第一章 磁场 水平测评-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册创新导学案教用Word（粤教版2019）

物理 选择性必修 第二册(粤教) 第一章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟． 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分．在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨．电磁推进器用绝缘材料制成直海水导管，马鞍形超导线圈在通道内形成磁场，正、负电极与直流电源相连在海水中形成电流．装置的截面图如图所示，关于该电磁推进器说法正确的是(　　) A．同等情况下装置在纯净的淡水湖中推进效果比在海水中好 B．同等情况下增加磁感应强度不能改变推进效果 C．图示中海水受到的磁场力方向垂直纸面向里 D．图示中推进器受到海水推力方向垂直纸面向里 答案　C 解析　海水导电能力强于淡水，同等情况下电流更大，推进效果更好，故A错误；磁场力与磁感应强度成正比，增加磁感应强度可以增强推进效果，故B错误；根据左手定则，海水受到的磁场力垂直纸面向里，故C正确；根据牛顿第三定律，推进器受到的海水推力方向垂直纸面向外，故D错误． 2.在粒子物理学的研究中，经常应用“气泡室”装置．粒子通过气泡室中的液体时能量降低，在它的周围有气泡形成，显示出它的径迹．如图所示为带电粒子在气泡室运动径迹的照片，气泡室处于垂直纸面向里的匀强磁场中，下列有关甲、乙两粒子的判断正确的是(　　) A．甲粒子从b向a运动 B．乙粒子从c向d运动 C．甲粒子带正电 D．乙粒子带负电 答案　A 解析　带电粒子沿垂直于磁场方向运动，通过气泡室中的液体时能量降低，速度减小，由粒子轨道半径公式r＝可知，粒子的轨道半径逐渐减小，则由图看出，甲粒子从b向a运动，乙粒子从d向c运动，由左手定则可知，甲粒子带负电，乙粒子带正电．故A正确，B、C、D错误． 3.如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间．相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连．质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止．重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力．下列说法正确的是(　　) A．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，v＝ B．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，v＝ C．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，v＝ D．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，v＝ 答案　B 解析　等离子体垂直于磁场喷入板间时，根据左手定则可知金属板Q带正电荷，金属板P带负电荷，则金属棒ab中电流方向由a端流向b端；金属棒ab在光滑平行导轨上静止，且B2垂直于导轨平面，则金属棒ab所受安培力沿导轨向上，由左手定则可知，导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下．等离子体喷入金属板P、Q间时产生的电动势E满足q＝qB1v，由闭合电路欧姆定律有I＝，则金属棒ab所受安培力大小F＝B2IL＝，对金属棒ab由平衡条件可得F＝mgsinθ，联立解得v＝.B正确． 4. 螺线管正中间的上方悬挂一个通有顺时针方向电流的小线圈，线圈的平面与螺线管的轴线在同一竖直面内，如图所示．当闭合开关S时(一小段时间内)，从上方俯视，线圈应该(　　) A．顺时针方向转动，同时向左移动 B．逆时针方向转动，同时向右移动 C．顺时针方向转动，同时悬线的拉力减小 D．逆时针方向转动，同时悬线的拉力增大 答案　D 解析　根据安培定则可知，闭合开关时，螺线管右端为N极，左端为S极，对通有顺时针方向电流的小线圈，由右手螺旋定则可知，线圈的外面为S极，里面为N极，因为异名磁极相互吸引，所以从上往下看，线圈逆时针方向转动．线圈处在螺线管正中间的上方，根据对称性可知，线圈不会向左或向右移动．因线圈下半部分的磁场强于上半部分，故线圈下半部分所受安培力大于上半部分所受安培力，又根据左手定则可知，下半部分所受安培力向下，上半部分所受安培力向上，则悬线的拉力增大．综上所述，D正确，A、B、C错误． 5.如图，在第一象限内有垂直纸面向里的匀强磁场，正、负电子分别以相同速度沿与x轴成30°角从原点垂直射入磁场，则正、负电子在磁场中运动时间之比为(　　) A．2∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶15 答案　A 解析　电子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，正电子进入磁场后，在洛伦兹力作用下向上偏转，而负电子在洛伦兹力作用下向下偏转．由带电粒子在磁场中做圆周运动的周期公式T＝，可知正、负电子的周期相等．正电子从y轴上射出磁场时，根据几何知识得知，速度与y轴的夹角为60°，速度的偏转角为120°，其轨迹对应的圆心角也为120°，则正电子在磁场中运动时间为：t1＝T＝T.同理，负电子从x轴离开磁场时，速度方向与x轴的夹角为30°，则轨迹对应的圆心角为60°，负电子在磁场中运动时间为：t2＝T＝T.所以正电子与负电子在磁场中运动时间之比为：t1∶t2＝2∶1；故A正确． 6．如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场．一带电粒子a(不计重力)以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O′点(图中未标出)穿出．若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b(　　) A．穿出位置一定在O′点下方 B．穿出位置一定在O′点上方 C．运动时，在电场中的电势能一定减小 D．在电场中运动时，动能一定减小 答案　C 解析　a粒子在电场、磁场的叠加场区内做直线运动，则该粒子一定沿水平方向做匀速直线运动，故对粒子a有：qBv＝qE，即只要满足E＝vB，无论粒子带正电还是负电，粒子都可以沿直线穿出叠加场区；当撤去磁场只保留电场时，粒子b由于电性不确定，故无法判断从O′点的上方还是下方穿出，A、B错误；粒子b在穿过电场区的过程中必然受到静电力的作用而做类平抛运动，静电力做正功，其电势能减小，动能增大，故C正确，D错误． 7．如图所示，正方形abcd中有垂直纸面向里的匀强磁场．一束电子沿纸面以大小不同、方向垂直ad边界的速度飞入该磁场．对于从不同边界射出的电子，下列判断错误的是(　　) A．从c点离开的电子在磁场中运动的时间最长 B．从ad边射出的电子在磁场中运动的时间都相等 C．电子在磁场中运动的速度偏转角最大为π D．从bc边射出的电子的速度一定大于从ad边射出的电子的速度 答案　A 解析　带电粒子在有界匀强磁场中的运动时间t＝T＝，由几何知识可知，从ad边离开的电子在磁场中运动的速度偏转角最大，为π，则在磁场中运动的时间最长，为半个周期，A错误，B、C正确；由几何关系可知，从bc边射出的电子的轨道半径大于从ad边射出的电子的轨道半径，又由轨道半径公式r＝可知，从bc边射出的电子的速度大于从ad边射出的电子的速度，D正确．本题选判断错误的，故选A. 8．如图甲所示，某空间存在着范围足够大的匀强磁场，磁场沿水平方向．磁场中有A、B两个物块叠放在一起，置于光滑水平面上．物块A带正电，物块B不带电且表面绝缘．在t＝0时刻，水平恒力F作用在物块B上，物块A、B由静止开始做加速度相同的运动．在物块A、B一起运动的过程中，图乙反映的可能是(　　) A．物块A所受洛伦兹力大小随时间t变化的关系 B．物块A对物块B的摩擦力大小随时间t变化的关系 C．物块A对物块B的压力大小随时间t变化的关系 D．物块B对地面的压力大小随时间t变化的关系 答案　CD 解析　对两物块受力分析可知，A、B做匀加速直线运动，物块A受到的洛伦兹力大小F洛＝qvB＝qBat，t＝0时，F洛＝0，A错误；物块A对B的摩擦力大小f＝mAa，所以f保持不变，B错误；由左手定则可知，A所受洛伦兹力竖直向下，则A对B的压力大小NA＝mAg＋qvB＝mAg＋qBat，C正确；B对地面的压力大小NB＝(mA＋mB)g＋qBat，D正确． 9.在半导体离子注入工艺中，初速度可忽略的磷离子P＋和P3＋，经电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里、有一定宽度的匀强磁场区域，如图所示．已知离子P＋在磁场中转过θ＝30°角后从磁场右边界射出．在电场和磁场中运动时，离子P＋和P3＋(　　) A．在电场中的加速度之比为1∶1 B．在磁场中运动的半径之比为∶1 C．在磁场中转过的角度之比为1∶2 D．离开电场区域时的动能之比为1∶3 答案　BCD 解析　离子P＋和P3＋的质量之比为1∶1，电荷量之比等于1∶3，在电场中的加速度a＝，可知加速度之比为1∶3，故A错误；离子在电场中运动时有qU＝mv2，在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m，得运动半径r＝＝，则半径之比为1∶＝∶1，故B正确；设磁场宽度为d，由几何关系有d＝rsinα(α为离子在磁场中转过的角度)，可知离子在磁场中转过的角度正弦值之比等于半径倒数之比，即1∶，因P＋在磁场中转过的角度θ＝30°，则P3＋转过的角度θ′＝60°，故转过的角度之比为1∶2，故C正确；根据Uq＝Ek，离子离开电场时的动能之比等于电荷量之比，即1∶3，故D正确． 10. 如图为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成，若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外．一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，不计粒子重力，下列说法中正确的是(　　) A．极板M比极板N电势低 B．加速电场的电压U＝ER C．直径PQ＝ D．若一群粒子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群粒子具有相同的比荷 答案　CD 解析　粒子经加速电场加速后进入静电分析器，在静电力的作用下做匀速圆周运动，由静电力指向圆心可知粒子带正电，因此加速电场的场强方向由M指向N，即极板M的电势高，故A错误；在加速电场中，由动能定理得qU＝mv2，粒子在静电分析器内做匀速圆周运动，因此qE＝m，联立可得U＝，故B错误；粒子进入磁场后在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，则PQ＝2r＝2，联立可得PQ＝，当B、E、R确定时，粒子在磁场中的轨迹直径只和粒子的比荷有关，因此落在胶片上同一点的粒子比荷相同，故C、D正确． 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共14分) 11．(6分)利用通电导线在磁场中受到的安培力与磁感应强度的关系就可以测定磁感应强度的大小，实验装置如图所示，弹簧测力计下端挂一矩形导线框，导线框接在图示电路中，线框的短边置于蹄形磁体的N、S极间磁场中的待测位置． (1)在接通电路前，待线框静止后，先观察并记录下弹簧测力计的读数F0； (2)接通电路，调节滑动变阻器使电流表读数为I，待线框静止后，观察并记录下弹簧测力计的读数F(F＞F0)． 由以上测量数据可知：导线框所受重力大小等于__________；磁场对矩形线框位于磁场中的一条边的作用力大小为__________．若已知导线框在磁场中的这条边的长度为L、线框匝数为N，则利用上述数据计算待测磁场的磁感应强度的表达式为B＝________． 答案　F0　F－F0　 解析　在接通电路前，导线框静止时，处于平衡状态，重力等于弹簧测力计的拉力，即G＝F0；接通电路，导线框受到重力、安培力和拉力的作用，处于平衡状态，平衡方程为：F－G－F安＝0，则F安＝F－G＝F－F0，又F安＝NBIL，则B＝. 12．(8分)如图甲所示，排污管道的污水中常含有大量正、负离子，某兴趣小组的同学为探究该管道的污水排放量，利用废旧材料与0刻度线在表盘中央的电压表自制了一简易电磁流量计进行测量，原理如图乙所示．该组同学将横截面为圆形的塑料弯管插入排污管道后密封，污水充满竖直管道后经水平管口排出，图乙中A、B分别为两竖直紧贴塑料管内壁的金属探针，两针间距离恰等于塑料管道内直径D，将两探针用导线自管壁引出后，分别与电压表(图中未画出)两接线柱相连，对竖直管道施加垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小为B.已知该管道单位时间内排出污水的体积Q不变，探针与污水接触良好，两引线处无渗漏，电压表可视为理想电表，导线及污水电阻不计，则： (1)若发现电压表的指针偏向0刻度线的左侧，说明探针________(选填“A”或“B”)与电压表正接线柱相连；要使电压表指针正常显示时偏向0刻度线右侧，可采取的一条措施是__________________________________________________________； (2)经调整，电压表指针正常偏转，则电压表稳定后的示数U与该管道单位时间内排出污水的体积Q的关系式为U＝________；(用题中所给物理量符号表示) (3)若发现测量时电压表的指针偏转角度太小，要使指针偏转角度适当大些，可采取的一条措施是________________________________________________________． 答案　(1)B　将探针A、B分别与电压表正、负接线柱相连(或将匀强磁场的方向改为垂直于纸面向外)　(2) (3)适当增大匀强磁场的磁感应强度大小(或换用直径小一些的塑料管，或换用量程小一些的电压表) 解析　(1)由左手定则可知，正离子在洛伦兹力的作用下应向探针A侧偏转，故A侧电势高，因电压表示数为负值，说明探针B连在了电压表的正接线柱上；要使电压表指针正常显示时偏向0刻度线右侧，可以将探针A、B分别与电压表正、负接线柱相连，也可以将匀强磁场的方向改为垂直于纸面向外． (2)电压表示数稳定时，污水中的带电粒子在A、B间所受静电力与洛伦兹力平衡，有qvB＝qE，A、B间电场强度E＝，管道单位时间内排出污水的体积Q＝＝＝，联立得U＝. (3)由U＝可知，要增大电压表指针偏角，可适当增大匀强磁场的磁感应强度大小，也可换用直径小一些的塑料管，还可换用量程小一些的电压表． 三、计算题(本题共3小题，共36分．要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13．(8分) 如图所示，ab、cd为两根足够长的相距1 m的平行金属导轨，导轨与水平面之间的夹角θ＝37°，导轨间存在垂直于导轨平面向下的匀强磁场．质量为0.15 kg的金属棒MN垂直放置在导轨上，金属棒与导轨之间的动摩擦因数为0.2.当通以方向从M到N、大小为2 A的电流时，金属棒MN恰能沿导轨向下做匀速运动．已知g＝10 m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求： (1)磁感应强度B的大小； (2)当棒中电流增大到4 A的瞬间，棒获得的加速度a. 答案　(1)0.33 T (2)4.4 m/s2，方向沿导轨向上 解析　(1)当通以方向从M到N、大小为2 A的电流时，金属棒所受安培力沿导轨向上，金属棒MN沿导轨向下匀速运动，沿导轨方向受力平衡，则 mgsinθ＝F安＋μmgcosθ F安＝IlB 代入数据解得B＝0.33 T. (2)当棒中电流增大到I′＝4 A时，设棒的加速度为a，以沿导轨向下为正方向，由牛顿第二定律有 mgsinθ－I′lB－μmgcosθ＝ma 代入数据解得a＝－4.4 m/s2 负号表示方向沿导轨向上． 14.(12分)如图是水平放置的小型粒子回旋加速器的简化示意图，圆形真空室内存在垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度大小B＝0.83 T；当粒子在A处加速腔中运动时腔内能产生加速电场，加速电压U＝41.5 kV；细管道BC的长度l＝8.0 cm，其内部将磁场屏蔽；B点位于A的正上方，A、B间的距离d＝20.0 cm.氦核由静止注入到加速腔，在加速腔加速后，以水平速度垂直于AB进入磁场，经过多次回旋加速后，恰好从B点进入管道，并沿管道做匀速直线运动，从C点离开加速器．忽略加速腔的大小，不计氦核的重力和氦核在加速腔中运动的时间．(氦核质量m＝6.64×10－27 kg、电荷量q＝3.20×10－19 C) (1)试判断匀强磁场的方向； (2)求氦核从细管道飞出时的动能Ek； (3)求氦核从静止开始运动到C点的总时间t. 答案　(1)垂直于纸面向外　(2)5.312×10－14 J　(3)5.7×10－7 s 解析　(1)由题意可知氦核在磁场中沿顺时针运动，根据左手定则可判断匀强磁场的方向是垂直于纸面向外． (2)氦核最后从A运动半周到B，轨道半径r＝ 由qvB＝ 解得v＝＝4.0×106 m/s 氦核从细管道飞出时的动能 Ek＝mv2＝5.312×10－14 J. (3)氦核在加速腔中加速的次数n＝＝4 在磁场中运动的周期T＝＝5π×10－8 s 在磁场中运动的时间t1＝(n－0.5)T＝5.5×10－7 s 在管道BC中运动的时间t2＝＝2.0×10－8 s 氦核从静止运动到C的总时间t＝t1＋t2＝5.7×10－7 s. 15．(16分)真空中有如图所示矩形区域，左边界MN、右边界CD的横坐标值分别是－L0、＋3L0，上、下边界的纵坐标值分别是＋L0、－L0.该区域充满竖直向上的匀强电场，且y轴右侧充满水平方向的、磁感应强度大小均为B的匀强磁场，匀强磁场以x轴为分界线，上、下区域磁场的方向分别垂直于纸面向外、向内．一质量为m、电荷量为＋q的带电质点从MN边界上的P点以与x轴正方向夹角为某值(记为θ)的方向对着坐标原点O以某速率(记为v0)进入矩形区域，能沿直线运动到O点，并恰好从D点沿与x轴平行的方向离开矩形区域．已知重力加速度为g，问： (1)匀强电场的场强E多大？ (2)θ和v0各多大？ (3)若该带电质点从P点沿原方向以另一速率(记为v)进入矩形区域，会从CD边上某点(不包括端点C、D)离开矩形区域，且离开时速度方向仍与x轴平行，则该带电质点在矩形区域内总共运动的时间t多大？ 答案　(1)　(2)37°　 (3)(n＝1，2，3，…) 解析　(1)根据题意，带电质点由P沿直线运动到O，必做匀速直线运动，所以受力平衡，有qE＝mg 解得E＝. (2)在磁场中运动过程中，带电质点所受重力与静电力依然平衡，故做匀速圆周运动，且恰好从D点沿与x轴平行的方向离开矩形区域，其轨迹如图甲所示 设圆周运动半径为r，由几何关系，有 r2＝(3L0)2＋(r－L0)2 而sinθ＝ 解得r＝5L0，θ＝37° 由洛伦兹力提供向心力，有qv0B＝m 解得v0＝. (3)该带电质点从P点沿原方向进入且离开时速度方向仍与x轴平行，在磁场中，带电质点做匀速圆周运动的一种可能轨迹如图乙所示 设圆周运动半径为r′，由几何关系有 (2n＋1)r′sinθ＝3L0(n＝1，2，3，…) 由洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m 设PO为s，有s＝ 在y轴左侧的运动时间 t1＝ 在磁场中的运动时间 t2＝(2n＋1)T(n＝1，2，3，…) 且T＝ 带电质点在矩形区域内运动的总时间 t＝t1＋t2 联立得 t＝(n＝1，2，3，…)． 12 学科网（北京）股份有限公司 $$