新课标2021年高二物理暑假作业8《磁场二》.docx

【KS5U原创】新课标2021年高二物理暑假作业8《磁场二》
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、选择题（本题共6道小题）
1.直导线ab放在如图所示的水平导体框架上，构成了一个闭合回路；长直导线cd和框架处在同一个平面内，且cd和ab平行，当cd中通有电流时，观看到ab向左滑动．关于cd中的电流，下列说法正确的是（　　）

　 A． 电流确定增大，方向沿c向d
　 B． 电流确定增大，方向沿d向c
　 C． 电流确定减小，方向可能由d向c
　 D． 电流大小恒定，方向由d到c
2.质量和电量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示．下列表述正确的是（　　）

A．
M带负电，N带正电

B．
M的速率小于N的速率

C．
洛伦兹力对MN做正功

D．
M的运行时间大于N的运行时间
3.如图所示，为一圆形区域的匀强磁场，在O点处有一放射源，沿半径方向射出速度为v的不同带电粒子，其中带电粒子1从A点飞出磁场，带电粒子2从B点飞出磁场，不考虑带电粒子的重力，则（　　）

A．
带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷比值为1：3

B．
带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷比值为：1

C．
带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为2：1

D．
带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为2：3
4. 如图所示，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．已知长直导线在四周产生的磁场的磁感应强度，式中k是常数、I是导线中电流、r为点到导线的距离．一带正电的小球以初速度v0从a点动身沿连线运动到b点．关于上述过程，下列说法正确的是（　　）

　 A． 小球先做加速运动后做减速运动
　 B． 小球始终做匀速直线运动
　 C． 小球对桌面的压力先减小后增大
　 D． 小球对桌面的压力始终在增大
5.如图所示是一个水平放置的玻璃圆环型小槽，槽内光滑，槽的宽度和深度处处相同，现将始终径略小于槽宽的带正电小球放在槽中，让它受绝缘棒打击后获得一初速度v0，与此同时，有一变化的磁场垂直穿过玻璃圆环型小槽外径所对应的圆面积，磁感应强度的大小跟时间成正比，其方向竖直向下，设小球在运动过程中电荷量不变，那么（　　）

　 A． 小球受到的向心力大小不变
　 B． 小球受到的向心力大小不断增加
　 C． 洛伦兹力对小球做了正功
　 D． 小球受到的磁场力渐渐变大
6.如图，一段导线abcd位于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，且与磁场方向（垂直于纸面对里）垂直．线段ab、bc和cd的长度均为L，且∠abc=∠bcd=135°．流经导线的电流为I，方向如图中箭头所示．导线段abcd所受到的磁场的作用力的合力（　　）

A．
方向沿纸面对上，大小为（+1）ILB

B．
方向沿纸面对上，大小为（﹣1）ILB

C．
方向沿纸面对下，大小为（+1）ILB

D．
方向沿纸面对下，大小为（﹣1）ILB
三、计算题（本题共5道小题）

7.如图所示，在真空中，半径为b的虚线所围的圆形区域内存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面对外．在磁场右侧有一对平行金属板M和N，两板间距离也为b，板长为2b，两板的中心线O1O2与磁场区域的圆心O在同始终线上，两板左端与O1也在同始终线上．有一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子，以速率v0从圆周上的P点沿垂直于半径OO1并指向圆心O的方向进人磁场，当从圆周上的O1点飞出磁场时，给M、N板加上如右边图所示电压u．最终粒子刚好以平行于N板的速度，从N板的边缘飞出．不计平行金属板两端的边缘效应及粒子所受的重力．
(1)求磁场的磁感应强度B的大小；
(2)求交变电压的周期T和电压U0的值；
(3)若t=时，将该粒子从MN板右侧沿板的中心线O2O1，仍以速率v0射人M、N之间，求粒子从磁场中射出的点到P点的距离．

8.如图所示装置中，AB是两个竖直放置的平行金属板，在两板中心处各开有一个小孔，板间距离为d，板长也为d，在两板间加上电压U后，形成水平向右的匀强电场。在B板下端（紧挨B板下端，但未接触）固定有一个点电荷Q，可以在极板外的空间形成电场。紧挨其下方有两个水平放置的金属极板CD，板间距离和板长也均为d，在两板间加上电压U后可以形成竖直向上的匀强电场。某时刻在O点沿中线由静止释放一个质量为m，带电量为q的正粒子，经过一段时间后，粒子从CD两极板的正中心进入电场，最终由CD两极板之间穿出电场。不计极板厚度及粒子的重力，假设装置产生的三个电场互不影响，静电力常量为k。求：
（1）粒子经过AB两极板从B板飞出时的速度大小；
（2）在B板下端固定的点电荷Q的电性和电量；
（3）粒子从CD两极板之间飞出时的位置与释放点O之间的距离。

9.把一根长为L=10cm的直导线垂直磁感线方向放入如图所示的匀强磁场中．试问：
（1）当导线中通以I1=2A的电流时，导线受到的安培力大小为1.0×10﹣7N，该磁场的磁感应强度B的大小为多少？
（2）若该导线中通以I2=3A的电流，试求此时导线所受安培力F的大小，并在图中画出安培力的方向．

10.如图(a)所示，在空间有一坐标系xoy，直线OP与x轴正方向的夹角为30°，第一象限内有两个方向都垂直纸面对外的匀强磁场区域Ⅰ和Ⅱ，直线OP是它们的边界，OP上方区域Ⅰ中磁场的磁感应强度为B,一质量为m，电荷量为+q的质子(不计重力及质子对磁场的影响)以速度v从O点沿与OP成30°角的方向垂直磁场进入区域Ⅰ，质子先后通过磁场区域Ⅰ和Ⅱ后，恰好垂直于x轴进入第四象限，第四象限存在沿-x轴方向的特殊电场，电场强度E的大小与横坐标x的关系如图（b）所示，试求
(1)区域Ⅱ中磁场的磁感应强度大小 ；
(2)质子再次到达y轴时的速度大小和方向。

11.如图所示，在xOy平面内存在I、II、III、IV四个场区，y轴右侧存在匀强磁场I，y轴左侧与虚线MN之间存在方向相反的两个匀强电场，II区电场方向竖直向下，III区电场方向竖直向上，P点是MN与x轴的交点。有一质量为m，带电荷量+q的带电粒子由原点O，以速度v0沿x轴正方向水平射入磁场I，已知匀强磁场I的磁感应强度垂直纸面对里，大小为B0，匀强电场II和匀强电场III的电场强度大小均为，如图所示，IV区的磁场垂直纸面对外，大小为，OP之间的距离为，已知粒子最终能回到O点。

（1）带电粒子从O点飞出后，第一次回到x轴时的位置和时间；
（2）依据题给条件画出粒子运动的轨迹；
（3）带电粒子从O点飞出后到再次回到O点的时间。
试卷答案
1.解：导线左移时，线框的面积增大，由楞次定律可知原磁场确定是减小的；并且不论电流朝向哪个方向，只要电流减小，都会发生ab左移的状况；
故选：C．
2.解：A：由左手定则推断出N带正电荷，M带负电荷，故A正确；
B：粒子在磁场中运动，洛伦兹力供应向心力qvB=m，半径为：r=，在质量与电量相同的状况下，半径大说明速率大，即M的速度率大于N的速率，B错误；
C：洛伦兹力不做功，C错误；
D：粒子在磁场中运动半周，即时间为周期的一半，而周期为T=，M的运行时间等于N的运行时间，故D错误．
故选：A．
3.解：粒子在磁场中做圆周运动，由数学学问可知，粒子做圆周运动转过的圆心角分别是：φA=60°，φB=120°，
设粒子的运动轨道半径为rA，rB，rA=Rtan30°=R，rB=Rtan60°=R，
A、洛伦兹力供应向心力，由牛顿其次定律得：qvB=m，，
则粒子1与粒子2的比荷值为：，故A错误；B正确；
C、粒子运动的周期，，粒子运动的时间：=
带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为，故CD错误；
故选：B．
4.解：依据右手螺旋定则可知直线M处的磁场方向垂直于MN向里，直线N处的磁场方向垂直于MN向外，磁场大小先减小过O点后反向增大，依据左手定则可知，带正电的小球受到的洛伦兹力方向开头上的方向向上，过O得后洛伦兹力的方向向下．由此可知，小球将做匀速直线运动，小球对桌面的压力始终在增大，故AC错误，BD正确．
故选BD．
5.解：A、由麦克斯韦电磁场理论可知，磁感应强度随时间均匀增大时，将产生一个恒定的感应电场，由楞次定律可知，此电场方向与小球初速度方向相同，由于小球带正电，电场力对小球做正功，小球的速度渐渐增大，向心力也随着增大，故A错误，B正确．
C、洛伦兹力对运动电荷不做功，故C错误．
D、带电小球所受洛伦兹力F=qBv，随着速度的增大而增大，故D正确．
故选：BD
6.解：该导线可以用a和d之间的直导线长为L来等效代替，依据F=BIL，可知大小为，方向依据左手定则推断，向上；
故选A．
7. 解析：（1）粒子自P点进入磁场，从O1点水平飞出磁场，运动的半径必为b，则
  得                                             
（2）粒子自O1点进入磁场，最终恰好从N板的边缘平行飞出，设运动时间为t，则
2b=v0t                                                  
 t=nT （n=1,2,.....）                                     
解得    
（n＝1，2，…）                          
 （n＝1，2，…）                       
（3）当t=粒子以速度v0沿O2O1射入电场时，则该粒子恰好从M板边缘以平行于极板的速度射入磁场，且进入磁场的速度仍为v0，运动的轨道半径仍为b．
设进入磁场的点为Q，离开磁场的点为R，圆心为O3，如图所示，四边形OQ O3R是菱形，故O R∥ QO3．                                            
所以P、O、R三点共线，即POR为圆的直径．即PR间的距离为2b．

8.（1）粒子经过AB两板，由动能定理可知
                         ①                                   得                                  （2）粒子飞出B板后，在Q的作用下做匀速圆周运动，由受力分析可知Q带负电
且                                得                                   （3）粒子沿CD中线进入CD间的电场，做类平抛运动
由                               ②                                                  ③                         且                              ④                      由①~④可得                                    则飞出CD板时的位置与O点之间的距离为

9.解：（1）依据F=BIL得，B=．
（2）当导线中的电流变化时，导线所在处的磁场不变，则
F=BIL=5×10﹣7×3×0.1N=1.5×10﹣7N．
依据左手定则知，导线所受的安培力方向垂直导线向上．
答：（1）磁场的磁感应强度B的大小为5×10﹣7T．
（2）此时导线所受安培力F的大小为1.5×10﹣7N，方向垂直导线向上．

10.【学问点】带电粒子在磁场中运动  动能定理
【答案解析】（1）（2）方向向左下方与y轴负向成（）的夹角 解析： （1）由几何关系知：质子再次回到OP时应平行于x轴正向进入Ⅱ区，设质子从OP上的C点进入Ⅱ区后再从D点垂直x轴进入第四象限，轨迹如图。 

由几何关系可知：O1C⊥OX，O1C与OX的交点O2即为Ⅱ内圆弧的圆心，等边三角形。
设质子在Ⅰ区圆运动半径为，在Ⅱ区圆运动半径为，
则：   
由 得： ，  
同理得：
即区域Ⅱ中磁场的磁感应强度：     
（2）D点坐标：  
质子从D点再次到达y轴的过程，

设质子再次到达y轴时的速度大小为，
由动能定理：    
得：     
因粒子在y轴方向上不受力，故在y轴方向上的分速度不变
如图有：
即方向向左下方与y轴负向成（）的夹角   
【思路点拨】（1）依据运动规律画出运动运动轨迹，然后依据在磁场中运动洛伦兹力供应向心力求得磁感应强度。（2）依据动能定理和电场力做功求得到达D点的速度，在y轴方向上不受力，故在y轴方向上的分速度不变从而求得速度的方向。
11.（1）（-，0），；（2）如图；（3）
该题考查带电粒子在组合场中的运动（1）带电粒子在磁场I中运动的半径为
带电粒子在I磁场中运动了半个圆，回到y轴的坐标
带电粒子在II场区作类平抛运动，依据牛顿其次定律得带电粒子运动的加速度，竖直方向，水平位移，联立得，，第一次回到x轴的位置（-，0）
(2)依据运动的对称性画出粒子在场区III的运动轨迹如图所示。带电粒子在场区IV运动的半径是场区I运动半径的2倍，画出粒子的运动轨迹，同样依据运动的对称性画出粒子回到O点的运动轨迹如图所示。

（3）带电粒子在I磁场中运动的时间正好为1个周期，故
带电粒子在II、III两个电场中运动的时间
带电粒子在IV场中运动的时间为半个周期
因此带电粒子从O点飞出后到再次回到O点的时间