第1章 安培力与洛伦兹力 阶段·评估 质量检测（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版 江苏专用）

第一章质量检测 阶段•评估 一、单项选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分，每小题只有一个选项符合题目要求) 1.高大建筑上都有一竖立的避雷针，用以把聚集 在云层中的电荷导入大地。在赤道某地两建筑上空， 有一团带负电荷的乌云经过其正上方时，发生放电 现象，如图所示。则此过程中地磁场对避雷针的作 用力的方向是(　　) A.向东 B.向南 C.向西 D.向北 √ 解析：当带有负电荷的乌云经过避雷针上方时，避雷针开始放电形成瞬间电流，负电荷从上向下通过避雷针，所以电流的方向为从下向上，磁场的方向从南向北，根据左手定则，安培力的方向向西，C正确。 2.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 √ 解析：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。 3.已知氚核的质量约为质子质量的3倍，电荷量与质子电荷量相等。现在质子和氚核以大小相等的速度在同一匀强磁场中做匀速圆周运动。下列说法正确的是 (　　) A.质子和氚核运动半径之比为3∶1 B.质子和氚核运动半径之比为1∶3 C.质子和氚核运动周期之比为1∶1 D.质子和氚核运动周期之比为2∶3 √ 解析：带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力有Bqv=m，可得R=，质子、氚核在同一匀强磁场中做匀速圆周运动时的速度大小相等，则质子和氚核运动半径之比==，故A错误，B正确；带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T=，则质子和氚核运动周期之比==，故C、D错误。 4.如图所示为磁场的相关应用，下列说法正确的是 (　　) A.图甲是回旋加速器的示意图，粒子是在洛伦兹力作用下加速的 B.图乙中，处于蹄形磁铁中的导体棒通电后向左摆动 C.图丙中，下端刚好与水银液面接触的金属软弹簧通电后将上下振动 D.图丁是磁流体发电机的结构示意图，可通过增大磁感应强度B来减小电源电动势 √ 解析：题图甲中，洛伦兹力不做功，粒子是在电场力作用下加速的，故A错误；题图乙中，由左手定则可知，处于蹄形磁铁中的导体棒通电后向右摆动，故B错误；题图丙中，下端刚好与水银液面接触的软弹簧通电后，根据同向电流相互吸引可知，软弹簧收缩，离开水银面，电路断开，由于重力的作用软弹簧再次与水银面接触，再次通电跳起，如此反复，弹簧将上下振动，C正确；对磁流体发电机有qvB=q，解得E=dvB，可通过增加磁感应强度B来增大电源电动势，故D错误。 5.云雾室也称云室，是一种早期的核辐射探测器，也是最早的带电粒子径迹探测器。因发明者为英国物理学家威尔逊，一般称为威尔逊云室。如图所示，将大量正、负带电粒子以大小相同的速度喷入云雾室里，观察到有两个粒子的径迹弯曲程度相同，但弯曲方向相反。已知云雾室中匀强磁场方向垂直纸面向里， 只考虑带电粒子在匀强磁场中受到的洛伦 兹力。则下列说法正确的是 (　　) A.粒子①受到的洛伦兹力不变 B.粒子②一定带负电 C.粒子①和②的质量一定相等 D.粒子①和②的比荷一定相等 √ 解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，洛伦兹力的方向始终指向圆心，洛伦兹力大小不变，方向不断发生变化，故A错误；根据左手定则可知，粒子②带正电，故B错误；两个粒子的径迹弯曲程度相同，即轨迹半径相等，根据qvB=m，解得=，可知两粒子的比荷一定相等，但质量不一定相等，故C错误，D正确。 6.如图所示为一种质谱仪原理图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线(图中虚线圆弧)的半径为R，通道内存在均匀辐射电场，中心线处的电场强度大小为E，磁分析器内有垂直纸面向外、范围足够大的有界匀强磁场。让氢元素的两种同位素氕核H)和氘核H)分别从静止 开始经加速电场加速后沿中心线通过 静电分析器，由狭缝P垂直边界进入磁 分析器，最终打到胶片上。不计粒子 重力，下列说法正确的是(　　) A.加速电场的电压与静电分析器的电场强度应满足U=ER B.氕核和氘核会打在胶片上的同一位置 C.氕核和氘核打在胶片的位置到狭缝P的距离之比为1∶ D.氕核和氘核打到胶片的位置到狭缝P的距离之比为1∶ √ 解析：在加速电场中有Uq=mv2，在静电分析器中有Eq=m，解得2U=ER，A错误；在磁分析器中有qvB=m，打在胶片上的位置到狭缝P的距离d=2r=，因为氕核和氘核的比值为1∶2，可知氕核和氘核打到胶片的位置到狭缝P的距离之比为1∶，C正确，B、D错误。 7.云室是借助过饱和水蒸气在粒子上凝结来显示通过它的带电粒子径迹的装置。如图为一张云室中拍摄的照片，云室中加了垂直于纸面向外的磁场，图中a、b、c、d、e是从O点发出的一些正电子或负电子的径迹。有关这些径迹下列判断正确的是 (　　) A.d、e都是正电子的径迹 B.a径迹对应的粒子动量最大 C.b径迹对应的粒子动能最大 D.a径迹对应的粒子运动时间最长 √ 解析：带电粒子在垂直于纸面向外的磁场中运动，根据左手定则可知，a、b、c都是正电子的径迹，d、e都是负电子的径迹，A错误；带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB=m，解得R=，由题图可知，a径迹的半径最小，a径迹对应的粒子的速度最小，根据p=mv可知，a径迹对应的粒子动量最小，B错误；根据Ek=mv2可知，Eka<Ekb<Ekc，即b径迹对应的粒子动能不是最大，C错误； 带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB=m，T=，解得T=，所以Ta=Tb=Tc=Td=Te，粒子在磁场中的运动时间t=T，其中α为粒子在磁场中的偏转角度，由题图可知，a径迹对应的偏转角度最大，则a径迹对应的粒子运动时间最长，D正确。 8.我国建造的第一台回旋加速器的工作原理如图所示，其核心部分是两个D形盒，两盒中间接入交流电压。粒子源O置于D形盒的圆心附近，能不断释放出带电粒子，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化。现用该回旋加速器分别对H、He粒子进行加速，下列说法正确的是(　　) A.粒子能获得的最大动能跟所加交流电压的大小有关 BH、He粒子离开出口处的动能之比为2∶1 C.两种粒子在回旋加速器中运动的时间相等 D.两种粒子在回旋加速器中运动的时间不相等 √ 解析：粒子在磁场中运动的最大轨道半径为D形盒的半径，对应速度也最大，则有qvmB=m，最大动能为Ekm=m=，所以粒子能获得的最大动能跟所加交流电压的大小无关，故A错误；由于H粒子的质量数为2、电荷数为1He粒子的质量数为4、电荷数为2，可知He粒子离开出口处的动能为H粒子的两倍，故B错误；设粒子加速的次数为n，则有Ekm=nqU，则粒子运动的时间t=n，由T=，解得t=，可知两种粒子在回旋加速器中运动的时间相等，故C正确，D错误。 9.如图所示的电路中，电源电动势为E、内阻为r，滑动变阻器最大阻值为R=2r，G为灵敏电流计，两平行金属板M、N之间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B。将开关闭合，滑片移动到滑动变阻器中点，一带正电的粒子从电容器左端恰好以速度v匀速穿过两板，不计粒子重力。以下说法中正确的是 (　　) A.保持开关闭合，滑片P向上移动到顶，并增大磁感应强度为2B，粒子仍恰好以速度v匀速穿过两板 B.保持开关闭合，滑片P的位置不动，将N板向上移动，粒子以速度v射入，粒子可能从N板边缘射出 C.保持开关闭合，滑片P的位置不动，粒子从电容器右端仍以速度v匀速穿过两板 D.开关断开瞬间，灵敏电流计G指针将发生短暂偏转，此后粒子将继续沿直线匀速射出 √ 解析：开始时电容器两板间的电压为U1==，一带正电的粒子从电容器左端恰好以速度v匀速穿过两板，则q=qvB，若滑片P向上移动到顶，并增大磁感应强度为2B，则此时电容器两板间的电压为U2==，此时q<qv·2B，则粒子不能以速度v匀速穿过两板，故A错误；保持开关闭合，滑片P的位置不动，则两板间电压U1=不变，将N板向上移动，则d减小，粒子受电场力q变大，粒子以速度v射入，则粒子向下偏转，粒子可能从N板边缘射出，故B正确； 保持开关闭合，滑片P的位置不动，粒子从电容器右端以速度v射入时，所受洛伦兹力和电场力均向下，则粒子不能匀速穿过两板，故C错误；开关断开瞬间，电容器瞬时放电完毕，则灵敏电流计G指针将发生短暂偏转，由于电场消失，此后粒子将只受洛伦兹力作用，不能继续沿直线匀速射出，故D错误。 10.如图所示，矩形边界ABCD内存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里，AB、CD边足够长，AD边长为L。现有质量为m、电荷量为q的不同速率的带正电粒子，从AD的中点E射入磁场且速度方向与AD边成30°角，不计粒子重力及粒子间的相互作用，下列说法正确的是 (　　) A.粒子在磁场中运动的最长时间为 B.从AB边射出的粒子的最小速度为 C.从CD边射出的粒子的最小速度为 D.AB边上有粒子射出的区域长度为L √ 解析：当粒子从AD边射出时，粒子在磁场中运动的时间最长，如图1所示，由图可知粒子在磁场中运动的最长时间tmax=T= ×=，故A错误；当粒子的运动轨迹刚好与AB边相切时，从AB边射出的粒子的速度最小，轨迹如图2所示，根据几何关系可得r1+r1sin 30°=，由洛伦兹力提供向心力得qv1B=m，联立解得从AB边射出的粒子的最小速度v1=，故B错误；当粒子的运动轨迹刚好与CD边相切时，从CD边射出的粒子的速度最小， 轨迹如图3所示，根据几何关系可得r2=L，由洛伦兹力提供向心力得qv2B=m，联立解得从CD边射出的粒子的最小速度v2=，故C错误；由图2、图3中几何关系可得AB边上有粒子射出的区域长度Δx=r2+r2cos 30°-r1cos 30°=L，故D正确。 二、非选择题(本题共5小题，共60分) 11.(10分)如图所示，绝缘水平面上固定的两平行金属导轨间的距离d=1 m，金属导轨的一端接有电动势E=15 V、内阻r=0.5 Ω 的直流电源和电阻箱。现把一导体棒MN垂直放在金属导轨上，导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R1=1.5 Ω。金属导轨电阻不计，导轨间分布着匀强磁场，其磁感应强度大小为B=0.8 T、方向斜向上且与水平面的夹角θ=60°。当电阻箱的阻值R2=2 Ω 时，闭合开关S，导体棒恰好保持静止。已知导体棒与金属导轨间的动摩擦因数μ=， 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g=10 m/s2。求： (1)导体棒受到的安培力大小；(4分) 答案：3 N 解析：根据闭合电路欧姆定律，导体棒中通过的电流I==3.75 A 导体棒受到的安培力大小为F安=BId 解得F安=3 N。 (2)导体棒的质量。(6分) 答案： 0.8 kg 解析：根据左手定则可得导体棒受到的安培力方向垂直导体棒斜向左上方且与水平面的夹角为30°，对导体棒进行受力分析可得，竖直方向有FN+F安sin 30°=mg，导体棒恰好保持静止，可得此时摩擦力为最大静摩擦力，水平方向有 F安cos 30°=f静max=μFN，联立解得m=0.8 kg。 12.(10分)如图所示，空间中有垂直于纸面向里的匀强磁场，一绝缘光滑木板在场中水平放置，上有一质量为m、带电量为+q的小球，与木板左端距离为d。某时刻起，木板在外力作用下竖直向上做匀速直线运动，速度大小为v0。一段时间后，小球离开木板并垂直击中左侧竖直放置的荧光屏，此时粒子的速度大小为v0。不计小球的重力。求： (1)磁感应强度的大小B；(5分) 答案： 解析：小球先在水平方向上做匀加速运动，离开木板后做匀速圆周运动，设小球离开木板时水平方向的分速度为vx，由牛顿第二定律得ma=qv0B 由运动学公式得=2ad，=+ 解得B=。 (2)木板左端到荧光屏的距离L。(5分) 答案： 2d 解析：设小球做圆周运动的半径为r，由几何关系得L=rsin 45°，由洛伦兹力提供向心力得q×v0B= 解得L=2d。 13.(12分)回旋加速器的工作原理如图所示。半径为R的真空的D形金属盒处在匀强磁场中，磁感应强度大小为B、方向与盒面垂直，将两盒与电压为U0、周期为T=的高频交流电源相连。一质量为m、电荷量为+q的带电粒子从A处飘入两盒间的狭缝，其初速度视为零。不计粒子穿过狭缝的时间和粒子的重力。求粒子： (1)离开加速器时的动能Ek；(4分) 答案：　 解析：粒子运动半径为R时，洛伦兹力提供向心力，有qvmB=m 粒子离开加速器时的动能为Ek=m 联立解得Ek=。 (2)从飘入狭缝至动能达到Ek所需的时间t；(4分) 答案：- 解析：设粒子在电场中加速n次，根据动能定理有nqU0=Ek 解得n= 粒子在磁场中的时间t=(n-1) 解得t=-。 (3)第2、4次加速后，刚进入D2时的位置间的距离x。(4分) 答案： 解析：第2次加速后有2qU0=m qv2B=m 第3次加速后有3qU0=m qv3B=m 第2、4次加速后，刚进入D2时的位置间的距离x=2r3-2r2=。 14.(12分)如图所示，光滑绝缘的水平面上放置一个质量为m、带电荷量为+q的小球(可视为点电荷)。在竖直平面内存在匀强磁场和匀强电场，y轴左侧电场方向水平向右，无磁场;y轴右侧电场方向竖直向上，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直纸面向里。两侧电场强度大小相等，均为。现将小球从左侧距O点为 L的A点由静止释放，若小球第一次落回地面 时落到A点。 (1)求小球第二次经过y轴时与O的距离d;(4分) 答案:　 解析:在y轴右侧空间中，由于qE=mg 小球相当于只受洛伦兹力，做匀速圆周运动 qvB=，R=，根据动能定理qEL=mv2 解得v= 结合几何关系可得d=2R=。 (2)小球从开始运动到第二次经过y轴后速度达到最小所用的时间t。(8分) 答案:3+ 解析:由A到O小球做匀加速运动，根据牛顿第二定律有qE=ma 根据运动学规律有L=a 小球在磁场中做匀速圆周运动qvB=， T=，t2= 小球回到y轴左侧后，做类斜抛运动，当速度与合力方向垂直时，即速度方向斜向左下45°时，速度最小，设小球从回到y轴左侧起至速度最小所需时间为t3，vx=v-t3，vy=gt3，vx=vy， 解得t3= 总时间t=t1+t2+t3=3+。 15.(16分)如图所示，在第Ⅰ象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场，在第Ⅱ象限内有水平向右的匀强电场。在该平面有一个质量为m、电荷量为+q的粒子以垂直x轴的初速度v0从x轴上的P点进入匀强电场，恰好从y轴上坐标为(0，2d)的Q点射出电场，再经过一段时间恰好不从x轴飞出，已知OP之间的距离为d。求：(不计粒子重力) (1)粒子从y轴上Q点射出电场时的速度大小和方向；(7分) 答案：v0，方向与y轴成45°角 解析：根据题意可知，粒子在第Ⅱ象限内做类平抛运动，在垂直电场方向上有v0t=2d 沿电场方向做匀加速直线运动，设加速度为a，则有d=at2 粒子位移与y轴夹角正切值tan α== 则粒子速度与y轴夹角正切值tan θ==2×=2tan α=1 解得θ=45° 即粒子恰好与y轴成45°角从Q点射出电场，则有v=v0。 (2)匀强磁场的磁感应强度大小；(5分) 答案：　 解析：根据题意，画出粒子的运动轨迹，如图所示， 设轨迹圆的半径为R，由几何关系可知， Rcos 45°+R=2d 解得R= 根据洛伦兹力提供向心力有Bqv= 解得B=。 (3)粒子在匀强磁场中运动的时间。(4分) 答案： 解析：粒子在磁场中运动的周期为T== 由几何关系可知，粒子的运动时间为t=T=T=。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $