检测卷1 安倍力与洛仑磁力(word练习)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

检测卷一 安培力与洛伦兹力 [对应素能提升训练第54页] （满分：100分,时间：75分钟） 一、选择题：本题共10小题，共46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，每小题4分；第8～10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1.如图所示为某新型电磁船的实物图和俯视图，MM′、NN′为固定在船底的平行金属板，海水可以在它们之间贯穿而过。船上装有产生强磁场的装置，可在两平行金属板间海水中的虚线框内产生强磁场。直流电源接在M、N间，导电的海水在磁场作用下即可推动该船运动。闭合开关S后，要使船前进，虚线框中的磁场方向应该是（　　） A.竖直向上 B.竖直向下 C.水平向左 D.水平向右 解析　要使船前进，船受到海水的作用力应向左，根据力的作用是相互的，海水受到向右的安培力，根据左手定则，虚线框中的磁场方向应竖直向上。故选A。 答案　A 2.如图所示，在光滑水平桌面上有A、C两个绝缘钉子，相距2L，一根长度为πL的软导线固定在两个钉子之间，并通有大小为I的稳定电流。当桌面上加上一个磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场后，稳定时，钉子A受到导线的拉力大小为（　　） A.BIL B.2BIL C.πBIL D.2πBIL 解析　根据题意，导线的有效长度等于2L，导线受到两个钉子的弹力和安培力，对导线，根据平衡条件有2F＝BI×2L，解得每个钉子对导线的弹力大小F＝BIL，再结合牛顿第三定律知，A正确。 答案　A 3.如图所示,直导线平行于通电螺线管的轴线放置在螺线管的上方,如果直导线可以自由地运动,且通以从a到b的电流,则导线ab受磁场力后的运动情况 （　　） A.从上向下看,顺时针转动并靠近螺线管 B.从上向下看,顺时针转动并远离螺线管 C.从上向下看,逆时针转动并远离螺线管 D.从上向下看,逆时针转动并靠近螺线管 解析　通电螺线管产生的磁场方向在其内部为从右向左,外部为从左向右。通电直导线左侧所处的磁场方向斜向上,右侧导线所处的磁场方向斜向下,则由左手定则可知,直导线左侧受力方向向外,直导线右侧受力方向向里,故从上向下看为逆时针转动；当转过90°时,由左手定则可得直导线受力向下,直导线靠近螺线管,故D正确。 答案　D 4.质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器,它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动,然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示,虚线为某粒子的运动轨迹,由图可知 （　　） A.此粒子带负电 B.下极板S2比上极板S1电势高 C.若只增大加速电压U,则半径r变大 D.若只增大入射粒子的质量,则半径r变小 解析　由左手定则知,粒子带正电,则下极板S2比上极板S1电势低,所以A、B错误,由qU＝mv2和qvB＝m得r＝,所以C正确,D错误。 答案　C 5.图甲为安装在某特高压输电线路上的一个六分导线间隔棒，图乙为其截面图。间隔棒将6条输电导线分别固定在一个正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中心。已知通电导线在周围形成磁场的磁感应强度与电流大小成正比，与到导线的距离成反比，某瞬时，6条输电导线中通过垂直纸面向外、大小相等的电流，其中a导线中的电流对b导线中电流的安培力大小为F，该时刻 （　　） A.O点的磁感应强度方向垂直于cf向下 B.b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场磁感应强度方向沿aO，由a指向O C.c导线所受安培力方向沿Oc指向c D.a导线所受安培力为2.5F 解析　A.根据安培定则，a、d两条导线在O点的磁感应强度等大反向，b、e两条导线在O点的磁感应强度等大反向，c、f两条导线在O点的磁感应强度等大反向，所以O点的磁感应强度为零，A错误；BD.根据安培定则，b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场的磁感应强度方向如图所示，设b在a处产生的磁感应强度大小为B，则f在a处产生的磁感应强度大小为B，c、e在a处产生的磁感应强度大小为，d在a处产生的磁感应强度大小为，根据磁感应强度的叠加可知，b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场的磁感应强度方向垂直于aO斜向左下，合磁感应强度大小为2.5B，方向垂直aO；根据左手定则和安培力公式可知，a受安培力方向为沿aO，由a指向O，大小为2.5F，B错误，D正确；C.同理可得c导线所受安培力方向沿cO，由c指向O，C错误。故选D。 答案　D 6.2023年中国全超导托卡马克核聚变实验装置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体在托卡马克环形真空室内的运动状况，某同学将一小段真空室内的电场和磁场理想化为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场（如图），电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。若某电荷量为q的正离子在此电场和磁场中运动，其速度平行于磁场方向的分量大小为v1，垂直于磁场方向的分量大小为v2，不计离子重力，则（　　） A.电场力的瞬时功率为qE B.该离子受到的洛伦兹力大小为qv1B C.v2与v1的比值不断变大 D.该离子的加速度大小不变 解析　由P＝Fv cos θ，电场力的瞬时功率为P＝Eqv1，A错误；该离子受到的洛伦兹力大小为F洛＝qv2B，B错误；离子在垂直于磁场方向的平面内做匀速圆周运动，同时沿水平方向做加速运动，v1增大，v2不变，v2与v1的比值不断变小，C错误；离子受到的洛伦兹力大小不变，洛伦兹力方向始终垂直于磁场方向，即始终垂直于电场方向，又因为离子受到的电场力不变，则该离子的加速度大小不变，D正确。故选D。 答案　D 7.近年中核集团核工业西南物理研究院科研团队再创佳绩，中国新一代“人造太阳”科学研究取得突破性进展，HL­2M等离子体电流突破100万安培，创造了我国可控核聚变装置运行新纪录，技术水平居国际前列。图示为核聚变中磁约束的托卡马克装置的简化图，圆环状匀强磁场区域的内半径为R1，外半径为R2，磁感应强度大小为B，方向垂直于环面，中空区域内带电粒子的质量为m，电荷量为q，具有各个方向的速度。欲将带电粒子约束在半径为R2的区域内，则带电粒子的最大速度为 （　　） A. B. C. D. 解析　带电粒子的速度越大，在磁场中做圆周运动的半径就越大，要将带电粒子约束在半径为R2的区域内，临界情况如图所示。 可得带电粒子做圆周运动的最大半径为Rmax＝，根据R＝，可得粒子的最大速度为vmax＝，故选B。 答案　B 8.如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁连接起来，此时台秤读数为F1。现在磁铁上方中心偏左位置固定一直导线，当直导线中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为F2，则以下说法正确的是（　　） A.弹簧长度将变长 B.弹簧长度将变短 C.F1＞F2 D.F1＜F2 解析　通电导线所在处的磁场是由磁铁产生的，方向指向右上方，根据左手定则知，通电导线受到的安培力方向指向右下方，根据牛顿第三定律知，磁铁受到导线的作用力指向左上方，因此弹簧长度将变短，对台秤的压力将变小，即F1＞F2，B、C正确，A、D错误。 答案　BC 9.如图所示,左右边界分别为PP'、QQ'的匀强磁场的宽度为d,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里。一个质量为m、电荷量为q的微观粒子,沿图示方向以速度v0垂直射入磁场,粒子重力不计,欲使粒子不能从边界QQ'射出,粒子入射速度v0的最大值可能是 （　　） A. B. C. D. 解析　粒子射入磁场后做匀速圆周运动,由R＝知,粒子的入射速度v0越大,R越大,当粒子的径迹和边界QQ'相切时,粒子刚好不从QQ'射出,此时其入射速度v0应为最大,若粒子带正电,其运动轨迹如图甲所示（此时圆心为O点）,容易看出R1sin 45°＋d＝R1,将R1＝代入上式得v0＝,B正确；若粒子带负电,其运动轨迹如图乙所示（此时圆心为O'点）,容易看出R2＋ R2cos 45°＝d,将R2＝代入上式得v0＝,C正确。 答案　BC 10.美国的物理学家劳伦斯设计了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的两D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的质量为m、电荷量为＋q的粒子在加速器中被加速,其加速电压恒为U。带电粒子在加速过程中不考虑相对论效应和重力的作用,则 （　　） A.带电粒子在加速器中第1次和第2次做曲线运动的时间分别为t1和t2,则t1∶t2＝1∶2 B.带电粒子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比r1∶r2＝1∶ C.两D形盒狭缝间的交变电场的周期T＝ D.带电粒子离开回旋加速器时获得的动能为 解析　带电粒子在磁场中回旋时间与半径和速度无关,t1＝t2＝T,A错误；为使粒子每次进入电场都被加速,要求T交＝T回＝,C正确；第一次加速后v1＝,第二次加速后v2＝,又r＝,所以＝,B正确；粒子最后获得动能Ekm＝m＝,D正确。 答案　BCD 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 11.（6分）如图所示为电磁流量计示意图。直径为d的非磁性材料制成的圆形导管内,有可以导电的液体流动。假设液体内有大量负粒子,磁感应强度为B的匀强磁场垂直液体流动的方向而穿过一段圆形管道,若测得管壁内a、b两点间的电势差为U,则a、b两面的电势高低为Φa　 　　（选填“＞”“＝”或“＜”）Φb,管道中液体的流量Q＝　　　　。 解析　由左手定则知,液体中的负粒子受到向下的洛伦兹力,故下面聚集负电荷,所以Φa＞Φb,又由qE＝q＝qvB得v＝,Q＝Sv＝π（）2＝。 答案　＞　 12.（14分）如图所示,图中虚线框内存在一沿水平方向且与纸面垂直的匀强磁场,现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向。所用部分器材已在图中给出,其中D为位于纸面内的“U”形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长；E为直流电源,R为电阻箱；A为电流表；S为开关,此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。 （1）在图中画线连接成实验电路图。 （2）完成下列主要实验步骤中的填空： ①按图接线。 ②保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态；然后用天平称量细沙质量m1。 ③闭合开关S,调节R的阻值使电流大小适当,在托盘内重新加入或减去适量细沙,使D　　　　　　　　　　；然后读出　　　　　　　　　　,并用天平称出　　　　　　　　　　　。 ④用米尺测量　　　　　　　　　　　。 （3）用测得的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B＝　。 （4）判定磁感应强度的方向的方法是：若　　　　,磁感应强度方向垂直纸面向外；反之,磁感应强度方向垂直纸面向里。 答案　（1）如图所示 （2）③重新处于平衡状态　电流表的示数I　此时细沙的质量m2　④D的底边长度l （3） （4）m2＞m1 13.（10分）如图所示，电源电动势E＝2 V，内阻r＝0.5 Ω，竖直导轨宽l＝0.2 m，导轨电阻不计。另有一质量m＝0.1 kg，电阻R＝0.5 Ω的金属棒，它与导轨间的动摩擦因数μ＝0.4，靠在导轨的外面。为使金属棒不滑动，施加一与纸面夹角为30°且与导体棒垂直指向纸里的匀强磁场（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2）。求： （1）此磁场的方向； （2）磁感应强度B的取值范围。 解析　（1）要使金属棒静止，安培力应斜向上指向纸里，画出由a→b的侧视图，并对棒ab受力分析。经分析知磁场的方向斜向下指向纸里。 （2）如图甲所示，当ab棒有向下滑的趋势时，受静摩擦力向上为Ff，则F sin 30°＋Ff－mg＝0，① F＝IlB1，② Ff＝μF cos 30°。③ I＝，④ 联立①②③④并代入数值得B1≈3.0 T。 当ab棒有向上滑的趋势时，受静摩擦力向下为Ff′，如图乙所示，则F′sin 30°－Ff′－mg＝0， Ff′＝μF′cos 30°， F′＝IlB2， I＝， 可解得B2≈16.3 T。 所以若保持金属棒静止不滑动，磁感应强度应满足： 3.0 T≤B≤16.3 T。 答案　（1）斜向下指向纸里　（2）3.0 T≤B≤16.3 T 14.（11分）如图所示,质量为m＝1 kg、电荷量为q＝5×10－2 C的带正电的滑块,从半径为R＝ 0.4 m的固定的光滑绝缘圆弧轨道上由静止自A端滑下。整个装置处在方向互相垂直的匀强电场与匀强磁场中。已知E＝100 V/m,方向水平向右；B＝1 T,方向垂直纸面向里。求：（g取10 m/s2） （1）滑块到达圆弧轨道最低点C时的速度； （2）在C点时滑块所受的洛伦兹力； （3）滑块到达C点时对轨道的压力。 解析　以滑块为研究对象,自轨道上A点滑到C点的过程中,受重力mg,方向竖直向下；静电力qE,方向水平向右；洛伦兹力F＝qvB,方向始终垂直于速度方向。 （1）滑块从A到C过程中洛伦兹力不做功,由动能定理得mgR－qER＝m, 得vC＝＝2 m/s,方向水平向左。 （2）根据洛伦兹力公式得， F＝qvCB＝5×10－2×2×1 N＝0.1 N,方向竖直向下。 （3）在C点根据牛顿第二定律：FN－mg－F＝m， 代入数据得：FN＝20.1 N。根据牛顿第三定律,滑块对轨道的压力为20.1 N。 答案　（1）2 m/s,方向水平向左　（2）0.1 N,方向竖直向下　（3）20.1 N 15.（13分）利用质谱仪可以测定有机化合物的分子结构，质谱仪的结构如图所示。有机物的气体分子从样品室注入离子化室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化或碎裂成离子（如C2H6离子化后得到C2H6＋、C2H2＋、CH4＋等）。若离子化后得到的离子均带一个单位的正电荷e，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室、真空管，最后在记录仪上得到离子，通过处理就可以得到离子的质荷比，进而推测有机物的分子结构。已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心。 （1）请说明高压电源A端是“正极”还是“负极”，磁场室内的磁场方向“垂直纸面向里”还是“垂直纸面向外”； （2）C2H6＋和C2H2＋离子同时进入磁场室后，出现了轨迹Ⅰ和Ⅱ，试判定两种离子各自对应的轨迹，并说明原因； （3）若磁感应强度为B时，记录仪接收到一个明显信号，该信号对应的离子质荷比＝，正确吗？ 解析　（1）正离子在电场中加速，可知高压电源A端为负极；根据左手定则知，磁场室内的磁场方向垂直纸面向外。 （2）设离子通过高压电源区后的速度为v，由动能定理可得eU＝mv2；离子在磁场中偏转，洛伦兹力提供向心力，有evB＝m；两式联立解得r＝，由此可见，质量大的离子的轨迹半径大，故C2H6＋对应轨迹Ⅱ，C2H2＋对应轨迹Ⅰ。 （3）离子在磁场中偏转，运动轨迹如图所示： 有几何关系可得r＝， 结合r＝， 可得＝。 答案　（1）负极　垂直纸面向外　（2）C2H6＋对应轨迹Ⅱ，C2H2＋对应轨迹Ⅰ （3）正确 学科网（北京）股份有限公司 $$