粤教版高中物理选择性必修第二册章末训练(一)含答案
展开章末核心训练(一)
磁场
1.如图所示,甲、乙、丙、丁四幅图中,平行导轨间距均为L,回路中电流大小均为I,磁感应强度大小均为B.甲、乙、丙图中导轨处在水平面内,丁图中导轨倾斜,倾角为θ;甲、乙、丁图中磁场方向竖直向上,丙图中磁场与水平方向夹角为θ,且与导轨垂直;甲、丙、丁图中导体棒垂直导轨放置,乙图中导体棒与导轨夹角为θ.则甲、乙、丙、丁四图中导体棒所受安培力的大小分别为( )
A.BIL、BIL、BILsin θ、BIL
B.BIL、BIL、BILsin θ、BILcos θ
C.BIL、、BILcos θ、BILcos θ
D.BIL、、BILsin θ、BIL
解析:甲图导体棒有效长度为L,磁场与导体棒垂直,故安培力大小为F=BIL;乙图导体棒有效长度为,磁场与导体棒垂直,故安培力大小为F=;丙图导体棒有效长度为L,磁场与导体棒夹角为θ,故安培力大小为F=BILsin θ;丁图导体棒有效长度为L,磁场与导体棒垂直,导轨倾角不影响安培力大小,故安培力大小为F=BIL.故选D.
答案:D
2.(2021·广东适应考)如图所示,矩形abcd的边长bc是ab的2倍.两细长直导线通有大小相等、方向相反的电流,垂直穿过矩形平面,与平面交于e、f两点,其中e、f分别为ad、bc的中点.下列说法正确的是( )
A.a点与b点的磁感应强度相同
B.a点与c点的磁感应强度相同
C.a点与d点的磁感应强度相同
D.a点与b、c、d三点的磁感应强度均不相同
解析:本题考查多个磁场的叠加.通电直导线在周围形成的磁场,大小为B=,由安培定则可知方向垂直于点到导线的连线,画出a、b、c、d各点处的磁感应强度的平面图,如图所示,由对称性可知a点与c点的合磁感应强度等大同向,b点与d点的合磁感应强度等大同向,故B正确,A、C、D错误.
答案:B
3.(多选)如图所示是一种将药物透过皮肤注入体内的高压喷射器,喷射器的泵体是一个长方体槽,泵体上部与竖直绝缘细管相连.已知槽高为h,槽的左、右是间距为L、电压为U的导电金属壁,上、下、前、后均为绝缘壁,其中前、后壁间距为d,垂直于前壁向后有磁感应强度大小为B的匀强磁场.喷射器正常工作时,导电药液从长方体的左壁流向右壁,药液受安培力作用被压到细管中完成注射.已知药液的电阻率为ρ1、密度为ρ2,重力加速度大小为g.则( )
A.槽的右壁应接电源正极
B.药液受到的安培力大小为
C.喷射器正常工作时,U>
D.喷射器正常工作时,U>
解析:根据左手定则,导电药液所受安培力方向向上时,导电药液的电流方向由左指向右,所以槽的左壁应接电源正极,右壁应接电源负极,故A错误;导电药液的电阻为R=,受到的安培力大小为F=BIL=BL,联立解得F=,故B正确;喷射器正常工作时,安培力大于重力,则>ρ2ghdL,解得U>,故C正确,D错误.故选BC.
答案:BC
4.(2021·全国乙卷)如图,圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,质量为m、电荷量为q(q>0)的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场.若粒子射入磁场时的速度大小为v1,离开磁场时速度方向偏转90°;若射入磁场时的速度大小为v2,离开磁场时速度方向偏转60°.不计重力.则为( )
A. B.
C. D.
解析:本题考查带电粒子在磁场中的运动.粒子在磁场中的运动轨迹如图所示,设圆形磁场区域的半径为R,由几何知识知,r1=R,r2=Rtan 60°=R,根据牛顿第二定律得qvB=m,解得v=,则==,B正确,A、C、D错误.
答案:B
5.(2021·广东卷)如图是一种花瓣形电子加速器简化示意图.空间有三个同心圆a、b、c围成的区域,圆a内为无场区,圆a与圆b之间存在辐射状电场,圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ.各区磁感应强度恒定,大小不同,方向均垂直纸面向外,电子以初动能Ek0从圆b上P点沿径向进入电场.电场可以反向,保证电子每次进入电场即被全程加速.已知圆a与圆b之间电势差为U、圆b半径为R,圆c半径为R,电子质量为m,电荷量为e,忽略相对论效应,取tan 22.5°=0.4.
(1)当Ek0=0时,电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场,且在电场内相邻运动轨迹的夹角θ均为45°,最终从Q点出射,运动轨迹如图中带箭头实线所示.求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能;
(2)已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰,就能从出射区域出射.当Ek0=keU时,要保证电子从出射区域出射,求k的最大值.
解析:本题考查电子在电磁组合场中的运动.
(1)电子在电场中加速运动,根据动能定理有2eU=mv2,
在Ⅰ区磁场中,设电子做圆周运动的轨迹半径为r,由几何关系可得
r=Rtan 22.5°=0.4R,
由洛伦兹力提供向心力得Bev=m,
联立解得B=,
电子在Ⅰ区磁场中的运动周期为T=,
由几何关系可得,电子在Ⅰ区磁场中运动轨迹所对应的圆心角为φ=π,
电子在Ⅰ区磁场中运动的时间为t=T,
联立解得t=,
电子从P点射入经电场加速8次后从Q点射出,
则电子在Q点出射时的动能为Ek=8eU.
(2)设在Ⅰ区磁场中电子做匀速圆周运动的最大轨迹半径为rm,由几何关系可得(R-rm)2=r+R2,
解得rm=R,
由洛伦兹力提供向心力得Bevm=m,
从P点射入到Ⅰ区磁场,由动能定理得2eU=mv-keU,
联立解得k=.
答案:(1) 8eU (2)

