第1章 单元过关检测(一)-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用Word(鲁科版)

本讲义聚焦磁场对运动电荷及通电导线的作用这一核心知识点，系统梳理洛伦兹力、安培力的方向判断与大小计算，衔接带电粒子在复合场中的运动规律及回旋加速器、磁谱仪等实际应用，构建从基础概念到综合应用的学习支架。 资料通过多样化题型设计，强化科学思维中的模型建构与科学推理，如通过粒子在圆形磁场中的运动轨迹分析培养空间想象能力。实验题“探究磁场对通电导线的作用力”引导学生经历科学探究过程，提升实验操作与分析能力。课中辅助教师检测学情，课后帮助学生查漏补缺，巩固物理观念与科学探究素养。

单元过关检测(一) (时间：75分钟　分值：100分) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求) 1．一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，那么就这个空间是否存在电场或磁场，下列说法正确的是(　　) A．一定不存在电场 B．一定不存在磁场 C．一定存在磁场 D．可以既存在磁场，又存在电场 解析：选D。一个运动电荷通过某一空间时，没有发生偏转，可能只存在电场，受到电场力，其方向与运动电荷的运动方向在同一条直线上；也可能只存在磁场，例如磁场方向与运动电荷的速度方向在同一条直线上；也可能既有磁场，又有电场，例如在正交的电磁场中，当qE＝qvB时，故A、B、C错误，D正确。 2．地球的高纬度地区常会出现美丽的极光，极光本质上是来自宇宙的高速带电粒子流在地磁场的作用下偏转进入地球两极附近时，撞击空气分子引起的。高速带电粒子撞击空气分子后动能减小，假如我们在地球北极仰视，发现正上方的极光如图所示，呈现从M沿逆时针方向射向N的弧状形式，则下列说法正确的是(　　) A．北极上空的地磁场方向竖直向上 B．高速带电粒子带正电 C．弧MN的半径不断增大 D．若该粒子在赤道正上方垂直射向地面，会向西偏转 解析：选D。地理北极附近是地磁南极，所以北极上空的地磁场方向竖直向下，故A错误；根据A分析可知磁场方向竖直向下，结合左手定则可以判断，高速带电粒子带负电，故B错误；高速带电粒子撞击空气分子后动能减小，速度变小，根据qvB＝m可知，弧MN的半径变小，故C错误；若该粒子在赤道正上方垂直射向地面，赤道位置磁场由南向北，根据左手定则可以判断，粒子会向西偏转，故D正确。 3．一平面内，mn与ad、bc边平行且离ad边较近。当导线mn中通以方向向上的电流，线框中通以顺时针方向的电流时，线框的运动情况是(　　) A．向左运动 B．向右运动 C．以mn为轴转动 D．静止不动 解析：选B。根据同向电流相互吸引、异向电流相互排斥，则知mn对ad的安培力向右，对bc的安培力向右，因此线圈所受的安培力合力方向向右，则线圈将向右运动。 4．图中的d为置于电磁铁两极间的一段通电直导线，电流方向垂直于纸面向外，则开关S接通后，导线d所受安培力的方向(　　) A．向上 B．向下 C．向左 D．向右 解析：选B。在开关S接通后，电流由左侧流入电磁铁，则由安培定则可知，电磁铁右侧为N极，故导线所在处的磁场向左，由左手定则可知，导线所受安培力方向向下。 5．如图所示，三根相互平行的长为l的固定直导线a、b、c两两等距，截面构成等边三角形，均通有电流I。a中电流方向与c中的相同，与b中的相反。已知b中的电流在a导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小为B0，则(　　) A．b、c中电流在a导线处产生的合磁场磁感应强度为0 B．b、c中电流在a导线处产生的合磁场磁感应强度大小为2B0 C．a导线受到的安培力大小为B0Il D．a导线受到的安培力大小为B0Il 解析：选C。导线a、b、c两两等距，截面构成等边三角形，均通有电流I，b中的电流在a导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小为B0，导线a、c在其他导线位置处产生的磁场的磁感应强度大小也为B0，b、c中电流在a导线处产生的磁场如图所示， 根据几何关系其夹角为120°，合磁场的磁感应强度与一根导线在该处产生的磁场的磁感应强度大小相等，等于 B0, 则a导线受到的安培力大小F＝B0Il。 6．如图，回旋加速器所接的电源保持不变，将其先后置于两个不同的匀强磁场中，磁感应强度B1>B2，方向均垂直于盒面向下。同一带电粒子均从加速器的中心由静止开始运动。设粒子两次在加速器中获得的最大速度分别为v1和v2，在电场中加速的次数分别为n1和n2，不计粒子所受重力，则(　　) A．v1<v2，n1>n2 B．v1>v2，n1>n2 C．v1＝v2，n1<n2 D．v1>v2，n1＝n2 解析：选B。设粒子在加速器中获得的最大速度为v，根据牛顿第二定律有qvB＝m①，解得v＝②，设粒子在电场中加速的次数为n，根据动能定理有nqU＝mv2③，联立②③式解得n＝④，根据②④式可知v1>v2，n1>n2，故选B。 7．如图所示，足够长的绝缘木板N放在光滑的水平桌面上，质量为m、电荷量为＋q的木块M以速度v0(v0<)冲上木板N，整个装置处在垂直于纸面向里的匀强磁场B中，已知M、N间动摩擦因数μ，下列说法正确的是(　　) A．M向右运动过程中，N静止 B．M向右运动过程中，N也向右运动 C．M向右运动过程中，M、N间弹力逐渐减小 D．M向右运动过程中，M、N间摩擦力逐渐减小 解析：选B。M向右运动过程中，由于v0<，则qBv0<mg，即M所受的洛伦兹力小于其所受重力，M、N之间存在摩擦力，N受到的摩擦力向右，则N也向右运动，故A错误，B正确；M向右运动过程中，由于摩擦力的作用，速度逐渐减小，M所受的洛伦兹力逐渐减小，则M、N间弹力F＝mg－qBv0逐渐增大，M、N间摩擦力逐渐增大，故C、D错误。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分) 8．武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示模型；废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器左侧流入，右侧流出。流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。流量计所在空间有垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是(　　) A．流量计中的负离子向下偏转 B．N点的电势高于M点的电势 C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速 D．只需要再测量出M、N两点电势差就能够推算污水的流量 解析：选AD。由左手定则知，正离子受洛伦兹力向上，负离子受洛伦兹力向下，故A正确；正离子受力向上，M点电势高于N点电势，故B错误；因为要用到洛伦兹力，故污水流量计不可以用于测量不带电的液体的流速，故C错误；稳定时水流量Q＝vS＝v，洛伦兹力与电场力平衡qBv＝，联立可得Q＝，只需要再测量出M、N两点电势差就能够推算污水的流量，故D正确。 9.由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪的原理如图所示，其主要使命是探索宇宙中的反物质，所谓反物质，即质量与正粒子相等，带电量与正粒子相等但符号相反。假如使一束质子(氢原子核H)、反质子、α粒子(氦原子核He)、反α粒子组成的射线，以相同速度大小通过OO′进入匀强磁场B2中形成四条径迹，则(　　) A．1和2是反粒子径迹 B．3和4是反粒子径迹 C．2为反质子径迹 D．4为α粒子径迹 解析：选AD。在磁场B2中，粒子做匀速圆周运动，根据左手定则可知，正离子受力向右，向右偏转，负离子向左偏转，故1、2是反粒子径迹，故A正确，B错误；根据洛伦兹力提供向心力，有qvB＝，解得R＝∝，故质子与α粒子的半径之比为1∶2，即α粒子做圆周运动的半径大，故1是反质子径迹，2是反α粒子径迹，3是质子径迹，4是α粒子径迹，故D正确，C错误。 10．如图所示，圆O的半径为R，圆内有垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场(图中未画出)，MN为竖直方向的直径，CD为水平方向的直径。一比荷为的带正电的粒子，从圆形磁场边界上的A点以一定的速度沿水平方向射入磁场，恰好从N点射出，且∠AON＝120°，下列说法正确的是(　　) A．粒子在磁场中做圆周运动的半径为R B．粒子的速度大小为 C．若粒子从C点以相同的速度入射，则粒子从N点射出 D．粒子在磁场中运动的时间为 解析：选ABC。根据几何关系可知，粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径r＝R，故A正确；根据洛伦兹力提供向心力有qv0B＝，则粒子的速度大小v0＝，粒子在磁场中运动的时间t＝＝，故B正确，D错误；若粒子从C点以相同的速度入射，根据几何关系可知粒子一定从N点射出，故C正确。 三、非选择题(本题共5小题，共54分) 11．(6分)如图所示，在“探究磁场对通电导线的作用力”实验中，两平行的金属水平导轨处于蹄形磁铁两极中间的磁场中，磁感应强度垂直于导轨平面开始时，金属棒放在导轨正中间的位置处，当金属棒受到安培力作用时沿导轨运动，忽略金属棒与导轨之间的摩擦。 (1)闭合开关，观察到金属棒水平向______(选填“左”或“右”)运动。 (2)若要改变金属棒的运动方向，下列措施可行的是________。 A．仅改变电流的方向 B．仅改变磁场的方向 C．电流的方向和磁场的方向同时改变 D．调节滑动变阻器的滑片，减少接入电路的电阻 (3)为了使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，下列措施可行的是________。 A．增加金属水平导轨的长度 B．增加金属棒的长度 C．向右移动滑动变阻器的滑片 D．增加金属水平导轨的间距 解析：(1)根据左手定则，可以判断出此时金属棒受到的安培力方向为水平向右，则可观察到金属棒水平向右运动。 (2)若要改变金属棒的运动方向，则应使安培力的方向发生改变，可改变电流的方向或改变磁场的方向。 (3)由v＝at可知要使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，则应增大导体棒所受安培力或延长加速时间；增加金属水平导轨的长度可使加速时间更长，即可获得更大速度，由F＝BIL可知，要增大导体棒所受安培力可向左移动滑动变阻器的滑片或增加金属水平导轨的间距。 答案：(1)右　(2)AB　(3)AD 12．(10分)如图，PQ、MN为两平行光滑金属导轨，间距L＝1 m，它们所在的平面与水平面的夹角为37°，置于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度B＝6 T，质量m＝0.8 kg、阻值R1＝2.5 Ω的金属棒ab垂直于导轨放置。电动势E＝6 V、内阻r＝0.5 Ω的电源与电阻R2串联后接在导轨的P、M端，金属棒恰好能静止在导轨上，其他电阻不计，g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。求：　 (1)金属棒ab受到磁场的安培力大小； (2)R2的阻值大小。 解析：(1)金属棒ab的受力如图所示，根据平衡条件有 F安＝mg tan 37°＝6 N。 (2)设电路中的电流为I，则根据闭合电路欧姆定律有E＝I(R1＋R2＋r) 根据安培力公式有F安＝BIL 解得R2＝3 Ω。 答案：(1)6 N　(2)3 Ω 13.(10分)如图所示，xOy坐标系的第一象限分布有垂直于纸面向外的匀强磁场，在x轴上的P(a，0)点向各个方向均匀发射速率为v、质量为m、电荷量为－q的带电粒子(不计所受重力)。其中，沿与x轴正方向成60°角的方向射入第一象限内的粒子恰好垂直于y轴射出。求： (1)匀强磁场的磁感应强度的大小； (2)粒子在y轴正方向上射出的范围(计算结果保留根号形式)。 解析：(1)沿与x轴正方向成60°角的方向射入第一象限内的粒子运动轨迹如图甲所示由几何关系知，圆周运动的半径r＝＝2a 根据qvB＝m解得B＝。 　　 (2)粒子在y轴正方向上射出范围在O与M之间，如图乙所示 由几何关系得yM＝＝a 粒子在y轴正方向上射出的范围为0～a。 答案：(1)　(2)0～a 14．(14分)在平面直角坐标系xOy中，第一象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第四象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成θ＝45°角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示。不计粒子所受重力，求： (1)M、N两点间的电势差UMN； (2)O、P间的距离； (3)粒子从M点运动到P点的总时间。 解析：(1)设粒子过N点时的速度为v，有 ＝cos θ 解得v＝v0 粒子从M点运动到N点的过程，根据动能定理可得qUMN＝mv2－mv 解得UMN＝。 (2)粒子运动轨迹如图所示 粒子在磁场中以O′为圆心做匀速圆周运动，半径为r，有 qvB＝m 解得r＝ 由几何知识可得OO′＝r cos θ 故O、P间的距离为 OP＝OO′＋O′P＝r cos θ＋r＝(1＋)。 (3)由几何关系得ON＝r sin θ 粒子在电场中水平方向做匀速直线运动，设粒子在电场中运动的时间为t1，有 v0t1＝ON 解得t1＝＝ 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T＝ 设粒子在磁场中运动的时间为t2，有 t2＝T＝ 则总的运动时间t＝t1＋t2＝。 答案：(1)　(2)(1＋)　(3) 15．(14分)粗糙绝缘的水平地面上方虚线MN两侧存在着相等宽度的、方向竖直向下的匀强电场，MN左边电场内存在着方向垂直于纸面向里匀强磁场，如图所示。质量为m的带电滑块(可视为质点)在水平地面上以速度v从左边界向右进入复合场后做匀速直线运动，滑块滑过MN之后经相同的时间从匀强电场的右边界离开电场，离开时速度方向与水平方向夹角为30°。已知电场强度为E，磁感应强度为B，且E＝2Bv，重力加速度为g，求： (1)带电滑块的电荷性质及电荷量q； (2)匀强电场的宽度L。 解析：(1)滑块滑过边界MN之后离开电场时速度方向与水平方向夹角为30°，可知滑块所受电场力竖直向上，所以滑块带负电；在MN左侧，带电滑块(可视为质点)以速度v向右做匀速运动，则有 qE＝qvB＋mg 代入E＝2Bv 解得q＝ 或q＝。 (2)滑块在MN右侧，根据牛顿第二定律有 qE－mg＝ma 解得a＝g 方向竖直向上 经t时间vy＝at 根据速度的关系有tan 30°＝ 解得t＝ 水平方向做匀速直线运动，有x＝vt 由题知所求L＝2x 解得L＝。 答案：(1)负电　或　(2) 章末知识网络建构 学科网（北京）股份有限公司 $