阶段质量检测(一) 磁场对电流的作用（Word练习）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版）

阶段质量检测(一)　磁场对电流的作用 (满分:100分) 一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分,每小题只有一个选项符合题目要求) 1.如图是自动跳闸的闸刀开关,闸刀处于垂直纸面向里的匀强磁场中,当CO间的闸刀刀片通过的直流电流超过额定值时,闸刀A端会向左弹开断开电路。以下说法正确的是 (　 ) A.闸刀刀片中的电流方向为O至C B.闸刀刀片中的电流方向为C至O C.跳闸时闸刀所受安培力没有做功 D.增大匀强磁场的磁感应强度,可使自动跳闸的电流额定值增大 2.电磁流量计如图甲所示,它利用磁场对电荷的作用测出液体的流量,其原理可以简化为如图乙所示模型,液体内含有大量正、负离子,在竖直向下的匀强磁场作用下,从容器左侧流入,右侧流出。下列说法正确的是 (　 ) A.离子受到竖直方向的洛伦兹力 B.带负电离子与带正电离子受力方向相同 C.上、下两侧面有电势差 D.前、后两侧面有电势差 3.如图所示,用电阻率为ρ、横截面积为S、粗细均匀的电阻丝折成平面梯形框架,ab、cd边均与ad边成60°角,ab=bc=cd=L。框架与一电动势为E、内阻忽略不计的电源相连接。垂直于竖直框架平面有一磁感应强度大小为B、方向水平向里的匀强磁场,则框架受到的安培力的大小和方向为 (　 ) A.,竖直向上 B.,竖直向上 C.,竖直向下 D.,竖直向下 4.如图所示,一个He粒子从平行板电容器的左极板由静止释放后,经过一段时间恰好从右极板的小孔进入复合场且沿水平虚线ab向右运动到b点。不计粒子重力,下列说法正确的是 (　 ) A.如果将He换成H,粒子在复合场中不能沿直线运动 B.如果将He换成H,粒子在复合场中不能沿直线运动 C.无论换成什么样的带电粒子,带电粒子都能沿直线运动 D.如果增大平行板电容器两板间的电压He粒子仍能沿直线运动 5.如图所示,一个理想边界为PQ、MN的匀强磁场区域,磁场宽度为d,磁场方向垂直纸面向里。一电子从O点沿纸面垂直PQ以速度v0进入磁场。若电子在磁场中运动的轨迹圆半径为2d。O'在MN上,且OO'与MN垂直。下列判断正确的是 (　 ) A.电子将向右偏转 B.电子打在MN上的点与O'点的距离为d C.电子打在MN上的点与O'点的距离为d D.电子在磁场中运动的时间为 6.极光是由太阳发射的高速带电粒子受地磁场的影响,进入两极附近时,撞击并激发高空中的空气分子和原子引起的。假如我们在北极地区仰视,发现正上方有如图所示的沿顺时针方向运动的弧状极光,则关于这一现象中的高速粒子的说法正确的是 (　 ) A.该粒子带负电 B.该粒子轨迹半径逐渐增大 C.若该粒子在赤道正上方垂直射向地面,会向东偏转 D.地磁场对垂直射向地球表面的该粒子的阻挡作用在南、北两极附近最强 7.如图,仅在第一象限存在垂直纸面向里的匀强磁场,一个带负电荷的微粒a从坐标(0,L)处射入磁场,射入方向与y轴正方向的夹角为45°,经时间t与静止在坐标(L,L)处的不带电微粒b发生碰撞,碰后瞬间结 合为微粒c。已知a、b质量相同(重力均不计),则c在磁场中运动的时间为 (　 ) A.0.25t 　B.0.5t 　 C.t D.2t 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,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分) 8.如图所示,两根通电长直导线a、b平行放置,a、b中的电流大小分别为2I和I,电流方向如图中箭头所示,此时a受到的安培力大小为F。若在a、b的正中间再放置一根与a、b平行共面的通电长直导线c后,a受到的安培力大小变为2F,则b受到的安培力可能是 (　 ) A.大小为,方向向左 B.大小为,方向向右 C.大小为,方向向右 D.大小为,方向向左 9.如图所示,在区域Ⅰ和区域Ⅱ内分别存在着与纸面垂直的匀强磁场,一带电粒子沿着弧线apb由区域Ⅰ运动到区域Ⅱ。已知圆弧ap与圆弧pb的弧长之比为2∶1,下列说法正确的是 (　 ) A.粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中的速率之比为2∶1 B.粒子通过圆弧ap、pb的时间之比为2∶1 C.圆弧ap与圆弧pb对应的圆心角之比为2∶1 D.区域Ⅰ和区域Ⅱ的磁场方向相反 10.质谱仪又称质谱计,是根据带电粒子在磁场中能够偏转的原理,按物质、原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。如图所示为某品牌质谱仪的原理示意图,初速度为零的粒子在加速电场中,经电压U加速后,从小孔P沿垂直极板方向进入垂直纸面向外的磁感应强度大小为B的匀强磁场中,旋转半周后打在荧光屏上形成亮点。但受加速电场实际结构的影响,从小孔P处射出的粒子方向会有相对极板垂线左右相等的微小角度的发散(其他方向的忽略不计),光屏上会出现亮线,若粒子带电荷量均为q,其中质量分别为m1、m2(m2>m1)的两种粒子在屏上形成的亮线部分重合,粒子重力忽略不计,则下列判断正确的是 (　 ) A.从小孔P处射出的粒子速度方向相对极板垂线最大发散角θ满足cos θ= B.从小孔P处射出的粒子速度方向相对极板垂线最大发散角θ满足sin θ= C.两种粒子形成的亮线的最大总长度为 D.两种粒子形成的亮线的最大总长度为 三、非选择题(本题共4小题,共54分) 11.(12分)如图,从离子源产生的甲、乙两种离子,由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动,自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,磁场左边界竖直。已知甲离子射入磁场的速度大小为v1,并在磁场边界的N点射出;乙离子在MN的中点射出;MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求: (1)磁场的磁感应强度大小;(5分) (2)甲、乙两种离子的比荷之比。(7分) 12.(13分)如图所示,在与水平方向成60°角的光滑金属导轨间连一电源,在相距1 m的平行导轨上放一重为3 N的金属棒ab,棒上通过3 A的电流,磁场方向竖直向上,这时金属棒恰好静止,求: (1)匀强磁场的磁感应强度大小。(4分) (2)ab棒对导轨的压力大小。(4分) (3)若要使B取值最小,其方向应如何调整?并求出最小值。(5分) 13.(13分)如图所示,竖直放置的两块足够大的平行金属板a、b间的距离为d,a、b间匀强电场的电场强度大小为E,现有一电荷量为q的带正电小球从a板下边缘以一定的初速度v0竖直向上射入电场,当它飞到b板时,速度大小与射入电场时的速度大小相同,而方向变为水平方向,且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板进入宽度也为d的矩形区域(矩形区域的上、下边界分别与金属板的上、下边缘平齐,边界c竖直),一段时间后,小球恰好从边界c的最下端P飞离矩形区域。已知矩形区域所加匀强电场的电场强度大小也为E、方向竖直向上,矩形区域所加匀强磁场的磁感应强度方向垂直于纸面向外,不计空气阻力,重力加速度大小为g。求: (1)小球的质量m及其射入电场时的速度大小v0;(5分) (2)矩形区域所加磁场的磁感应强度大小B及小球在ab、bc区域中运动的总时间t。(8分) 14.(16分)如图所示,静止于A处的正离子,经电压为U的加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,从P点垂直CN进入矩形区域的有界匀强电场,电场方向水平向左。静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场,已知圆弧所在处场强为E0,方向如图所示;离子质量为m、电荷量为q;=2d、=3d,离子重力不计。 (1)求圆弧虚线对应的半径R的大小;(8分) (2)若离子恰好能打在NQ的中点上,求矩形区域QNCD内匀强电场场强E的值。(8分) 6 / 7 学科网（北京）股份有限公司 阶段质量检测(一) 1.选A　当CO通电后,闸刀开关会自动跳开,可知安培力应该向左,由左手定则判断,电流方向O→C,A正确,B错误;跳闸时闸刀受到安培力而运动断开,故跳闸时闸刀所受安培力做正功,C错误;跳闸的作用力是一定的,依据安培力F=BIL可知,增大匀强磁场的磁感应强度B,电流I变小,D错误。 2.选D　离子在磁场中运动会受到洛伦兹力,根据左手定则判断,带正电离子受到向后的洛伦兹力的作用,带负电离子受到向前的洛伦兹力作用,从而积聚在前、后两个侧面,形成电势差,故D正确。 3.选A　根据电阻定律可知,长度为L的电阻丝的阻值为R0=ρ,则梯形框架上ab、bc、cd边上对应的总电阻为3R0,由几何关系得,ad边的长度为2L,所以ad边对应的电阻为2R0,并联部分的总电阻为R==R0,电路中的总电流I=,框架所受的安培力F=BI·2L,联立解得F=,由左手定则可知安培力方向竖直向上,A正确。 4.选B　带电粒子在电场中加速时,根据动能定理得qU=mv2,可得v=He粒子和H粒子的比荷相同,故两粒子进入复合场的速度相同,粒子进入复合场后,对粒子受力分析,满足qE=qvB,故粒子在复合场中沿直线运动,选项A错误;如果将He换成HH粒子的速度大,故受到的洛伦兹力大,不能沿直线运动,选项B正确,C错误;增大平行板电容器两板间的电压,粒子的速度增大,粒子受到的洛伦兹力增大He粒子不能沿直线运动,选项D错误。 5.选D　电子带负电荷,进入磁场后,根据左手定则可知,电子所受洛伦兹力的方向向左,故电子将向左偏转,A错误;电子的运动轨迹如图所示,设电子打在MN上的点与O'点的距离为x,则由几何知识得x=r-=2d-=(2-)d,B、C错误;设轨迹对应的圆心角为θ,由几何知识得sin θ==0.5,得θ=,则电子在磁场中运动的时间为t==,D正确。 6.选C　北极上空地磁场方向向下,北极正上方有沿顺时针方向运动的弧状极光,根据左手定则可知,该粒子带正电,A错误;根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式r=,运动过程中粒子因空气阻力做负功,动能变小,速度减小,则轨迹半径减小,B错误;赤道正上方地磁场水平向北,根据左手定则可知,若该粒子在赤道正上方垂直射向地面,会向东偏转,C正确;在南、北两极附近地磁场垂直地面,则地磁场对垂直射向地球表面的该粒子的阻挡作用在南、北两极附近最弱,D错误。 7.选D　设微粒a的速率为v,两微粒碰撞过程系统动量守恒,以a微粒的速度方向为正方向,由动量守恒定律得mv=2mv',微粒在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,对a有qvB=,对c有qv'B=2m·,解得ra=,rc===ra,微粒运动轨迹如图所示,由几何知识可知,a、c两微粒做匀速圆周运动转过的圆心角相等,都是90°,微粒在磁场中做圆周运动的周期Ta=,Tc===2Ta,则微粒在磁场中的运动时间ta=Ta=t,tc=Tc=2t,D正确。 8.选BD　未放c导线时,a、b导线之间的安培力是吸引力,大小相等,置入c导线后,a导线受到的安培力大小为2F,方向可能向左,也可能向右,故c导线对a导线的作用力可能向右、大小为F,或向左、大小为3F,所以c导线对b导线的作用力可能向右、大小为,或向左、大小为,则b导线受到的安培力为向右、大小为,或向左、大小为。B、D正确。 9.选BD　由于洛伦兹力不做功,所以粒子在两个磁场中的运动速度大小不变,即粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中的速率之比为1∶1,A错误;根据t=,v相同,则时间之比等于经过的弧长之比,即粒子通过圆弧ap、pb的时间之比为2∶1,B正确;圆心角θ=,r=,由于区域Ⅰ、Ⅱ磁场的磁感应强度之比未知,故粒子在区域Ⅰ、Ⅱ中的运动半径之比无法确定,则转过的圆心角之比无法确定,C错误;根据曲线运动的条件,可知洛伦兹力的方向与运动方向的关系,再由左手定则可知,两个磁场的方向相反,D正确。 10.选AD　粒子在电场中加速,根据动能定理有qU=m1,在磁场中运动时,根据牛顿第二定律有qv0B=m1,解得R1= ,同理可得R2= ,发散角为最大值θ时,质量为m2的粒子在光屏上形成的亮线的右边缘恰好与质量为m1的粒子在光屏上形成的亮线的左边缘重合,如图所示(磁场中虚线为质量为m2的粒子的运动轨迹,实线为质量为m1的粒子的运动轨迹),则2R2cos θ=2R1,联立解得cos θ= ,此时两种粒子形成的亮线总长度最大,为Δx=2R2-2R1cos θ= ,A、D正确,B、C错误。 11.解析:(1)设甲离子所带电荷量为q1、质量为m1,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1,磁场的磁感应强度大小为B,由动能定理有q1U=m1 ① 由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q1v1B=m1 ② 由几何关系知2R1=l ③ 由①②③式得B=。 ④ (2)设乙离子所带电荷量为q2、质量为m2,射入磁场的速度为v2,在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2。同理有q2U=m2 ⑤ q2v2B=m2 ⑥ 由题给条件有2R2= ⑦ 由①②③⑤⑥⑦式得,甲、乙两种离子的比荷之比为 ∶=1∶4。 ⑧ 答案:(1)　(2)1∶4 12.解析: (1)金属棒静止时,其受力如图所示 则有:F=Gtan 60°,即BIl=Gtan 60°, 解得B== T。 (2)由牛顿第三定律可知,金属棒ab对导轨的压力与金属棒受到的支持力FN大小相等, FN==6 N。 (3)若要使B取值最小,即安培力F最小。显然当F平行于斜面向上时,F有最小值,此时B应垂直斜面向上,且有:F=Gsin 60°,所以BminIl=Gsin 60°, 解得Bmin== T。 答案:(1) T　(2)6 N (3)B应垂直斜面向上　 T 13.解析:(1)设小球在平行金属板间运动的时间为t1,则水平方向有d=t1=,竖直方向有d=t1=g 解得:小球的质量m=,射入电场时的速度大小v0=。 (2)由(1)可知小球在平行金属板间运动的时间t1= 由于qE=mg,故小球在bc区域中做匀速圆周运动,由几何关系可知,其半径R=d,又有R= 解得磁场的磁感应强度大小B=E 小球在磁场中运动的时间t2=== 故小球在ab、bc区域中运动的总时间 t=t1+t2=。 答案:(1)　　(2)E 　 14.解析:(1)离子在加速电场中加速,根据动能定理, 有qU=mv2 离子在辐向电场中做匀速圆周运动,静电力提供向心力,根据牛顿第二定律,有qE0=m,解得R=。 (2)离子在匀强电场QNCD内做类平抛运动 d=vt,3d=at2 由牛顿第二定律得qE=ma,联立解得E=。 答案:(1)　(2) $