章末检测卷一 安培力与洛伦兹力-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测素能提升训练（人教版2019）

●高中物理·选择性必修第二册（人教版 章末检测卷一 安培力与洛伦兹力 (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： A.从上向下看，顺时针转动并靠近螺线管 题给出的四个选项中，第1~7题只有一项 B.从上向下看，顺时针转动并远离螺线管 符合题目要求，每小题4分；第8~10题有 C.从上向下看，逆时针转动并远离螺线管 多项符合题目要求，每小题6分，全部选对 D.从上向下看，逆时针转动并靠近螺线管 的得6分，选对但不全的得3分，有选错的4.质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素 得0分。 的一种仪器，它的工作原理是带电粒子 1.如图所示为某新型电磁船的实物图和俯视 (不计重力)经同一电场加速后垂直进入 图，MM、NN'为固定在船底的平行金属 同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关 板，海水可以在它们之间贯穿而过。船上装 规律计算出带电粒子的质量。其工作原 有产生强磁场的装置，可在两平行金属板间 理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹， 海水中的虚线框内产生强磁场。直流电源 由图可知 接在M、N间，导电的海水在磁场作用下即 A.此粒子带负电 A 可推动该船运动。闭合开关S后，要使船前 B.下极板S2比上极 进，虚线框中的磁场方向应该是 TS 板S1电势高 M C.若只增大加速电压 海水右 U,则半径r变大 船头 N D.若只增大入射粒子的质量，则半径 A.竖直向上 B.竖直向下 变小 C.水平向左 D.水平向右 5.图甲为安装在某特高压输电线路上的一个 2.如图所示，在光滑水平 六分导线间隔棒，图乙为其截面图。间隔棒 + 桌面上有A、C两个绝 将6条输电导线分别固定在一个正六边形 缘钉子，相距2L,一根 的顶点a、b、c、d、e、f上，O为正六边形的中 长度为πL的软导线固 心。已知通电导线在周围形成磁场的磁感 定在两个钉子之间，并通有大小为I的稳定 应强度与电流大小成正比，与到导线的距离 电流。当桌面上加上一个磁感应强度大小 成反比，某瞬时，6条输电导线中通过垂直 为B、方向竖直向下的匀强磁场后，稳定时， 纸面向外、大小相等的电流，其中α导线中 钉子A受到导线的拉力大小为 ( 的电流对b导线中电流的安培力大小为F, A.BIL B.2BIL 该时刻 C.πBIL D.2πBIL 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.O点的磁感应强度方向垂直于cf向下 54 B.b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场：8.如图所示，台秤上放一光滑平板，其左边固 磁感应强度方向沿aO,由a指向O 定一挡板，一轻质弹簧将挡板和一条形磁铁 C.c导线所受安培力方向沿Oc指向c 连接起来，此时台秤读数为F:。现在磁铁 D.a导线所受安培力为2.5F 上方中心偏左位置固定一直导线，当直导线 6.2023年中国全超导托卡马克核聚变实验装 中通以方向如图所示的电流后，台秤读数为 置创造了新的纪录。为粗略了解等离子体 F2,则以下说法正确的是 ☒ 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 A.弹簧长度将变长 为方向均水平向右的匀强电场和匀强磁场 B.弹簧长度将变短 (如图)，电场强度大小为E,磁感应强度大 C.F>F2 D.F<F2 小为B。若某电荷量为q的正离子在此电 9.如图所示，左右边界分别为 P-d-0 场和磁场中运动，其速度平 PP、QQ的匀强磁场的宽度为 XX 行于磁场方向的分量大小为 d,磁感应强度大小为B,方向垂 450%× ,垂直于磁场方向的分量 直纸面向里。一个质量为m、电 大小为2，不计离子重力，则 荷量为q的微观粒子，沿图示方 P××Q A.电场力的瞬时功率为qE√，十2 向以速度垂直射入磁场，粒 B.该离子受到的洛伦兹力大小为qB 子重力不计，欲使粒子不能从边界QQ射 C.与的比值不断变大 出，粒子入射速度的最大值可能是( D.该离子的加速度大小不变 A.Bgd B.(2+②)Bgd m m 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 C.(2-2)Bgd D.Bqd 吃 2m 研究取得突破性进展，HL-2M等离子体电 10.美国的物理学家劳伦斯设 流突破100万安培，创造了我国可控核聚变 计了回旋加速器。回旋加 装置运行新纪录，技术水平居国际前列。图 速器的工作原理如图所示， 示为核聚变中磁约束的托卡马克装置的简 置于高真空中的两D形金 化图，圆环状匀强磁场区域的内半径为R1, 属盒半径为R,两盒间的狭 外半径为R2,磁感应强度大小为B,方向垂 缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不 直于环面，中空区域内带电粒子的质量为 计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面 m,电荷量为q,具有各个方向的速度。欲将 垂直。A处粒子源产生的质量为m、电荷 带电粒子约束在半径为R:的区域内，则带 量为十q的粒子在加速器中被加速，其加 电粒子的最大速度为 速电压恒为U。带电粒子在加速过程中不 A.9B(R:-R) 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 B.9B(R2-R) 2m 做曲线运动的时间分别为t和2，则 C.9B(R,2-R2) 11：t2=1:2 2mR B.带电粒子第1次和第2次经过两D形 D.9B(Ra2-R2) 盒间狭缝后轨道半径之比r1：r2一 2mR2 1:√2 55 ●高中物理·选择性必修第二册（人教版 C.两D形盒狭缝间的交变电场的周期T=: ④用米尺测量 2xm (3)用测得的物理量和重力加速度g表示 gB 磁感应强度的大小，可以得出B= D.带电粒子离开回旋加速器时获得的动 (4)判定磁感应强度的方向的方法是：若 能为BR 磁感应强度方向垂直纸面向外； 2m 反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。 二、非选择题：本题共5小题，共54分。 13.(10分)如图所示，电源电动 11.(6分)如图所示为电磁××××a×××× 势E=2V,内阻r=0.52, 流量计示意图。直径 ×0区名××x和形 ××××b×××× 竖直导轨宽1=0.2m,导轨 为d的非磁性材料制 电阻不计。另有一质量m= 成的圆形导管内，有可以导电的液体流动。 0.1kg,电阻R=0.5n的金属棒，它与导 假设液体内有大量负粒子，磁感应强度为 轨间的动摩擦因数=0.4，靠在导轨的外 B的匀强磁场垂直液体流动的方向而穿过 面。为使金属棒不滑动，施加一与纸面夹 一段圆形管道，若测得管壁内a、b两点间 角为30°且与导体棒垂直指向纸里的匀强 的电势差为U,则a、b两面的电势高低为 磁场（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力， a (选填“>”“=”或“<”)，管 g取10m/s2)。求： 道中液体的流量Q= (1)此磁场的方向； 12.(14分)如图所示，图中虚线框内存在一沿 (2)磁感应强度B的取值范围。 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。 电流表 光滑轻滑轮 绝缘 轻绳 轻质托盘 (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 56 14.(11分)如图所示，质量为m=1kg、电荷：15.(13分)利用质谱仪可以测定有机化合物 量为q=5×10?C的带正电的滑块，从 的分子结构，质谱仪的结构如图所示。有 半径为R=0.4m的固定的光滑绝缘号 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 圆弧轨道上由静止自A端滑下。整个 或碎裂成离子（如C,H。离子化后得到 装置处在方向互相垂直的匀强电场与匀 C2H。+、C2H2+、CH+等)。若离子化后得 强磁场中。已知E=100V/m,方向水 到的离子均带一个单位的正电荷e,初速 平向右；B=1T,方向垂直纸面向里。 度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场 求：(g取10m/s2) 室、真空管，最后在记录仪上得到离子，通 ×0××刀x 过处理就可以得到离子的质荷比()进 ××yxE 而推测有机物的分子结构。已知高压电源 ×Cxxx 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，离子进入磁场室时 (1)滑块到达圆弧轨道最低点C时的 速度方向指向圆心。 速度； (1)请说明高压电源A端是“正极”还是 (2)在C点时滑块所受的洛伦兹力； “负极”，磁场室内的磁场方向“垂直纸面向 (3)滑块到达C点时对轨道的压力。 里”还是“垂直纸面向外”； (2)C2H,+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 m-B2R2 ,正确吗？ 2U tan2 2 产生高能 高压电源 电子装置 轨迹Ⅱ 磁场室 (on 真空管 样品室 离子 化室 轨迹1 记录仪 57时，不改变闭合电路的电阻，电源内的电流不发生变化， 即电流恒定，A、C错误；物体 M运动时，电压表所测电 压是变化的，M不动时，电压表示数恒定，B 正确， D错误。 9.A 滑动触头 P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减 小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻 R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果。 10.CD 干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料 制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互 吸引，所以是作为开关来使用，作为控制元件以实现自 动控制的。C、D正确。 11.ACD 常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮， 永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体 的“居里温度”是103 ℃,常压下只要锅内有水，锅内温 度就不可能达到 103 ℃,开关就不会自动断开；饭熟 后，水分被吸收，锅底温度就会达到103 ℃,感温磁体 磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述 A、C、D正确。 12.解析 (1)设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x, ①由题意得G=kx, 此时，滑动触头P距 B端距离为l-x,滑动变阻器有 R?-IR。,由闭合电路欧姆定律有效电阻为 R.+(R,-R.) ② 由①②式解得G=2k1-R。 (2)该装置达到最大量程时，弹簧形变量最大，A、B间 I=長。。电阻被短路，故此时电流表示数为 (1)G=2kl-聚。(2)卡。答案 章末检测卷一 安培力与洛伦兹力 1.A 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。 M M' 海水s左( 右F N N 产生磁场的船受到向左的反作用力 2.A 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。 b3.D 通电螺线管产生的磁场方向在其 a 1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 +6 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。 4.C 由左手定则知，粒子带正电，则下极板 S,比上极板 qU=2m2和qoB=S?电势低，所以 A、B错误，由 m二得=t√20m,,所以C正确，D错误。 5.D 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 B a产生的磁感应强度大小为B,c、e B 在a处产生的磁感应强度大小为 B 在a处产生的磁感应强度 B?B.,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 0,C错误。 故选D。 6.D 由P=Fv cos θ,电场力的瞬时功率为 P=Equ?,A 错误；该离子受到的洛伦兹力大小为 F落=qv?B,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，v?增大，v?不变，v?与v? 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。 7.B 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R?的区域内，临界 情况如图所示。 45 × × × × × R?× Rx × x X × × 此速率的粒子朝各个方向 射入，均不能从外侧射出 若速率再增大，粒子还从 此方向射入，将从外侧射出 R=R-R,可得带电粒子做圆周运动的最大半径为1 R=qB,可得粒子的最大速度为0=根据 qB(R-R),,故选B。 8.BC 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F?>F?,B、C正确，A、D错误。 R=gB知，9.BC 粒子射入磁场后做匀速圆周运动，由 粒子的入射速度v。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 v?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R?sin 45°+d=R?,将R?= gB v。=(2+√2)Bod,B正确；若粒子带负代入上式得 电，其运动轨迹如图乙所示(此时圆心为O点),容易看 R?=gB出R?+R?cos 45°=d,将 代入上式得 v。= (2-√2)Bad,C正确。 P QR" P Q45° 、R? 0-45o 哈 d- P' Q' 甲 乙 10.BCD 带电粒子在磁场中回旋时间与半径和速度无 关，t?=t?=2T,A错误；为使粒子每次进入电场都被 T=Ta=gB,C正确；第一次加速后v?=加速，要求 √00,第二次加速后a?=√0X20,xr=9,所以 r=2,B正确；粒子最后获得动能E=2moa2= qBR,D正确。 11.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φ>φ,,又由qE= 9Y=q0B得o=昔，Q=So=m(2)Ba=4a。 >4B答案 12.(1)如图所示 光滑轻滑轮 电流表 ④ 绝缘 细线 轻绳 R 支架S 轻质托盘 D E (2)③重新处于平衡状态 电流表的示数 I 此时细 沙的质量m? ④D的底边长度l (3)m-m (4)m?>m? 13.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。 FF F .30%30% FNFn [F kmg mg 甲 乙 (2)如图甲所示，当ab棒有向下滑的趋势时，受静摩擦 ①力向上为F,则 Fsin 30°+F?-mg=0, F=IIB?, ② F?=μFcos 30°。 ③ I=k+r ④ 联立①②③④并代入数值得 B?≈3.0T。 当ab棒有向上滑的趋势时，受静摩擦力向下为F',如 图乙所示，则F'sin 30°-F'-mg=0, F'=μF'cos 30°,F′=ILB,I=RFr 可解得 B?≈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.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=2mv2 得vo=√2(mg-9E)R=2 m/s,方向水平向左。 (2)根据洛伦兹力公式得， F=qv.B=5×10-2×2×1N=0.1 N,方向竖直向下。 (3)在C点根据牛顿第二定律：Fs-mg-F=mr, 46 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.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 w,由动能定理 可得eU=2mv2;离子在磁场中偏转，洛伦兹力提供向 r=B√2mu,由euB=m2;两式联立解得；心力，有 此可见，质量大的离子的轨迹半径大，故C?Hg+对应轨 迹Ⅱ,C?H?+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； R0 R r=B√2mu,结合 r 20m可得 0′ 答案(1)负极 垂直纸面向外(2)C?Hg+对应轨迹 Ⅱ,C?H?+对应轨迹I (3)正确 章末检测卷二 电磁感应 1.C 由于采用双线并绕的方法，当电流通过时，两股导 线中的电流方向是相反的，不管电流怎样变化，任何时 刻两股电流总是等大反向的，所产生的磁通量也是等大 反向的，故总磁通量等于零，在该线圈中不会产生电磁 感应现象，因此消除了自感，A、B错误，C正确。 2.C 由右手定则可知，通过电阻R的电流方向为M→ R→P,a端电势比b端高，A、D错误，C正确；ab产生的 U=2E=电动势为E=Blv,则 a、b两点间的电压为 2Blv,B错误。 3.D 制动过程中，导体中会产生涡流，可知导体会发热， A错误；导体运动速度越大，产生的涡流越大，导体所受 安培力即制动力越大，即制动力的大小与导体运动的速 度有关，B错误；根据楞次定律，原磁场对涡流的安培力 总是要阻碍导体的相对运动，改变线圈中的电流方向， 导体受到的安培力仍然为阻力，C错误；制动过程中，导 体的速度逐渐减小，产生的涡流变小，导体所受安培力 即制动力变小，D正确。故选D。 4.A 按下按钮过程，穿过螺线管的磁通量向左且增大， 根据楞次定律结合安培定则可知螺线管中感应电流从 P端流入从Q端流出，螺线管充当电源，则 Q端电势较 高；同理可知，松开按钮过程，P端电势较高，故 A正 确，B错误。按住按钮不动，穿过螺线管的磁通量不变， 螺线管中不会产生感应电动势，C错误。按下和松开按 钮过程，螺线管中磁通量的变化率不一定相同，故螺线 管产生的感应电动势大小不一定相同，D错误。 5.C 根据实物连线图画出正确的电路 文√ 图，如图所示，当闭合开关S,电路稳 定之后，小灯泡中有稳定的电流 IA,自 L 感线圈中有稳定的电流I,当开关S[ sE突然断开时，电流IA立即消失，但是， 由于自感电动势的作用，流过线圈的电流I?不能突变， 自感线圈和小灯泡构成回路，如果 I>IA,则能观察到 小灯泡闪亮一下再熄灭，线圈的自感系数越大，小灯泡 延时闪亮的时间就越长。如果不满足I>IA的条件， 小灯泡只是延时熄灭，不会观察到闪亮一下再熄灭。可 见小灯泡未闪亮的根本原因是不满足I>IA的条件， 这是线圈电阻偏大造成的。故C正确。 6.B 线圈产生的感应电动势为3匝正方形线圈产生的感 E=t+应电动势之和，根据法拉第电磁感应定律得 △+=(L2+L?2+L2),代入数据解得E= 0.44 V,B正确。 7.D 金属棒沿弯曲部分下滑过程中，机械能守恒，由机 mgh=2mv2,金属棒到达平直部分械能守恒定律，得 时的速度 v=√2gh,金属棒到达平直部分后做减速运 动，刚到达平直部分时的速度最大，最大感应电动势 I=k+R=B2Rsh,E=Blv,最大感应电流1 ,故 A 错 误；通过金属棒的电荷量q=I△t=2=2R,故 B错 误；金属棒在整个运动过程中，由动能定理得 mgh— W安-μmgd=0-0,克服安培力做的功W委=mgh— μmgd,故C错误；克服安培力做的功转化为焦耳热，定 值电阻与金属棒的电阻相等，通过它们的电流相等，则 金属棒产生的焦耳热Q=2Q=2w=2mg(h-pd), 故D正确。 8.BC 开关S拨向2的瞬间，驱动线圈中的电流增大，线 圈周围的磁场增强，根据楞次定律，发射线圈中的感应 电流与驱动线圈中的电流反向，驱动线圈和发射线圈相 互排斥，A错误，B正确；0～t。时间内，驱动线圈中的电 流的变化率逐渐减小，则周围磁场磁感应强度的变化率 逐渐减小，由法拉第电磁感应定律，发射线圈中的感应 电动势减小，发射线圈中的电流不断减小，C正确；to时 刻后驱动线圈中的电流减小，发射线圈中的感应电流与 驱动线圈中的电流同向，驱动线圈和发射线圈相互吸 引，发射线圈减速，只有发射导管长度适当，使发射线圈 在t。时刻能刚好到达管口，发射线圈的出射速度才最 大，D错误。故选 B、C。 47