通用版2020版高考物理大一轮复习单元质检九磁场(含答案)

A.经过最高点时,三个小球的速度相等 B.经过最高点时,甲球的速度最小 C.甲球的释放位置比乙球的高

D.运动过程中三个小球的机械能均保持不变 答案CD 解析三个小球在运动过程中机械能守恒,有mgh=mv,在圆形轨道的最高点时,对甲有qv1B+mg= ,对乙有mg-qv2B= ,

2

对丙有8.

3

mg= ,可判断

v1>v3>v2,选项A、B错误,C、D正确。

如图所示,有3块水平放置的长薄金属板a、b和c,a、b之间相距为l。紧贴b板下表面竖直放置半径为R的半圆形塑料细管,两管口正好位于小孔M、N处。板a与b、b与c之间接有电压可调的直流电源,板b与c之间还存在方向垂直纸面的匀强磁场(图中未标出)。当体积为V0、密度为ρ、电荷量为q的带电油滴,等间隔地以速度v0从

a板上的小孔竖直向下射入,调节板间电压Uba=U1、Ubc=U2时,油滴穿过b板M孔进入细管,恰能与细管无接触地从N孔射出。忽略小孔和细管对电场的影响,不计空气阻力。则以下说法正确的是( ) A.油滴带负电,板b与c之间的磁场方向向外

B.油滴进入M孔的速度为 0 0

C.b、c两板间的电场强度E为0 D.b、c两板间的磁感应强度为0 0 0

答案ABC 解析依题意可知,油滴在板b和c之间恰好做匀速圆周运动,则其所受重力和静电力平衡,洛伦兹力提供向心力,由此判断得出油滴带负电,磁场方向向外,A正确;油滴进入电场后,重力与静电力均做功,设到M点时的速度为v1,由

动能定理得 ,B正确;由上面分析可得mg=qE,解得E=0 ,C正确; 0=mgl+qU1,考虑到m=ρV0,解得v1= 0 0

油滴在半圆形细管中运动时,洛伦兹力提供向心力,即qv1B= ,解得B= 0 ,D错误。 0 0

二、实验题(10分)

9.利用霍尔效应可以测量磁感应强度。如图甲所示,将导体置于磁场中,沿垂直磁场方向通入电流,在导体中垂直于电流和磁场的方向上会产生一个纵向电势差UH,这种现象叫霍尔效应。导体材料中单位体积内的自由电荷数目为n,自由电荷所带电荷量为q,将k=定义为霍尔系数。利用霍尔系数k已知的材料制成探头,其工作面(相当于图

甲中垂直磁场的abb'a'面)的面积可以做到很小,因此可用来较精确测量空间某一位置的磁感应强度。

图乙为一种利用霍尔效应测磁感应强度的仪器,其中的探头固定在探杆的前端,且使探头的工作面与探杆垂直。这种仪器既可以控制通过探头的电流I的大小,又可以测出探头所产生的霍尔电势差UH,并自动计算出探头所测位置磁场的磁感应强度大小。

(1)在利用上述仪器测量磁感应强度的过程中,对探杆的放置方位有何要求?

(2)计算所测位置磁感应强度,除了k、I、UH外,还需要知道哪个物理量 。(请填写下面选项前的字母) A.探头沿磁场方向的厚度l B.探头产生电势差两面间的距离h C.探头沿电流方向的长度l0

用上述物理量表示所测磁感应强度大小B= 。

答案(1)使探杆与磁场方向平行(或调整探杆的放置方位使霍尔电势差达到最大) (2)A

解析(1)由题给信息易知,应使探杆与磁场方向平行(或调整探杆的放置方位使霍尔电势差达到最大);(2)自由电荷在运动过程中受到的电场力和洛伦兹力是一对平衡力,即qvB=q ,I=nqvhl,k=,联立可得B= 。所以还需要知道l。

三、计算题(本题共3小题,共42分)

10.(12分)(2018·全国卷Ⅲ)如图,从离子源产生的甲、乙两种离子,由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动,自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1,并在磁场边界的N点射出;乙种离子在MN的中点射出;MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求:

(1)磁场的磁感应强度大小; (2)甲、乙两种离子的比荷之比。 答案(1) (2)1∶4

解析(1)设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1,磁场的磁感应强度大小为

B,由动能定理有q1U= m1

①

由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有

q1v1B=m1

② ③ ④

由几何关系知2R1=l 由①②③式得B= 。

(2)设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2,射入磁场的速度为v2,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2。同理有

q2U= m2

q2v2B=m2

⑤ ⑥

由题给条件有2R2=

由①②③⑤⑥⑦式得,甲、乙两种离子的比荷之比为 =1∶4。

⑦ ⑧

11.(15分)如图所示,在等边三角形ABC内存在着垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B0。在等边三角形

ABC外存在着垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为2B0。等边三角形ABC边长为a,在顶点A处放置一

“∧”形的挡板P,挡板夹角为60°,挡板两边正好分别与AB、AC重合,挡板左右两侧板长均为 。在顶点B处沿

00

∠ABC的角平分线方向,有大量不同速率的带电粒子射出,这些粒子的电荷量均为+q,质量均为m,其速率满足

00

解析发射粒子速率满足

F洛=m 得r=

0

可知在三角形ABC内部,带电粒子的轨道半径满足

带电粒子在三角形ABC外部半径r2=

由几何关系可知,能够打在AC边上的粒子速率最小,所对应半径(在三角形外部)为。

3

此时可证明该速率所对圆心O恰好在AC边上,且AO=。

3

如图所示,由几何关系可知AD=a。

3

12.(15分)如图甲所示,平行板M、N关于x轴对称,右端刚好与y轴相交,板长为l,板间距离也为l,两板间加上如图乙所示的正弦式交流电压(图中Um已知),在y轴右侧有垂直于xOy平面向里的匀强磁场,在平行板左端、x轴上A点有一粒子源,沿x轴正方向不断发射质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,粒子的速度大小相等,这些粒子刚好都能进入磁场,经磁场偏转后刚好不能再进入板间电场。粒子穿过两板间所用的时间远小于T,不计粒子的重力。求:

(1)匀强磁场的磁感应强度的大小。 (2)粒子打在y轴上的范围。

答案(1) (2)0.5l≤y≤ .5l

解析(1)带电粒子在电场中做类平抛运动,这些粒子刚好都能进入磁场,

v0t1=l, , ,a=