第一章 安培力与洛伦兹力 情境题专项-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册练习手册（人教版）

N 高中物理选择性必修第二册（人教版） 情境是 1.某同学通过某短视频学习制作了一个电动 机模型，如图所示，把电池放在圆柱形强 磁铁上，强磁铁的导电性介于金属和半导 体之间，其上端为N极，把“π”形线圈 放在电池上，线圈可以在电池上绕竖直转 轴转动，转动过程中线圈两个电刷A、B 始终与磁铁相互接触，下列有关说法正确 的是( 电 金属导线 强磁铁 甲 乙 第1题图 A.该线圈转动的原理是电磁感应 B.若把磁铁固定，从上往下看，线圈会 顺时针转动 C.线圈稳定转动过程中，竖直导线没有 切割磁感线 D.若将强磁铁两极对调，则线框转动方 向不变 2.(多选)某同学在老师指导下利用如图甲 装置做实验，在固定支架上悬挂一蹄形磁 铁，悬挂轴与一手柄固定连接，旋转手柄 可连带磁铁一起绕轴线O0'旋转，蹄形磁 铁两磁极间有一可绕轴线O0'自由旋转的 矩形线框abcd(cd与轴线OO'重合)。手 柄带着磁铁以8rad/s的角速度匀速旋转， 某时刻蹄形磁铁与线框平面正好重合，如 图乙所示，此时线框旋转的角速度为 22)练 页专项 6rad/s,已知线框边ab=5cm,ad=2cm, 线框所在处磁场可视为匀强磁场，磁感应 强度大小为B=0.4T,线框匝数为200匝， 电阻为1.62，则下列说法正确的是() 线框 甲 乙 第2题图 A.若手柄逆时针旋转（俯视），线框将顺 时针旋转 B.若手柄逆时针旋转（俯视），在图乙时 刻线框中电流的方向为abeda C.在图乙时刻线框中电流的热功率为 0.016W D.在图乙时刻线框bc边受到的安培力大 小为8×104N 3.(多选)如图所示，把 柔软的铝箔条折成天 胶纸 桥状并用胶纸粘牢两 铝箔 端固定于桌面上，使 胶纸 蹄形磁铁横跨过“天 第3题图 桥”，当电池与铝箔接通时() A.铝箔条中部向下方运动 B.铝箔条中部向上方运动 C.蹄形磁铁对桌面的压力增大 D.蹄形磁铁对桌面的压力减小 4.(多选)如图所示，比荷为k的粒子从静 止开始，经加速电场加速后进入辐向 的电场E进行第一次筛选，在辐向电场中 粒子做半径为R的匀速圆周运动，经过 无场区从小孔P,处垂直边界进入垂直纸 面向外的匀强磁场B中进行第二次筛选， 在与O2距离为d小孔P2处垂直边界射出 并被收集。已知静电分析器和磁分析器界 面均为四分之一圆弧，以下叙述正确的是 磁分析器 静电分析器 S2P1●● A 加速电场S 0 己 5 固粒子源收集器 第4题图 A.静电分析器K的电势高于K2的电势 B.被收集的带电粒子一定带正电 C.电场强度E与磁感应强度B的比值关 系为片RV2U D.若增大U,为保证B不变，则被收集 粒子的k比原来大 5.如图所示是一种利用电磁原理制作的充气 泵的结构示意图。其工作原理类似于打点 计时器，当电磁铁通入电流时，可吸引或 排斥上部的小磁铁，从而带动弹性金属片 对橡皮碗下面的气室施加力的作用，达到 对外充气的效果。请回答以下问题： 小磁铁 弹性金属片 固定端 橡皮碗 ao- bo- 气室 电磁铁 空气导管 第5题图 第一章安培力与洛伦兹力。 (1)当电流从电磁铁的接线柱a流入时， 发现吸引小磁铁向下运动，则电磁铁 的上端为 极，小磁铁的下端 为 极。 (2)你认为这种充气泵是利用直流电好， 还是利用交流电好？ (3)缠绕电磁铁用的铁芯可分为硬磁性材 料和软磁性材料。硬磁性材料在磁场 撤去后还会有很强的磁性，而软磁性 材料在磁场撤去后就没有明显的磁性 了。你认为这种铁芯最好用 材料制作。 6.“电磁炮”是利用电磁力对弹体加速的新 型武器，具有速度快、效率高等优点，图 示是“电磁炮”的原理结构示意图。光滑 平行水平导轨间距L=0.2m,在导轨间有 竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=5× 102T。“电磁炮”弹体总质量m=0.2kg, 所用电源的电压能自行调节，以保证“电 磁炮”匀加速发射。在某次试验发射时， 电源为加速弹体提供的电流是I=5×103A, 不计空气阻力。求： (1)弹体所受安培力大小。 (2)弹体从静止加速到5km/s,导轨长度 的最小值。 第6题图 练（23绕行一周，电场对其做的总功为零，故B错误；粒子始 终保持做半径为R的匀速圆周运动，T=2π￡，显然因 粒子能量不同，其速度也不同，则周期不可能不变，故 C错误：由动能定理知宁m,得到√② 由牛顿第二定律有咒=9咖B,计算得B=紧，代人得 AV2京V2,所以D正确， &会流226金0 B 【解析】(1)速度选择器中，qB,=qE,解得o= 合，分高器小花子圆周运动的半径冬，由9血 m立，解得头= 2E m B BD (2)三种离子在磁场中做圆周运动的周期分别为 T=2um-TBD,T:=27-2m=27BD,T=27.3m= gB E gB E gB 3mB,D,三种离子都能通过，则67，极板最小长度 E L=Uoho=6TB.D (3)离子在速度选择器中做圆周运动分运动的最大 半径为是，对三种离子都有-8=-2 4 qB qB qB =3mA,氕在分离器中的最大直径为Dn=2mt gB Dm=D+2mA1=D+2mA1.B=D+.B,同理氘的 gB B2 2B2 最小直径为Ds-20-号·盘，解得k会D,同理氘的 B 最大直径为D-2D+号尽，氯的最小直径为D。=30 ·县，解得k盘。 B >"情境题专项 1.B【解析】根据图可知，线框中的电流方向为右 半部分向右，而左半部分向左，依据左手定则，右半部 分受到向里的安培力，而左半部分受到向外的安培力， 因此从上向下看，线框沿顺时针方向旋转，该线圈转动 的原理不是电磁感应，故A错误，B正确；线圈稳定转 动过程中，竖直导线有切割磁感线，故C错误；若将强 磁铁两极对调，则线框转动方向变化，故D错误。 2.BC【解析】若手柄逆时针旋转（俯视），根据楞 次定律，知安培力将阻碍线框与磁场间的相对运动，线 参考答案与解析。 框所受的安培力使线框也逆时针旋转，A错误；若手柄 逆时针旋转（俯视），由安培定则判断知，此时线框中 电流的方向为abeda,B正确；在题图乙时刻，线框中 感应电动势E=NBab(v1-2),又ab边所在处磁场的线速 度大小1=wad-0.16m/s,ab边的线速度大小"2=wad= 012ms,可得E=0.16V,感应电流上号-01A,电流 的热功率P=PR=0.016W,C正确：在题图乙时刻线框 bc边不受安培力作用，故D错误。 3.BC【解析】由题意可知，通过天桥的电流方向 由外向内，而磁场方向由N到S极，根据左手定则可 知，箔条中部受到的安培力向上，铝箔条中部向上方运 动；故A错误，B正确；箔条受到磁铁的安培力向上， 根据牛顿第三定律可知箔条对磁铁的磁力向下，则蹄形 磁铁对桌面的压力增大，故C正确，D错误。 4.BD【解析】在磁场中，由左手定则可知，粒子 带正电，粒子在静电分析器中做匀速圆周运动，其向心 力由电场力提供，故其电场方向沿着半径指向圆心，静 电分析器中K2的电势高于K,的电势，故A错误，B正 确：根据电场力提供向心力，则有g8=m只，又有电场 力加速运动，则有g了，在藏场中根据洛伦兹力 提供向心力有9mB=m号，联立解得号只V2U,放C B R 错误：由C选项可知：8=日V平，所以若U特大 为保证B不变，则被收集粒子的k比原来大，故D正确。 5.(1)SN(2)交流电(3)软磁性 【解析】(1)由安培定则可知，螺线管上端为S 极：小磁铁被吸引向下运动，由异名磁极相互吸引可 知，小磁铁的下端为N极。(2)如果用直流电，小磁 铁要么被吸引不放，要么被排斥而远离，无法进行继续 充气，故用交流电好。(3)因为需要连续充气，所以 用软磁性材料制作最好。 6.(1)5×105N(2)5m 【解析】(1)在导轨通有电流I时，弹体作为导体 受到磁场施加的安培力为F=ILB=5×10×0.2×5×102N= 5x10N。(2)由动能定理Fx=m2可知，弹体从 静止加速到50的，则轨道长度至少要x=严 200m=-5m 49