1、人教版高中物理选修31第三章磁场作业题附答案和解释一、选择题(本题10小题，每小题5分，共50分)1一个质子穿过某一空间而未发生偏转，则()A可能存在电场和磁场，它们的方向与质子运动方向相同B此空间可能有磁场，方向与质子运动速度的方向平行C此空间可能只有磁场，方向与质子运动速度的方向垂直D此空间可能有正交的电场和磁场，它们的方向均与质子速度的方向垂直答案ABD解析带正电的质子穿过一空间未偏转，可能不受力，可能受力平衡，也可能受合外力方向与速度方向在同一直线上2. 两个绝缘导体环AA、BB大小相同，环面垂直，环中通有相同大小的恒定电流，如图1所示，则圆心O处磁感应强度的方向为(AA面水平，BB面
2、垂直纸面)A指向左上方B指向右下方C竖直向上D水平向右答案A3关于磁感应强度B，下列说法中正确的是()A磁场中某点B的大小，跟放在该点的试探电流元的情况有关B磁场中某点B的方向，跟该点处试探电流元所受磁场力的方向一致C在磁场中某点试探电流元不受磁场力作用时，该点B值大小为零D在磁场中磁感线越密集的地方，B值越大答案D解析磁场中某点的磁感应强度由磁场本身决定，与试探电流元无关而磁感线可以描述磁感应强度，疏密程度表示大小4关于带电粒子在匀强磁场中运动，不考虑其他场力(重力)作用，下列说法正确的是()A可能做匀速直线运动B可能做匀变速直线运动C可能做匀变速曲线运动D只能做匀速圆周运动答案A解析带电粒
3、子在匀强磁场中运动时所受的洛伦兹力跟速度方向与磁场方向的夹角有关，当速度方向与磁场方向平行时，它不受洛伦兹力作用，又不受其他力作用，这时它将做匀速直线运动，故A项正确因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，改变速度方向，因而同时也改变洛伦兹力的方向，故洛伦兹力是变力，粒子不可能做匀变速运动，故B、C两项错误只有当速度方向与磁场方向垂直时，带电粒子才做匀速圆周运动，故D项中“只能”是不对的5. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图2所示这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是()图2A离子由加速器的中心附近进入加速器B离子由加速器的边缘进入加速器C
4、离子从磁场中获得能量D离子从电场中获得能量答案AD解析本题源于课本而又高于课本，既考查考生对回旋加速器的结构及工作原理的掌握情况，又能综合考查磁场和电场对带电粒子的作用规律由RmvqB知，随着被加速离子的速度增大，离子在磁场中做圆周运动的轨道半径逐渐增大，所以离子必须由加速器中心附近进入加速器，A项正确，B项错误；离子在电场中被加速，使动能增加；在磁场中洛伦兹力不做功，离子做匀速圆周运动，动能不改变磁场的作用是改变离子的速度方向，所以C项错误，D项正确6. 如图3所示，一个带负电的油滴以水平向右的速度v进入一个方向垂直纸面向外的匀强磁场B后，保持原速度做匀速直线运动，如果使匀强磁场发生变化，则
5、下列判断中正确的是()图3A磁场B减小，油滴动能增加B磁场B增大，油滴机械能不变C使磁场方向反向，油滴动能减小D使磁场方向反向后再减小，油滴重力势能减小答案ABD解析带负电的油滴在匀强磁场B中做匀速直线运动，受坚直向下的重力和竖直向上的洛伦兹力而平衡，当B减小时，由FqvB可知洛伦兹力减小，重力大于洛伦兹力，重力做正功，故油滴动能增加，A正确；B增大，洛伦兹力大于重力，重力做负功，而洛伦兹力不做功，故机械能不变，B正确；磁场反向，洛伦兹力竖直向下，重力做正功，动能增加，重力势能减小，故C错，D正确7如图4所示为一个质量为m、电荷量为q的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应
6、强度为B的匀强磁场中(不计空气阻力)现给圆环向右的初速度v0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度时间图象可能是下图中的()图4答案AD解析由左手定则可知，圆环所受洛伦兹力竖直向上，如果恰好qv0Bmg，圆环与杆间无弹力，不受摩擦力，圆环将以v0做匀速直线运动，故A正确；如果qv0Bmg，则a(qvBmg)m，随着v的减小a也减小，直到qvBmg，以后将以剩余的速度做匀速直线运动，故D正确，B、C错误8. 如图5所示，空间的某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由A点进入这个区域沿直线运动，从C点离开区域；如果这个区域只有电场则粒子从B点离开场区；如果这个区域只有
7、磁场，则粒子从D点离开场区；设粒子在上述3种情况下，从A到B点，从A到C点和A到D点所用的时间分别是t1、t2和t3，比较t1、t2和t3的大小，则有(粒子重力忽略不计)()图5At1t2t3Bt2t1t3Ct1t2t2答案C解析只有电场时，粒子做类平抛运动，水平方向为匀速直线运动，故t1t2；只有磁场时做匀速圆周运动，速度大小不变，但沿AC方向的分速度越来越小，故t3t2，综上所述可知，选项C对9如图6所示，a、b是一对平行金属板，分别接到直流电源两极上，右边有一挡板，正中间开有一小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，在a、b两板间还存在着匀强电场E.
8、从两板左侧中点c处射入一束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束则下列判断正确的是()图6A这三束正离子的速度一定不相同B这三束正离子的质量一定不相同C这三束正离子的电荷量一定不相同D这三束正离子的比荷一定不相同答案D解析本题考查带电粒子在电场、磁场中的运动，速度选择器的知识带电粒子在金属板中做直线运动，qvBEq，vEB，表明带电粒子的速度一定相等，而电荷的带电量、电性、质量、比荷的关系均无法确定；在磁场中RmvBq，带电粒子运动半径不同，所以比荷一定不同，D项正确10如图7所示，两个半径相同的半圆形轨道分别竖直放置在匀强电场和匀强磁场中轨道两端在同一高度上，
9、轨道是光滑的，两个相同的带正电小球同时从两轨道左端最高点由静止释放M、N为轨道的最低点，则下列说法正确的是()图7A两小球到达轨道最低点的速度vMvNB两小球第一次到达轨道最低点时对轨道的压力FMvN，A、C不正确最低点M时，支持力与重力和洛伦兹力的合力提供向心力，最低点N时，支持力与重力的合力提供向心力因vMvN，故压力FMFN，B不正确在电场中因有电场力做负功，有部分机械能转化为电势能，故小球不能到达轨道的另一端D正确二、填空题(5510分)11. 一个电子(电荷量为e，质量为m)以速率v从x轴上某点垂直x轴进入上方匀强磁场区域，如图8所示，已知上方磁感应强度为B，且大小为下方匀强磁场磁感
10、应强度的2倍，将从开始到再一次由x轴进入上方磁场作为一个周期，那么，电子运动一个周期所用的时间是_，电子运动一个周期的平均速度大小为_图8答案3meB2v3解析电子一个周期内的运动轨迹如右图所示由牛顿第二定律及洛伦兹力公式，可知evBmv2R，故圆半径RmveB，所以上方R1mveB，T12meB；下方R22mveB，T24meB.因此电子运动一个周期所用时间是：TT12T22meB2meB3meB，在这段时间内位移大小：x2R22R122mveB2mveB2mveB，所以电子运动一个周期的平均速度大小为：vxT2mveB3meB2v3.12.（5分）如图9所示,正方形容器处在匀强磁场中,一束
11、电子从a孔沿ab方向垂直射入容器内的匀强磁场中，结果一部分电子从小孔c竖直射出，一部分电子从小孔d水平射出，则从c、d两孔射出的电子在容器中运动的时间之比tctd_，在容器中运动的加速度大小之比acad_答案1221解析同一种粒子在同一磁场中运动的周期相同，且tc14T，td12T，即tctd12.由rmvqB知，vcvdrcrd21，而acadqvcBmqvdBmvcvd21.三、计算题(88121240分)13如图10所示，在倾角为37的光滑斜面上有一根长为0.4 m，质量为6102 kg的通电直导线，电流I1 A，方向垂直纸面向外，导线用平行于斜面的轻绳拴住不动，整个装置放在磁感应强度每
12、秒增加0.4 T，方向竖直向上的磁场中，设t0时，B0，则需要多长时间斜面对导线的支持力为零？(g取10 m/s2)图10答案5 s解析斜面对导线的支持力为零时受力分析如右图由平衡条件得：BILmgcot 37Bmgcot 37IL6102100.80.610.4 T2 T所需时间tBB20.4 s5 s14电子质量为m，电荷量为q，以速度v0与x轴成角射入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后落在x轴上的P点，如图11所示，求：图11(1)OP的长度；(2)电子由O点射入到落在P点所需的时间t.答案(1)2mv0Bqsin (2)2mBq解析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，应根据已知条件首先确
13、定圆心的位置，画出运动轨迹，所求距离应和半径R相联系，所求时间应和粒子转动的圆心角、周期T相联系(1)过O点和P点做速度方向的垂线，两线交点C即为电子在磁场中做匀速圆周运动的圆心，如右图所示，则可知OP2Rsin Bqv0mv20R由式可解得：OP2mv0Bqsin .(2)由图中可知：2t又v0R由式可得：t2mBq.15如图12所示，有界匀强磁场的磁感应强度B2103T；磁场右边是宽度L0.2 m、场强E40 V/m、方向向左的匀强电场一带电粒子电荷量q3.21019 C，质量m6.41027 kg，以v4104 m/s的速度沿OO垂直射入磁场，在磁场中偏转后进入右侧的电场，最后从电场右边
14、界射出求：图12(1)大致画出带电粒子的运动轨迹(画在给出的图中)；(2)带电粒子在磁场中运动的轨道半径；(3)带电粒子飞出电场时的动能Ek.答案(1)见解析图(2)0.4 m(3)7.681018 J解析(1)轨迹如下图所示(2)带电粒子在磁场中运动时，由牛顿运动定律，有qvBmv2R，RmvqB6.4102741043.210192103 m0.4 m.(3)EkEqL12mv2403.210190.2 J126.41027(4104)2 J7.681018 J.16质量为m，电荷量为q的带负电粒子自静止开始，经M、N板间的电场加速后，从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图13所示，已知M、N两板间的电压为U，粒子的重力不计图13(1)正确画出粒子由静止开始至离开匀强磁场时的轨迹图(用直尺和圆规规范作图)；(2)求匀强磁场的磁感应强度B.答案(1)见解析图(2)2L(L2d2)2mUq解析(1)作出粒子经电场和磁场的轨迹图，如下图(2)设粒子在M、N两板间经电场加速后获得的速度为v，由动能定理得：qU12mv2粒子进入磁场后做匀速圆周运动，设其半径为r，则：qvBmv2r由几何关系得：r2(rL)2d2联立式得：磁感应强度B2L(L2d2)2mUq.
