿∠BAC的角平分线方向射入磁场，根据对称性可画出运动轨迹如图2所示，轨迹半径r2＝Rtan 30°＝R；设质子和氦核的入射速度大小分别为v1和v2，根据带电粒子在匀强磁场中的半径公式r＝，又＝3，＝，联立方程可解得，＝，故A正确．‎ 图1　　　　　图2‎ 答案：A ‎8.如图所示，一带电粒子，质量为m，电荷量为q，以一定的速度沿水平直线A′B′方向通过一正交的电磁场，磁感应强度为B1，电场强度为E.粒子沿垂直等边三角形磁场边框的AB边方向由中点的小孔O进入另一匀强磁场，该三角形磁场的边长为a，经过两次与磁场边框碰撞后(碰撞过程无能量损失)恰好返回到小孔O，则以下说法正确的是(不计重力)(　　)‎ A．该带电粒子一定带正电 B．该带电粒子的速度为 C．该粒子返回到小孔O之后仍沿B′A′直线运动 D．等边三角形磁场的磁感应强度为 解析：粒子沿着A′B′方向的运动是匀速直线运动，洛伦兹力和电场力平衡，粒子可能带正电荷，也可能带负电荷，故A错误；粒子沿着A′B′方向的运动是匀速直线运动，根据平衡条件，有qvB1＝qE，解得v＝，故B正确；该粒子返回到小孔O之后，速度反向，洛伦兹力反向，粒子做曲线运动，故C错误；粒子进入三角形区域的运动轨迹如图所示，结合几何关系得，轨道半径为r＝，根据牛顿第二定律有qvB＝m，又v＝，联立解得B＝，故D错误．‎ 答案：B ‎9．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．从粒子源O出来时的粒子速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向外的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而达到出口，设入口和出口间的距离为x，则(　　)‎ A．粒子一定带正电 B．粒子一定带负电 C．x越大，则粒子的质量与电荷量之比一定越大 D．x越大，则粒子的质量与电荷量之比一定越小 解析：根据左手定则，知粒子带正电，选项A正确，B错误；根据半径公式r＝知，x＝2r＝，又qU＝mv2，联立解得x＝，知x越大，质量与电荷量的比值越大，选项C正确，D错误．‎ 答案：AC ‎10．如图所示，在第二象限内有水平向右的匀强电场，在第一、第四象限内分别存在如图所示的匀强磁场，磁感应强度大小相等．在该平面有一个质量为m、带电荷量q的正电粒子，以初速度v0垂直x轴，从x轴上的P点进入匀强电场，之后与y轴成45°角射出电场，再经过一段时间恰好垂直于x轴进入下面的磁场，已知OP之间的距离为a，不计带电粒子的重力，则(　　)‎ A．磁感应强度B＝ B．电场强度E＝ C．自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为 D．自进入磁场至在磁场中第二次经过x轴所用时间为 答案：BD ‎11．(2019·黑龙江哈尔滨九校联考)如图所示，空间同时存在竖直向上的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度为B，电场强度为E.一质量为m，电荷量为q的带正电小球恰好处于静止状态，现在将磁场方向顺时针旋转30°，同时给小球一个垂直磁场方向斜向下的速度v，则关于小球的运动，下列说法正确的是 (　　)‎ A．小球做匀速圆周运动 B．小球运动过程中机械能守恒 ‎ C．小球运动到最低点时电势能增加了 D．小球第一次运动到最低点历时 答案：AD ‎12.如图所示，空间中存在正交的匀强电场E和匀强磁场B(匀强电场水平向右)，在竖直平面内从a点沿ab、ac方向抛出两带电小球(不考虑两带电球的相互作用，两球电荷量始终不变)，关于小球的运动，下列说法正确的是 (　　)‎ A．沿ab、ac方向抛出的带电小球都可能做直线运动 B．只有沿ab抛出的带电小球才可能做直线运动 C．若有小球能做直线运动，则它一定是匀速运动 D．两小球在运动过程中机械能均守恒 解析：沿ab方向抛出的带正电小球，或沿ac方向抛出的带负电的小球，在重力、电场力、洛伦兹力作用下，都可能做匀速直线运动，A正确，B错误；在重力、电场力、洛伦兹力三力都存在时的直线运动一定是匀速直线运动，C正确；两小球在运动过程中除重力做功外还有电场力做功，故机械能不守恒，D错误．‎ 答案：AC 二、非选择题(共52分)‎ ‎13．(16分)(2019·成都检测)如图所示，在xOy坐标系的0≤y≤d的区域内分布着沿y轴正方向的匀强电场，在d≤y≤2d的区域内分布着垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的交界面，ab为磁场的上边界．现从原点O处沿x轴正方向发射出速率为v0、比荷(电荷量与质量之比)为k的带正电粒子，粒子运动轨迹恰与ab相切并返回电场．已知电场强度E＝，不计粒子重力和粒子间的相互作用．求： ‎ ‎(1)粒子从O点第一次穿过MN时的速度大小和水平位移的大小；‎ ‎(2)磁场的磁感应强度B的大小．‎ 解析：(1)根据动能定理，得qEd＝mv2－mv，‎ 解得v＝2v0；‎ 粒子在电场中做类平抛运动，‎ 有d＝at，x＝v0t1，a＝，‎ 联立解得t1＝，x＝.‎ ‎(2)粒子运动的轨迹如图所示，设粒子以与x轴正方向成θ角的速度进入磁场，则 tan θ＝＝，‎ 解得θ＝60°.‎ 根据R＋Rcos θ＝d，‎ 解得R＝，‎ 由牛顿第二定律可得 qvB＝m，‎ 联立解得B＝.‎ 答案：(1)2v0　　(2) ‎14．(16分)(2019·天津南开区一模)如图所示为实验室筛选带电粒子的装置示意图：左端加速电极M、N间的电压U1＝9 V．中间速度选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度B1＝1.0 T，两板间的距离d＝10 cm.选择器右端是一个半径R＝2 m的圆筒，可以围绕竖直中心轴顺时针转动，筒壁的一个水平圆周上均匀分布着8个小孔O1至O8，圆筒内部有竖直方向的匀强磁场B2.一电荷量q＝3.2×10－18 C、质量m＝6.4×10－20 kg 的带负电的粒子，从静止开始经过加速电场后匀速穿过速度选择器．圆筒不转时，粒子恰好从小孔O2射入，从小孔O7射出，若粒子碰到圆筒就被圆筒吸收．则 ‎(1)速度选择器两端的电压U2是多少？‎ ‎(2)求圆筒内匀强磁场磁感应强度B2的大小和方向；‎ ‎(3)要使粒子从一个小孔射入圆筒后能从正对面的小孔射出(如从O1进，从O5出)，则圆筒匀速转动的角速度多大？‎ 解析：(1)带电粒子在加速电场中运动时，由动能定理得 qU1＝mv2，‎ 得v＝30 m/s，‎ 带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动，‎ 有qB1v＝qE，‎ 又E＝，‎ 解得U2＝3 V.‎ ‎(2)粒子在圆筒内运动轨迹如图所示，根据几何关系可知粒子做圆周运动的半径为r＝R，‎ 根据洛伦兹力提供向心力得qB2v＝m，‎ 解得B2＝0.3 T.‎ 由左手定则可知B2的方向竖直向下．‎ ‎(3)不管从哪个孔进入，粒子在筒中运动的时间与轨迹一样，由T＝，又t＝ T，‎ 得运动时间为t＝ s，‎ 在这段时间圆筒转过的可能角度 α＝2nπ＋(n＝0，1，2，3，…)，‎ 圆筒的角速度 ω＝＝(40n＋5)rad/s，(n＝0，1，2，3，…)．‎ 答案：(1)3 V　(2)0.3 T，方向竖直向下 ‎(3)(40n＋5) rad/s，(n＝0，1，2，3，…)‎ ‎15．(20分)如图所示为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速，已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q.求：‎ ‎(1)质子所能获得的最大动能；‎ ‎(2)质子在回旋加速器中运动的时间．‎ 解析：(1)质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，‎ 根据qvB＝m得v＝，‎ 则粒子的最大动能 Ekm＝mv2＝.‎ ‎(2)加速电场的加速电压为U，带电粒子每加速一次获得的能量为E0＝qU，‎ 设带电粒子在磁场中运动的圈数为n，每圈有两次加速所以有 ‎2nqU＝Ekm＝，‎ 带电粒子在磁场中运动周期 T＝＝，‎ 所以带电粒子在回旋加速器内运动的最少时间为 t＝nT＝·＝.‎ 答案：(1)　(2)