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1、阶段验收评估（三） 磁 场一、选择题(本题共8小题，每小题6分，共48分，第15小题中只有一个选项符合题意，第68小题中有多个选项符合题意，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。)1如图1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()图1A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以相等的加速度相背运动解析：选C同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但根据牛顿第三定律知两线圈间相互作用力大小相等，所以C项正确。2.图2中a、b、c、d为四根与纸面垂直的长直导线，其横截面位于正方形的
2、四个顶点上，导线中通有大小相同的电流，方向如图所示。一带正电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向外运动，它所受洛伦兹力的方向是()图2A向上B向下C向左 D向右解析：选B根据通电直导线产生的磁场的特点和安培定则可知，b、d两导线在O点产生的磁场大小相等，方向相反，a、c两导线在O点产生的磁场的方向均向左，故O点的合磁场方向向左，又带正电的粒子沿垂直于纸面的方向向外运动，根据左手定则可判断出带电粒子受到的洛伦兹力向下，选项B正确。3.如图3所示，两根垂直纸面、平行且固定放置的直导线M和N，通有同向等值电流；沿纸面与直导线M、N等距放置另一根可自由移动的通电导线ab，则通电导线ab在安培力作
3、用下运动的情况是()图3A沿纸面逆时针转动B沿纸面顺时针转动Ca端转向纸外，b端转向纸里Da端转向纸里，b端转向纸外解析：选D根据长直导线周围磁场的分布规律和矢量合成法则，可以判断两电流M、N连线中垂线上方磁场方向水平向右，ab上半段所受安培力垂直于纸面向里，两电流M、N连线中垂线下方磁场方向水平向左，ab下半段所受安培力垂直于纸面向外，所以a端转向纸里，b端转向纸外，选项D正确。4一个重力不计的带电粒子垂直进入匀强磁场，在与磁场垂直的平面内做匀速圆周运动。则下列能表示运动周期T与半径R之间的关系图像的是()解析：选D带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，qvBmR，由圆周运动规律，T，可见粒
4、子运动周期与半径无关，故D项正确。5.如图4所示的区域中存在着匀强电场和匀强磁场，二者平行但方向相反。质量为m，所带电荷量为q的粒子(不计重力)沿电场方向以初速度v0射入场区，下列关于该粒子的说法正确的是()图4A所受洛伦兹力越来越小 B速度方向保持不变C所受电场力越来越小 D向右的最大位移为解析：选D因v0与B平行，故该粒子不受洛伦兹力，选项A错误；因所受电场力与v0方向相反，故经一定时间后，速度方向可能改变，选项B错误；因电场是匀强电场，故粒子所受电场力不变，选项C错误；由动能定理可知qElmmv02，得lm，故选项D正确。6如图5甲所示，两根光滑平行导轨水平放置，间距为L，其间有竖直向下
5、的匀强磁场，磁感应强度为B。垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒。从t0时刻起，棒上有如图乙所示的持续交变电流I，周期为T，最大值为Im，图甲中I所示方向为电流正方向。则金属棒()图5A一直向右移动B速度随时间周期性变化C受到的安培力随时间周期性变化D受到的安培力在一个周期内做正功解析：选ABC由左手定则可知，金属棒一开始向右做匀加速运动，当电流反向以后，金属棒开始做匀减速运动，经过一个周期速度变为0，然后重复上述运动，所以选项A、B正确；安培力FBIL，由图像可知前半个周期安培力水平向右，后半个周期安培力水平向左，不断重复，选项C正确；一个周期内，金属棒初、末速度相同，由动能定理可知安培力在
6、一个周期内不做功，选项D错误。7.如图6所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M、N两小孔中，O为M、N连线的中点，连线上a、b两点关于O点对称。导线均通有大小相等、方向向上的电流。已知长直导线周围产生的磁场的磁感应强度Bk，式中k是常量、I是导线中的电流、r为点到导线的距离。一带正电的小球以初速度v0从a点出发沿连线运动到b点。关于上述过程，下列说法正确的是()图6A小球先做加速运动后做减速运动B小球一直做匀速直线运动C小球对桌面的压力先减小后增大D小球对桌面的压力一直在增大解析：选BD由右手螺旋定则可知，M处的通电导线在MO区域产生的磁场垂直于MO向里，离导线越远磁场越弱，所以M处
7、电流的磁场由M到O逐渐减弱；N处的通电导线在ON区域产生的磁场垂直于ON向外，由O到N逐渐增强，带正电的小球由a点沿连线运动到b点，受到的洛伦兹力FBqv为变力，则从a到O洛伦兹力的方向向上，随磁场的减弱而减小，从O到b洛伦兹力的方向向下，随磁场的增强而增大，所以对桌面的压力一直在增大，D正确，C错误；由于桌面光滑，且洛伦兹力始终沿竖直方向，所以小球在水平方向上不受力，做匀速直线运动，B正确，A错误。8.美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用运动的带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进
8、了一步。如图7所示为一种改进后的回旋加速器的示意图，其中盒缝间的加速电场的场强大小恒定，且被限制在A、C板间，带电粒子从P0处由静止释放，并沿电场线方向进入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()图7A带电粒子每运动一周被加速一次BP1P2P2P3C粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D加速电场的方向需要做周期性的变化解析：选AC由题图可以看出，带电粒子每运动一周被加速一次，A正确；由R和qUmv22mv12可知，带电粒子每运动一周，电场力做功都相同，动能增量都相同，但速度的增量不相同，故粒子做圆周运动的半径增加量不相同，B错误；由
9、v可知，粒子的最大速度与D形盒的半径R有关，C正确；粒子在电场中运动的方向始终不变，故D错误。二、计算题(本题共3小题，共52分)9. (14分)(2015重庆高考)音圈电机是一种应用于硬盘、光驱等系统的特殊电动机。图8是某音圈电机的原理示意图，它由一对正对的磁极和一个正方形刚性线圈构成，线圈边长为L，匝数为n，磁极正对区域内的磁感应强度方向垂直于线圈平面竖直向下，大小为B，区域外的磁场忽略不计。线圈左边始终在磁场外，右边始终在磁场内，前后两边在磁场内的长度始终相等。某时刻线圈中电流从P流向Q，大小为I。图8(1)求此时线圈所受安培力的大小和方向。(2)若此时线圈水平向右运动的速度大小为v，求
10、安培力的功率。解析：(1)由安培力表达式FBIL可知，线圈所受的安培力FnBIL，由左手定则可判断安培力方向水平向右。(2)由功率公式PFv可知，安培力的功率PnBILv。答案：(1)安培力的大小：nBIL方向：水平向右(2)安培力的功率：nBILv10. (18分)(2015福建高考)如图9所示，绝缘粗糙的竖直平面MN左侧同时存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场方向水平向右，电场强度大小为E，磁场方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的小滑块从A点由静止开始沿MN下滑，到达C点时离开MN做曲线运动。A、C两点间距离为h，重力加速度为g。图9(1)求小滑块运动到
11、C点时的速度大小vC；(2)求小滑块从A点运动到C点过程中克服摩擦力做的功Wf；(3)若D点为小滑块在电场力、洛伦兹力及重力作用下运动过程中速度最大的位置，当小滑块运动到D点时撤去磁场，此后小滑块继续运动到水平地面上的P点。已知小滑块在D点时的速度大小为vD，从D点运动到P点的时间为t，求小滑块运动到P点时速度的大小vP。解析：(1)小滑块沿MN运动过程，水平方向受力满足qvBNqE小滑块在C点离开MN时N0解得vC(2)由动能定理得mghWfmvC20解得Wfmgh(3)如图，小滑块速度最大时，速度方向与电场力、重力的合力方向垂直。撤去磁场后小滑块将做类平抛运动，等效加速度为g，g 且vP2
12、vD2g2t2解得vP 答案：(1)(2)mgh(3) 11(20分)如图10所示，一平行板电容器长为d，极板间距也为d，极板间存在竖直向上的匀强电场E1，在平行板电容器的右侧(虚线右侧)，极板的中间平分线OO上方存在垂直纸面向外的匀强磁场B，OO下方存在竖直向上的匀强电场E2，一带电微粒初速度为v0，质量为m，带电量为q(q0)，从O点沿着OO的方向射入电场，恰好从上极板的右边缘射入匀强磁场，并从A点垂直OO向下进入电场。(不计微粒重力，E2E1，E1、E2、B均未知)求：图10(1)平行板电容器内电场的电场强度E1的大小；(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小；(3)若在离A点右侧的距离为d的
13、O处，有一块垂直于OO的挡板PQ，从粒子第一次到达A点开始计时，到击中挡板PQ，需要多长时间？解析：(1)微粒在偏转电场中做类平抛运动，在水平方向：dv0t1，在竖直方向上：dat12t12，解得：E1；(2)微粒在偏转电场中做类平抛运动，在水平方向：dv0t1，竖直方向：dt1，则vyv0，微粒进入磁场时的速度：vv0，方向与竖直方向夹角为45，微粒在磁场中做匀速圆周运动，由数学知识可知，轨道半径：Rd，由牛顿第二定律得：mqvB，解得：B；(3)微粒在电场中，由牛顿第二定律得：a，在电场中的运动时间：t232，在磁场中的运动时间：t3TT，微粒总的运动时间：tt2t3。答案：(1)(2)(3)7
