第一章 安培力与洛伦兹力 单元检测卷 (培优版) -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

绝密★启用前 第一章安培力与洛伦兹力（培优） 姓名 准考证号 本试题卷分选择题和非选择题两部分，共8页，满分100分，考试时间90分钟。 考生注意： 1.答题前请务必将自己的姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔分别填写在试题卷和答题纸规定的位置上。 2.答题时，请按照答题纸上“注意事项”的要求，在答题纸相应的位置上规范作答，在本试题卷上的作答一律无效。 3.非选择题的答案必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔写在答题纸上相应的区域内，作图时先使用2B铅笔，确定后必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔描黑。 4.可能用到的相关参数：重力加速度g取10m/s2 选择题部分 一、选择题Ⅰ（本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选绝不给分） 1．如图，磁感应强度大小B=2T的匀强磁场，方向垂直纸面向外，一根长为0.2m的直导线垂直磁场方向放置。当导线通有I=0.5A的电流时，导线所受安培力的大小和方向分别为（　　） A．0.2N，水平向左 B．0.2N，水平向右 C．1.0N，水平向左 D．1.0N，水平向右 【答案】B 【详解】导线所受安培力的大小为 根据左手定则可判断出安培力方向水平向右。 故选B。 2．下列有关传感器的说法正确的是（　　） A．霍尔元件属于光敏元件 B．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大 C．半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大 D．楼道内的照明灯仅在夜晚有声音时开启，表明照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器 【答案】D 【详解】A．霍尔元件属于磁敏元件，A错误； B．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，B错误； C．半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，C错误； D．楼道内的照明灯仅在夜晚有声音时开启，表明照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器，D正确。 故选D。 3．下列说法正确的是（　　） A．带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力时速度可能变大 B．观看3D电影的眼镜用到了光的偏振 C．机械波的周期由介质决定 D．匀速圆周运动的动量不变 【答案】B 【详解】A．带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力时，洛伦兹力方向始终与粒子速度方向垂直，对粒子不做功，所以粒子速度不可能变大，故A错误； B．观众用偏振眼镜观看3D电影时，每只眼睛只看到相应的偏振光图像，即左眼只看到左侧放映机放出的画面，右眼只看到右侧放映机放出的画面，这样就会像直接观看物体那样产生立体感，故B正确； C．机械波的周期由波源决定，故C错误； D．匀速圆周运动的动量大小不变，方向时刻在变，故D错误。 故选B。 4．下列关于电场和磁场的说法正确的是（　　） A．若检验电荷在电场中某点受到的电场力为0，则该点的电场强度一定为0 B．若通电导线在磁场中某点受到磁场的作用力为0，则该点的磁感应强度一定为0 C．电场强度的方向一定与检验电荷在电场中受到的电场力的方向相同 D．磁感应强度的方向一定与通电导线在磁场中受到的力的方向相同 【答案】A 【详解】A．电场的性质是对放入其中的电荷有力的作用，所以若检验电荷在电场中某点受到的电场力为0，则该点的电场强度一定为0，故A正确； B．由 可知，即使通电导线在磁场中某点受到磁场的作用力为0，该点的磁感应强度也不一定为0，故B错误； C．电场强度的方向与正检验电荷在电场中受到的电场力的方向相同，故C错误； D．根据左手定则可知磁感应强度的方向一定与通电导线在磁场中受到的力的方向垂直，故D错误。 故选A。 5．如图所示AC、AD两块挡板垂直纸面放置，夹角为90°，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。一束质量为m、电荷量为＋q的粒子，从AD板上的小孔P处以不同速率垂直于磁场方向射入，速度方向与AD板的夹角为60°，，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，则打在Q点的粒子和垂直打在AC板的粒子的速率之比为（    ）    A．4:3 B．3:4 C．3:8 D．8:3 【答案】C 【详解】设，则。当粒子打在点时，设粒子的运动速度为，运动半径为，根据几何关系可得 解得 根据洛伦兹力提供向心力可得 解得 同理，当粒子垂直打在AC板上时，设粒子的运动速度为，运动半径为，根据几何关系可得 解得 根据洛伦兹力提供向心力可得 解得 所以 故选C。 6．质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要设备，构造原理如图所示。离子源S能产生各种不同的离子束，飘入（初速度可视为零）MN间的加速电场后从小孔O垂直进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点，P点到小孔O的距离为x。对于一质量m和电荷量q各不相同的离子，它们的x2—图像应是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】在加速电场中有 进入磁场，根据牛顿第二定律得 解得 故选A。 7．某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场，通有待测电流的直导线垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场。调节电阻R，当电流表示数为时，元件输出霍尔电压为零，则待测电流的方向和大小分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【详解】根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向下，则要使元件输出霍尔电压为零，直导线在霍尔元件处产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知待测电流的方向应该是；元件输出霍尔电压为零，则霍尔元件处合场强为0，所以有 解得 故选D。 8．如图所示，圆形区域直径上方存在垂直于纸面向外的匀强磁场，下方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相同。现有两个比荷相同的带电粒子、，分别以、的速度沿图示方向垂直磁场方向从点入射，最终都从点离开磁场，则（    ） A．粒子、可能带异种电荷 B．粒子从点离开磁场时的速度方向一定与初速度的方向垂直 C．可能为 D．一定为 【答案】C 【详解】A．由于两粒子都从点入射，最终都从点离开磁场，所以a粒子向下偏，b粒子向上偏，根据左手定则，可知两粒子均带正电，A错误； B．设磁场区域半径为R，将MN当成磁场的边界，两粒子均与边界成角入射，根据运动的对称性可知，射出时速度方向也与边界成角，则粒子第一次穿越MN时速度偏转，与初速度的方向垂直，第二次穿越MN时速度再偏转，与初速度的方向平行，以此类推，可知粒子从点离开磁场时的速度方向可能与初速度的方向垂直也可能与初速度的方向平行，B错误； CD．由于两粒子可围绕MN重复穿越，运动有周期性，根据题意可画出粒a第一次穿越MN后过N点和第二次穿越MN后过N点的运动轨迹如图 设a粒子重复m次穿过MN，b粒子重复n次穿过MN，由几何关系可知 （） （） 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有 可得 由于两粒子比荷相同，磁感应强度大小也相同，所以速度与半径成正比，即 如， ，则 如， ，则 C正确，D错误。 故选C。 9．如图，半径为R的圆表示一柱形区域的横截面（纸面），在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场，带电微粒a沿图中直线在圆上的M点射入柱形区域，在圆上的P点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直，圆心O到直线的距离为；另一带电微粒b沿图中直径在圆上的N点以相同速度射入柱形区域，也在P点离开该区域，不计重力及微粒间的相互作用力，则a、b的比荷之比为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】带电粒子在磁场中由洛伦兹力提供向心力，则 解得 电微粒a沿图中直线在圆上的M点射入柱形区域，在圆上的P点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直，圆心O到直线的距离为，粒子轨迹如图 可知 设CD长度为x，由几何关系知 解得 带电微粒b沿图中直径在圆上的N点以相同速度射入柱形区域，也在P点离开该区域，粒子轨迹如同 由几何关系知，由几何关系知 解得 则a、b的比荷之比为 故选B。 10．霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿+x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一沿方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿方向。则关于这种霍尔材料认识正确的是（　　） A．建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反 B．建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力都为零 C．建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力方向相反 D．若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为，自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力合力大小为 【答案】A 【详解】A．由题意，恒定电流沿+x方向，则自由电子沿-x方向，空穴沿+x方向，根据左手定则知电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，所以电子产生电流方向沿z轴负方向，空穴产生电流沿z轴正向。设时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数分别为、，设两粒子沿z轴方向的速度为、 则有 则霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面电荷量不再发生变化，即 即在相等时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数相等，则两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反，故A正确； BC．因为电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，霍尔电场沿z轴负方向，所以电子受到霍尔电场的电场力向上，即电子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力向上且不为零。而空穴受到霍尔电场的电场力方向向下，且小于所受的洛伦兹力，故空穴在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力向上且不为零，故BC错误； D．设自由电子沿x轴方向的速度为，则满足 所以自由电子受到洛伦兹力大小为 又因为霍尔电场力为 所以自由电子在z方向上受到的洛伦滋力和霍尔电场力合力大小为 故D错误。 故选A。 二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题4分，共12分。每小题列出的四个备选项中至少有 一个是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 11．如图所示，假设存在只有一个磁极的磁单极子，它在其周围空间会形成均匀辐射状磁场。若有一质量为m、半径为R的圆环，当环中通有恒定的电流I时，恰好能水平静止在距N极正上方H处。已知与磁单极子N极相距r处的磁感应强度大小为，其中k为常数，重力加速度为g。则（    ） A．圆环中通过的电流方向为逆时针（俯视） B．圆环沿其半径方向有收缩的趋势 C．圆环的电流 D．圆环的电流 【答案】BC 【详解】A．根据平衡条件知，静止时圆环受到的安培力与圆环的重力等大反向，根据题中的磁场方向，结合左手定则，可判断圆环中通过的电流方向为顺时针（俯视），故A错误； B．根据题中的磁场方向，结合左手定则，可知静止时圆环所受的安培力有沿半径方向指向圆心的分力，故有收缩的趋势，故B正确； CD．根据平衡条件知，设静止时圆环各部分受到的安培力与竖直方向夹角为θ，则 其中 解得 故C正确，D错误。 故选BC。 12．如图所示，一根固定的绝缘竖直长杆位于范围足够大且相互正交的匀强电场和匀强磁场中，电场强度大小为，磁感应强度大小为B，一质量为m，电荷量为q的带正电小圆环套在杆上，环与杆间的动摩擦因数为μ，现使圆环以初速度v0向下运动，经时间t0，圆环回到出发点，若圆环回到出发点之前已经开始做匀速直线运动，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．环经过最低点时加速度大小为g B．环的最大加速度为 C．环在t0时间内损失的机械能为 D．环下降过程和上升过程系统因摩擦产生的内能相等 【答案】AC 【详解】A．在最低点时，受到向上的电场力和向下的重力作用，根据牛顿第二定律可知 解得 a=g 方向向上，选项A正确； B．环向下运动时竖直方向受到重力、向上的电场力、向上的摩擦力，设加速度大小为a1，则 因此速度的减小，导致洛沦兹力减小，则摩擦力会减小，因此环做加速度减小的减速运动，当环回头时，环的加速度大小 随着速度增大，开始做加速度减小的加速运动，之后做匀速直线运动；圆环在运动过程中，向下运动时，加速度大于向上运动的加速度，而向下运动摩擦力越大，则加速度越大，因此环刚开始运动时，加速度最大，最大加速度 故B错误； C．圆环从出发到回到出发点过程中，重力势能变化为零，那么机械能的损失，即为动能的减小，根据能量关系则有 而 因此损失的机械能为 故C正确； D．因环下降过程经过某点的速度大于上升过程通过同一点的速度，根据 可知，下降过程中摩擦力的平均值较大，则下降过程因摩擦产生的热较大，故D错误； 故选AC。 13．如图所示，在平面直角坐标系中，P为y轴正半轴上的一点，两点之间的距离为a，Q为x轴正半轴上的一点，O、Q两点之间的距离为，在坐标系的第一象限部分区域存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场所在区域的边界是圆形（未画出），一簇比荷均为k的带正电粒子（不计重力）从y轴的O、P点之间均以速度沿x轴正半轴射出，经磁场偏转后这簇粒子均经过Q点，下列说法正确的是（　　）    A．粒子在磁场中做圆周运动轨迹圆的半径与磁场边界圆的半径可能不相等 B．磁场边界圆直径的最小值为a C．磁场边界圆半径的最大值为a D．匀强磁场磁感应强度的最小值为 【答案】BD 【详解】A．根据题意可知，由于经磁场偏转后这簇粒子均经过Q点，此现象为磁汇聚，则有粒子在磁场中做圆周运动轨迹圆的半径与磁场边界圆的半径相等，故A错误； BC．根据题意，结合A分析可知，点为磁场边界圆的最低点，要是O、P点之间粒子均可进入磁场圆，则磁场边界圆直径最小时，如图所示    由图可知，磁场边界圆直径的最小值为a，磁场边界圆半径最大时，如图所示    由图可知，磁场边界圆半径的最大值为，故C错误，B正确； D．由A分析可知，粒子在磁场中做圆周运动轨迹圆的半径与磁场边界圆的半径相等，设磁场边界圆半径为，则有 又有比荷为k，解得 可知，磁场边界圆的半径最大时，匀强磁场磁感应强度最小，为 故D正确。 故选BD。 非选择题部分 三、非选择题(本题共5小题，共58分) 14．小贾同学在学习安培力后，设计了如图所示的装置来测定磁极间的磁感应强度。根据实验主要步骤完成填空： （1）在弹簧测力计下端挂一个匝数为的矩形线框，将线框的下短边完全置于形磁铁的、极之间的磁场中，并使线框的短边水平，磁场方向与矩形线框的平面___________（填：“平行”或“垂直”）； （2）在电路___________（填：“接通”或“未接通”）时，记录线框静止时弹簧测力计的读数； （3）闭合开关，调节滑动变阻器使电流表读数为，记录线框静止时弹簧测力计的读数，则线框所受安培力大小为___________，方向为___________； （4）用刻度尺测出矩形线框短边的长度； （5）利用上述数据可得待测磁场的磁感应强度___________。 【答案】 垂直 未接通 竖直向下 【详解】（1）[1]应使矩形线圈所在的平面与N、S极的连线垂直，这样能使弹簧测力计保持竖直，方便测出弹簧的拉力； （2）[2]实验需要首先测出线框所受重力大小，后续通电后才能通过力的平衡计算出安培力，因此需要在电路未接通时，记录线框静止时弹簧测力计的读数； （3）[3][4]没通电时，对线框受力分析，线框所受重力等于弹簧测力计拉力，即 通电后，对线框受力分析，线框受重力、安培力、弹簧的拉力，三力平衡，同时根据弹簧测力计示数变大可知，安培力方向应竖直向下，则三个力应满足 联立解得 （5）[5]由安培力公式可得 解得 15．某研究性小组为了测定磁极间的磁感应强度，设计了如图所示的实验装置。在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。水平直铜条AB的两端通过导线与电源连接成闭合回路，AB 在磁场中的长度为L，电阻为R，电源电动势为E，内阻为r。实验过程中绳子始终处于拉紧状态。 （1）开关闭合后，铜条所受安培力的方向为向______（填∶上、下、左、右），此时电子测力计的示数为； （2）改变电源正负极，闭合开关，发现此时电子测力计示数为，则 ______（填：或：）。磁极间磁感应强度大小______（用题目中所给字母表示） 【答案】 下 > 【详解】 （1）[1] 根据左手定则可知铜条所受安培力的方向向下。 （2）[2] 第一次开关闭合后铜条AB对磁铁的力向上，电子测力计的示数小于磁铁重力；改变电流方向后铜条AB对磁铁的力向下，电子测力计的示数大于磁铁重力。故 F2>F1 [3] 根据闭合电路欧姆定律得 安培力 对磁铁受力分析可知 解得 16．质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2 m，杆ab与导轨间摩擦不计。磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示，现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流为多少。（g=10m/s2） 【答案】0.3A 【详解】安培力方向沿斜面向上，由平衡条件得 又 联立解得 17．某磁防护装置截面如图所示，以点为圆心，内、外半径分别为、的环形区域内（边界处有磁场），有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，外圆为绝缘薄板，板上有一小孔。一带正电的粒子以速度从孔沿方向射入磁场，恰好不进入内圆，粒子每次与绝缘薄板碰撞后以原速率反弹且电荷量不变。不计粒子重力，求： (1)粒子在磁场中运动的轨迹半径； (2)粒子的比荷； (3)粒子从射入孔到离开孔与绝缘薄板碰撞的次数及所需的时间。（碰撞次数要通过计算说明） 【答案】(1) (2) (3)3， 【详解】（1）根据几何关系可知 解得 （2）根据洛伦兹力提供向心力有 解得 （3）设粒子在磁场中运动的轨迹所对应的圆心角为θ，由几何关系得 解得 粒子在磁场中运动的周期为 粒子从C点到第一次与绝缘薄板碰撞所需时间为 因，则第一次与绝缘薄板碰撞，粒子在内圆上也运动了，可得粒子总共与绝缘薄板发生3次碰撞，所用时间为 18．如图所示，M、N之间有一加速电场，虚线框内有一垂直于纸面向内的匀强磁场。一电子从静止开始经加速电场进入匀强磁场最终打到右侧一足够长的竖直光屏上的P点（图中未画出）。已知，电子的质量为，电荷量为，M、N间的电压大小为，磁感强度为，磁场宽度为，光屏距磁场右边界距离为，不计电子的重力和空气阻力，；。求： （1）电子在磁场中运动轨迹的半径； （2）电子打在光屏上的侧移量。 【答案】（1）；（2） 【详解】（1）电子经加速电场的速度为，在磁场中的偏转半径为，电子在加速电场中根据动能定理可得 解得 电子在磁场中，由洛伦兹力提供向心力可得 解得 （2）设电子出磁场时速度方向与水平方向间夹角为，如图所示 由几何关系可得 可得 在磁场中的侧位移为 在区域的侧位移为 所以电子打在光屏上的侧移量为 联立解得 19．4月29日中国空间站天和核心舱发射成功，将开展完全失重环境下宇宙空间实验。如图所示，某宇宙空间内存在一分界线，上、下两侧分别是区域足够大的匀强磁场B1、B2，B1=2B2=2B，方向均垂直纸面向里。在磁场B1中距边界为d的A点静止着一电荷量为q的高能离子，因过多的能量而分裂成一碎片离子和一中性粒子。碎片离子质量为m，分离速度平行于分界线向左，垂直通过界线后进入磁场B2，在C点刚好又撞上中性粒子。 (1)求碎片离子的分离速度及A、C间的距离； (2)求中性粒子的质量M； (3)若在碎片离子进入分界线下方区域后，立即将分界线上方磁场B1撤去，替换为垂直于分界线的匀强电场E，要使两粒子尽早相碰，求场强大小和方向。 【答案】(1)；；(2)；(3)，电场方向垂直于分界面向下 【详解】(1)由题意B1=2B，在磁场B1中，由几何关系可得 由 得 在磁场B2中，B2=2B，由 得 所以，可得 (2)由周期的公式，即 得 所以，碎片离子运动时间为 中性粒子的速度为 对碎片离子和中性粒子，根据动量守恒，可得 故 (3)碎片离子从B2中到达分界线时，分析可得 对中性粒子，则有 碎片离子，由于，须减速才能相碰，由（1）中情形可知碎片离子带正电，故电场方向垂直于分界线向下，有 由牛顿第二定律 可得 试卷第18页，共23页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ 绝密★启用前 第一章安培力与洛伦兹力（培优） 姓名 准考证号 本试题卷分选择题和非选择题两部分，共8页，满分100分，考试时间90分钟。 考生注意： 1.答题前请务必将自己的姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔分别填写在试题卷和答题纸规定的位置上。 2.答题时，请按照答题纸上“注意事项”的要求，在答题纸相应的位置上规范作答，在本试题卷上的作答一律无效。 3.非选择题的答案必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔写在答题纸上相应的区域内，作图时先使用2B铅笔，确定后必须使用黑色字迹的签字笔或钢笔描黑。 4.可能用到的相关参数：重力加速度g取10m/s2 选择题部分 一、选择题Ⅰ（本题共10小题，每小题3分，共30分。每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，不选、多选、错选绝不给分） 1．如图，磁感应强度大小B=2T的匀强磁场，方向垂直纸面向外，一根长为0.2m的直导线垂直磁场方向放置。当导线通有I=0.5A的电流时，导线所受安培力的大小和方向分别为（　　） A．0.2N，水平向左 B．0.2N，水平向右 C．1.0N，水平向左 D．1.0N，水平向右 2．下列有关传感器的说法正确的是（　　） A．霍尔元件属于光敏元件 B．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大 C．半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大 D．楼道内的照明灯仅在夜晚有声音时开启，表明照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器 3．下列说法正确的是（　　） A．带电粒子在磁场中仅受洛伦兹力时速度可能变大 B．观看3D电影的眼镜用到了光的偏振 C．机械波的周期由介质决定 D．匀速圆周运动的动量不变 4．下列关于电场和磁场的说法正确的是（　　） A．若检验电荷在电场中某点受到的电场力为0，则该点的电场强度一定为0 B．若通电导线在磁场中某点受到磁场的作用力为0，则该点的磁感应强度一定为0 C．电场强度的方向一定与检验电荷在电场中受到的电场力的方向相同 D．磁感应强度的方向一定与通电导线在磁场中受到的力的方向相同 5．如图所示AC、AD两块挡板垂直纸面放置，夹角为90°，整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。一束质量为m、电荷量为＋q的粒子，从AD板上的小孔P处以不同速率垂直于磁场方向射入，速度方向与AD板的夹角为60°，，不计粒子的重力和粒子间的相互作用，则打在Q点的粒子和垂直打在AC板的粒子的速率之比为（    ）    A．4:3 B．3:4 C．3:8 D．8:3 6．质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要设备，构造原理如图所示。离子源S能产生各种不同的离子束，飘入（初速度可视为零）MN间的加速电场后从小孔O垂直进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点，P点到小孔O的距离为x。对于一质量m和电荷量q各不相同的离子，它们的x2—图像应是（　　） A． B． C． D． 7．某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场，通有待测电流的直导线垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场。调节电阻R，当电流表示数为时，元件输出霍尔电压为零，则待测电流的方向和大小分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 8．如图所示，圆形区域直径上方存在垂直于纸面向外的匀强磁场，下方存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小相同。现有两个比荷相同的带电粒子、，分别以、的速度沿图示方向垂直磁场方向从点入射，最终都从点离开磁场，则（    ） A．粒子、可能带异种电荷 B．粒子从点离开磁场时的速度方向一定与初速度的方向垂直 C．可能为 D．一定为 9．如图，半径为R的圆表示一柱形区域的横截面（纸面），在柱形区域内加一方向垂直于纸面的匀强磁场，带电微粒a沿图中直线在圆上的M点射入柱形区域，在圆上的P点离开该区域，离开时速度方向与直线垂直，圆心O到直线的距离为；另一带电微粒b沿图中直径在圆上的N点以相同速度射入柱形区域，也在P点离开该区域，不计重力及微粒间的相互作用力，则a、b的比荷之比为（　　） A． B． C． D． 10．霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿+x方向的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一沿方向的匀强磁场，磁感应强度大小为B，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿方向。则关于这种霍尔材料认识正确的是（　　） A．建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反 B．建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力都为零 C．建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力方向相反 D．若自由电子定向移动在沿方向上形成的电流为，自由电子在z方向上受到的洛伦兹力和霍尔电场力合力大小为 二、选择题Ⅱ（本题共3小题，每小题4分，共12分。每小题列出的四个备选项中至少有 一个是符合题目要求的。全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分） 11．如图所示，假设存在只有一个磁极的磁单极子，它在其周围空间会形成均匀辐射状磁场。若有一质量为m、半径为R的圆环，当环中通有恒定的电流I时，恰好能水平静止在距N极正上方H处。已知与磁单极子N极相距r处的磁感应强度大小为，其中k为常数，重力加速度为g。则（    ） A．圆环中通过的电流方向为逆时针（俯视） B．圆环沿其半径方向有收缩的趋势 C．圆环的电流 D．圆环的电流 12．如图所示，一根固定的绝缘竖直长杆位于范围足够大且相互正交的匀强电场和匀强磁场中，电场强度大小为，磁感应强度大小为B，一质量为m，电荷量为q的带正电小圆环套在杆上，环与杆间的动摩擦因数为μ，现使圆环以初速度v0向下运动，经时间t0，圆环回到出发点，若圆环回到出发点之前已经开始做匀速直线运动，不计空气阻力，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） A．环经过最低点时加速度大小为g B．环的最大加速度为 C．环在t0时间内损失的机械能为 D．环下降过程和上升过程系统因摩擦产生的内能相等 13．如图所示，在平面直角坐标系中，P为y轴正半轴上的一点，两点之间的距离为a，Q为x轴正半轴上的一点，O、Q两点之间的距离为，在坐标系的第一象限部分区域存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场所在区域的边界是圆形（未画出），一簇比荷均为k的带正电粒子（不计重力）从y轴的O、P点之间均以速度沿x轴正半轴射出，经磁场偏转后这簇粒子均经过Q点，下列说法正确的是（　　）    A．粒子在磁场中做圆周运动轨迹圆的半径与磁场边界圆的半径可能不相等 B．磁场边界圆直径的最小值为a C．磁场边界圆半径的最大值为a D．匀强磁场磁感应强度的最小值为 非选择题部分 三、非选择题(本题共5小题，共58分) 14．小贾同学在学习安培力后，设计了如图所示的装置来测定磁极间的磁感应强度。根据实验主要步骤完成填空： （1）在弹簧测力计下端挂一个匝数为的矩形线框，将线框的下短边完全置于形磁铁的、极之间的磁场中，并使线框的短边水平，磁场方向与矩形线框的平面___________（填：“平行”或“垂直”）； （2）在电路___________（填：“接通”或“未接通”）时，记录线框静止时弹簧测力计的读数； （3）闭合开关，调节滑动变阻器使电流表读数为，记录线框静止时弹簧测力计的读数，则线框所受安培力大小为___________，方向为___________； （4）用刻度尺测出矩形线框短边的长度； （5）利用上述数据可得待测磁场的磁感应强度___________。 15．某研究性小组为了测定磁极间的磁感应强度，设计了如图所示的实验装置。在该实验中，磁铁固定在水平放置的电子测力计上，磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场，其余区域磁场不计。水平直铜条AB的两端通过导线与电源连接成闭合回路，AB 在磁场中的长度为L，电阻为R，电源电动势为E，内阻为r。实验过程中绳子始终处于拉紧状态。 （1）开关闭合后，铜条所受安培力的方向为向______（填∶上、下、左、右），此时电子测力计的示数为； （2）改变电源正负极，闭合开关，发现此时电子测力计示数为，则 ______（填：或：）。磁极间磁感应强度大小______（用题目中所给字母表示） 16．质量为m=0.02 kg的通电细杆ab置于倾角的平行放置的导轨上，导轨的宽度d=0.2 m，杆ab与导轨间摩擦不计。磁感应强度B=2T的匀强磁场与导轨平面垂直且方向向下，如图所示，现调节滑动变阻器的触头，试求出为使杆ab静止不动，通过ab杆的电流为多少。（g=10m/s2） 17．某磁防护装置截面如图所示，以点为圆心，内、外半径分别为、的环形区域内（边界处有磁场），有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为，外圆为绝缘薄板，板上有一小孔。一带正电的粒子以速度从孔沿方向射入磁场，恰好不进入内圆，粒子每次与绝缘薄板碰撞后以原速率反弹且电荷量不变。不计粒子重力，求： (1)粒子在磁场中运动的轨迹半径； (2)粒子的比荷； (3)粒子从射入孔到离开孔与绝缘薄板碰撞的次数及所需的时间。（碰撞次数要通过计算说明） 18．如图所示，M、N之间有一加速电场，虚线框内有一垂直于纸面向内的匀强磁场。一电子从静止开始经加速电场进入匀强磁场最终打到右侧一足够长的竖直光屏上的P点（图中未画出）。已知，电子的质量为，电荷量为，M、N间的电压大小为，磁感强度为，磁场宽度为，光屏距磁场右边界距离为，不计电子的重力和空气阻力，；。求： （1）电子在磁场中运动轨迹的半径； （2）电子打在光屏上的侧移量。 19．4月29日中国空间站天和核心舱发射成功，将开展完全失重环境下宇宙空间实验。如图所示，某宇宙空间内存在一分界线，上、下两侧分别是区域足够大的匀强磁场B1、B2，B1=2B2=2B，方向均垂直纸面向里。在磁场B1中距边界为d的A点静止着一电荷量为q的高能离子，因过多的能量而分裂成一碎片离子和一中性粒子。碎片离子质量为m，分离速度平行于分界线向左，垂直通过界线后进入磁场B2，在C点刚好又撞上中性粒子。 (1)求碎片离子的分离速度及A、C间的距离； (2)求中性粒子的质量M； (3)若在碎片离子进入分界线下方区域后，立即将分界线上方磁场B1撤去，替换为垂直于分界线的匀强电场E，要使两粒子尽早相碰，求场强大小和方向。 试卷第10页，共10页 试卷第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $