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1、- 1 -2004 2005 学学年年度度上上学学期期 高高中中学学生生学学科科素素质质训训练练高三物理同步测试（高三物理同步测试（11） 第十一第十一单单元：磁元：磁场场 本试卷分第卷（选择题）和第卷（非选择题）两部分。共 150 分考试用时 120 分 钟 第卷（选择题共 40 分） 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关于磁场中某点磁场的方向，下列说法不正确的是（ ） A与放在该点的小磁针所受的磁场力方向相同 B与放在该
2、点的小磁针 N 极所受的磁场力方向相同 C与放在该点的小磁针 S 极所受的磁场力方向相反 D与通过该点的磁感线的切线方向相同 2从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子，这些高能粒子流到 达地球会对地球上的生命带来危害，但是由于地球周围存在磁场，地磁场能改变宇宙 射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到 保护作用，如图所示。那么（ ） A地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同 B地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作 用在南、北两极最强，赤道附近最弱 C地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作 用在南、北两极最弱，赤道附近最强 D地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线
3、中的带 电 粒子向两极偏转 3在光滑绝缘水平面上，一轻绳拉着一个带电小球绕竖直方 向 的轴 O 在匀强磁场中做逆时针方向的水平匀速圆周运动， 磁场的方向竖直向下，其俯视图如图，若小球运动到 A 点 时，绳子突然断开，关于小球在绳断开后可能的运动情况，以下说法正确的是（ ） A小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径不变 B小球仍做逆时针匀速圆周运动，半径减小 C小球做顺时针匀速圆周运动，半径不变 D小球做顺时针匀速圆周运动，半径减小 4如图所示是利用电磁原理造成的充气泵结构示意图，其工作 原理类似打点计时器。当电流从电磁铁的接线柱 a 流入而- 2 -吸引小磁铁向下运动时，以下选项中正确的是（ ） A
4、电磁铁的上端为 S 极，小磁铁的下端为 S 极 B电磁铁的上端为 N 极，小磁铁的下端为 N 极 C电磁铁的上端为 S 极，小磁铁的下端为 N 极 D电磁铁的上端为 N 极，小磁铁的下端为 S 极 5质子经电压 U 加速后，进入一圆环状空腔中做圆周运动的半径保持不变，需加一个与圆 环平面垂直的匀强磁场，关于质子在空腔中的运动情况，下列叙述正确的是（ ） 加速电压 U 越大，磁感应强度越大 加速电压 U 越大，磁感应强度越小 加速电压 U 越大，质子运动的周期越小 加速电压 U 增大，质子运动的周期不变 A B C D 6在电视机的显像管中，电子束的扫描是用磁偏转技术实现的，其扫描原理如图甲所示
5、， 圆形区域内的偏转磁场方向垂直于圆面，当不加磁场时，电子束将通过 O 点而打在屏 幕的中心 M 点。为了使屏幕上出现一条以 M 点为中点的亮线 PQ，偏转磁场的磁感应 强度 B 随时间变化的规律应是图乙中的 （ ）7如图所示，在真空中坐标 xOy 面的 x0 区域内，有磁感应强度 B=1.0102T 的匀强磁场，方向与xOy平面垂直，在 x 轴上的 P(10,0)点处有一放射源，在xOy 平面内向各个方向发射速率为 v=1.0105m/s的带正电粒子，粒子的质量为 m=1.01026kg，粒子带电量为 q=1.01018C，则带电粒子能打到 y 轴上的范围是（重力的影响不计） （ ）A10c
6、my10cm B10cmy cm 310Ccmy cm 310310Dcmy10cm310 8如图所示，一根水平光滑的绝缘直槽轨连接一个竖直放置的 半 径为 R0.50m 的绝缘光滑槽轨.槽轨处在垂直纸面向外的匀 强磁场中，磁感应强度 B0.50T.有一个质量 m0.10g，带 电 量为 q1.6103C 的小球在水平轨道上向右运动.若小- 3 -球 恰好能通过最高点，则下列说法正确的是（ ） A小球在最高点只受到洛仑兹力和重力的作用 B由于无摩擦力，且洛仑兹力不做功，所以小球到达最高 点小球在水平轨道上的机械能相等 C如果设小球到达最高点的线速度是 v，小球在最高点时式子 mgqvBmv2/
7、R 成立 D如果重力加速度取 10m/s2，则小球初速度 v04.6m/s 9如图甲带正电，乙是不带电的绝缘物块，甲乙叠放在一起，置 于 粗糙的水平地板上，地板上方空间有垂直纸面向里的匀强磁场，现用一水平恒力 F 拉乙物块，使甲、乙无相对滑动一起向左加 速运动，在加速运动阶段（ ） A甲、乙两物块间的摩擦力不断增大 B甲、乙两物块间的摩擦力不断减小 C甲、乙两物块间的摩擦力保持不变 D乙物块与地面之间的摩擦力不断减小 10如图，宽度为 d 的有界匀强磁场，磁感应强度为 B，MM/和 NN/是它的两条边界线，现有质量为 m、电荷量为 q 的带电粒子沿图示方向垂直磁场射入，要使粒子不能从边界 NN
8、/射出，粒子入射速率 v 的最大可能是（ ） AqBd./m B(2+)qBd/m 2 CqBd/2m D(2)qBd/m2第卷（非选择题 共 110 分）二、本题共三小题，21 分。把答案填在题中的横线上或按题目要求作图 11 （4 分）空间中存在匀强磁场区域，为确定该区域中的匀强磁场方向，做两个实验如下：实验 1：质子以 v1向右运动，测其受到的洛仑兹力 f1方向垂 直纸面向里（如图甲） 。 实验 2：质子以速度 v2垂直纸面向外运动时，测得其受到的 洛仑兹力 f2方向在纸面内且与 v1方向成 30角向右（图乙） 。因 此可确定该区域中匀强磁场的方向为 。 12 （13 分）磁铁有 N、S
9、 两极，跟正、负电荷有很大的相似性， 人们假定在一根磁棒的两极上有一种叫做“磁荷”的东西，N 极上的叫正磁荷，S 极上 的叫负磁荷，同号磁荷相斥，异号磁荷相吸。当磁极本身的几何线度远比它们之间的 距离小得多时，将其上的磁荷叫做点磁荷。磁的库仑定律是：两个点磁荷之间的相互 作用力 F 沿着它们之间的连线，与它们之间的距离 r 的平方成反比，与每个磁荷的数 量（或称磁极强度）qm1、qm2成正比，用公式表示为：F=kqm1qm2/r2。 （1）上式中的比例系数 k=107Wb/(Am)，则磁极强度 qm的国际单位（用基本单位表示）- 4 -是 。 （2）同一根磁铁上的两个点磁荷的磁极强度可视为相等
10、，磁荷的位置可等效地放在图 a 中 的 c、d 两点，其原因是 。 （3）用两根相同的质量均为 M 的圆柱形永久磁铁可以测出磁极强度 qm，图中 b 将一根磁 棒固定在光滑斜面上，另一根与之平行放置的磁棒可以自由上下移动。调节斜面的角 度为，活动磁铁刚好静止不动，由此可知磁极强度 qm= 。（4）磁棒上的正负磁荷是不可分离的，但英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在单一的 磁荷，即磁单极子。1982 年美国科学家布莱设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想， 如果是一个正磁荷（正极的磁单极子）从上向下穿过图中 c 的超导线圈，超导线圈上将 出现 方向的感应电流。13 （4 分）磁场具有能量，磁场中单
11、位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为，2/2B式中 B 是磁感应强度，是磁导率，在空气中为一已知 常数。为了近似测得条形磁铁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 面 积的铁片 P，再用力将铁片与条形磁铁拉开一段微小距离 ，并测出拉力 F，如图所示。因为 F 做的功等于间隙l 中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度 B 与 F、A 之间的关系为 B= 。 三、本题共七小题，89 分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤。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和单位。 14 （12 分）如图所示，分布在半径为 r 的圆形
12、区域内的匀强磁场，磁感应强度为 B，方向 垂直于纸面向里。已知带电量为 q（粒子带负电） 、质量为 m 的粒子从磁场的边缘 A 点沿圆的半径 AO 方向射入磁场， 穿 过磁场区域后，速度方向偏转了 60角。 （不计该粒子的 重 力） （1）请画出该带电粒子在该圆形区域内的运动轨迹的示意图。 （2）请推导该带电粒子在进入该圆形区域时的入射速度的大小- 5 -v0的表达式。15 （12 分）在研究性学习中，某同学设计了一个测定带电粒子比荷的实验，其实验装置如 图所示。abcd 是一个边长为 L 的正方形盒子，在 a 处和 cd 边的中点 e 处各有一个小孔， e 外有一能显示粒子从 e 孔射出的荧
13、光屏 M。盒子内有一方向垂直于 abcd 平面的匀强 磁场，磁感应强度大小为 B。粒子源不断地发射相同的带电粒子，粒子的初速度可忽略， 先让粒子经过电压为 U 的电场加速，然后粒子立即由 a 孔射入盒内，粒子经磁场偏转 后恰好从 e 孔射出。不计粒子的重力和粒子之间的相互作用力。问：你认为该同学的设 计方案可行吗？若可行，求出带电粒子的比荷；若不可行，说明你的理由。- 6 -16 （13 分）在竖直平面内有一圆形绝缘轨道，半径 R=1m，匀强磁场垂直于轨道平面向内， 一质量为 m=1103kg、带电量为 q=+3102C 的小球，可在内壁滑动，开始时，在 最低点处给小球一个初速度 v0，使小球
14、在竖直面内逆时针做圆周运动，图甲是小球在 竖直面内做圆周运动的速率 v 随时间变化的情况，图乙是小球所受轨道的弹力 F 随时 间变化的情况，结合图象所给数据，求： （1）磁感应强度的大小。 （2）小球初速度的大小。17 （13 分）一个边长为 1cm 横截面为正方形的阴极，它可不断地发射出初速度为零的电 子，在经过 125V 的加速电场作用下，进入一个偏转电场，其上极板与阴极的上表面平 齐，极板长 4cm，极板间距为 3cm，两极板间电压为 250V，在极板的右端有宽度为 d 的匀强磁场，已知磁感应强度 B=5104T，电子的质量 m=91031kg，电量e=1.61019C，则 （1）求从偏
15、转电场中射出的电子与从阴极发出的电子数的比值。 （2）要使电子不能从磁场右侧边界射出来，磁场的宽度 d 应满足什么条件？- 7 -18 （13 分）地球周围存在磁场，由太空射来的带电粒子在此磁场的运动称为磁漂移，以下 是描述的一种假设的磁漂移运动，一带正电的粒子在 x=0，y=0 处沿 y 方向以某一速度 v0运动，空间存在垂直于图中向外的匀强磁场，在 y0 的区域中，磁感应强度为 B1， 在 y0 的区域中，磁感应强度为 B2，B2B1，如图所示。 （1）把粒子出发点 x=0 处作为第 0 次过 x 轴，求至第 n 次过 x 轴的整个过程中，在 x 轴方 向 的平均速度 v 与 v0之比。 （n 只取奇数） （2）若 B2B1=4，当 n 很大时，vv0趋于何值？19 （13 分）如图所示，ef、gh 为水平放置的平行光滑导轨，导轨间距为 L，导轨一端接有 定值电阻 R，质量为 m 的金属棒 cd 垂直于导轨放在导轨上，且与导轨良好接触，导轨 及金属棒的电阻均不计，整个装置放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直 于导轨平面向里，现对金属棒施加一水平向左的拉力，使棒向左运动，当棒的速度达 到 v0后，保持拉力的功率恒为 P，再经过一段时间 t，棒的速度为
