第一章 安培力与洛伦兹力 单元测试-2026-2027学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力单元测试 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 评卷人 得分 一、单选题（共36分） 1．（本题4分）了解物理规律的发展过程，学会像科学家那样观察和思考，是我们学习过程中重要的一环。下列说法符合事实的是（    ） A．安培首先通过实验发现了通电导线周围存在磁场，即发现“电生磁”的第一人 B．丹麦物理学家斯特首先提出用电场线来描述电场 C．库仑首先通过实验验证了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律 D．安培定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的现律 2．（本题4分）如图所示，匀强磁场水平向右，磁感应强度大小为，一长直导线固定在磁场中，长为，与水平方向呈角，给导线中通入大小为，方向向上的恒定电流，则导线所受安培力大小为（     ） A．0 B．ILB C． D． 3．（本题4分）在利用电子射线管探究洛伦兹力的方向实验中，接通电源后，电子射线由阴极沿＋x轴方向射出，在荧光屏上会看到一条亮线。现要使亮线往上偏，所加磁场方向应沿（　　）    A．－y轴 B．＋y轴 C．＋z轴 D．－z轴 4．（本题4分）在下列各组物理量中，全部属于矢量的是（　　） A．电场强度、电势 B．电流、磁通量 C．磁感应强度、洛伦兹力 D．磁通量、安培力 5．（本题4分）在等边三角形的三个顶点a、b、c处，各有一条长直导线垂直穿过纸面，导线中通有大小相等的恒定电流，方向如图。不计地磁场的影响各导线所受安培力说法正确的是（　　） A．三导线受安培力一定交于一点 B．三导线受安培力相同 C．b、c导线受安培力相同 D．a导线受安培力向上 6．（本题4分）两根固定的相互平行的直导线A和B，相距为L，电流方向如图所示。导线C用轻绳悬挂在A、B导线的中间上方，距离为L，三根导线中的电流都为I。下列说法正确的是（　　） A．从上往下看，导线C顺时针转动，同时绳子的张力变小 B．从上往下看，导线C逆时针转动，同时绳子的张力变小 C．当C转到与A、B平行时，A、B和C单位长度所受的磁场作用力大小之比为 D．当C转到与A、B平行时，A、B和C单位长度所受磁场作用力大小之比为 7．（本题4分）下列仪器或设备，在正常工作时不需要利用磁场的是（　　） A．回旋加速器 B．磁电式电流表 C．磁流体发电机 D．避雷针 8．（本题4分）如图所示，将磁铁靠近阴极射线管（电子射线管）时，发现电子束会发生偏转，使电子偏转的作用力是（　　） A．电场力 B．重力 C．安培力 D．洛伦兹力 9．（本题4分）如图所示为电视显像管的原理示意图。显像管中有一个电子枪，工作时它能发射高速电子，撞击荧光屏就能发光，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点，为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。要使电子束（　　） A．打在屏上A点，偏转磁场的方向应水平向右 B．打在屏上B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外 C．打在屏上的位置由A点逐渐向B点移动，磁场大小应先减小，再反向增大 D．打在屏上的位置由B点逐渐向A点移动，磁场大小应先增大，再反向减小 评卷人 得分 二、多选题（共12分） 10．（本题4分）如图所示，倾角为θ的光滑斜面上静置着一根垂直于纸面且通有恒定电流的导体棒。已知导体棒的质量为m、长度为L，电流为I，竖直面内存在方向未知的匀强磁场，导体棒处于静止状态，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　） A．若磁场方向垂直斜面向上，则导体棒内电流方向垂直纸面向内 B．若导体棒对斜面无压力，则磁场方向一定水平向左 C．若只增大电流I，则导体棒一定无法保持静止 D．磁感应强度的最小值为 11．（本题4分）如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场中，垂直磁场方向固定一边长为L的正方形线框abcd，线框每边电阻均为R。将线框的顶点a、b接在电动势为E、内阻为R的电源上，开关S闭合电路稳定后（　　） A．线框的ad边和bc边受到的安培力方向相反 B．线框的ab边与dc边受到的安培力方向相反 C．整个线受到的安培力大小为0 D．整个线框受到的安培力大小为 12．（本题4分）关于安培力和洛伦兹力，下列说法正确的是（    ） A．安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用力 B．洛伦兹力可能对运动电荷做功 C．安培力的方向总是垂直于磁场方向，但不一定垂直于电流方向 D．洛伦兹力的大小可能为零 评卷人 得分 三、实验题（共10分） 13．（本题4分）某同学用如图所示的实验装置研究电流在磁场中的受力方向与电流方向磁场方向之间的关系。 (1)该同学将观察到的实验现象记录在下表中，表中的部分记录缺失，请补充完整_____。 实验次数 P中电流方向 磁场方向 P的运动方向 1 2 3 (2)某次实验中，闭合电键后金属棒P不动，可能的原因是：_____。 14．（本题6分）“祖冲之”研究小组用图中所给的器材进行与安培力有关的实验。金属导轨和固定在同一水平面内且相互平行，足够大的电磁铁（未画出）的极位于两导轨的正上方，极位于两导轨的正下方，一金属棒置于导轨上且与两导轨垂直。 (1)在图中画出连线，完成实验电路，要求滑动变阻器以限流方式接入电路，且在开关闭合后，金属棒沿箭头所示的方向运动____； (2)为使金属棒在离开导轨时具有更大的速度，有人提出以下建议： A．适当增大两导轨间的距离 B．换一根更长的金属棒 C．适当减小金属棒中的电流 其中正确的是 （填入正确选项前的字母）； (3)根据磁场会对电流产生作用力的原理，人们发明了_____（填入正确选项前的字母）。 A．回旋加速器 B．电磁炮 C．质谱仪 评卷人 得分 四、解答题（共42分） 15．（本题6分）如图所示，两根平行的光滑金属导轨固定在同一绝缘水平面内。两根导轨的间距为L，两导轨的左端连接一未充电的电容器和一个电源，电容器的电容为C，电源的电动势为E、内阻不计。一质量为m的金属棒ab，放在两导轨的最右端，且和两导轨垂直，金属棒ab的长度刚好和两导轨的间距相同，金属棒ab的两端分别用长度均为h的轻绳竖直悬挂在水平固定横梁上的O1、O2点，开始时，轻绳刚好拉直、且金属棒ab和两导轨接触良好。两导轨所在的平面处于磁感应强度为B、方向竖直向上的匀强磁场中。先将单刀双掷开关S合在位置1，当电容器充电稳定后，再将单刀双掷开关S合在位置2，金属棒ab突然水平向右开始摆动，当连接金属棒ab的轻绳呈水平状态时，金属棒ab的速度为0。重力加速度大小为g。试求： (1)将单刀双掷开关S合在位置2的瞬间，通过金属棒ab横截面的电荷量； (2)将单刀双掷开关S合在位置2的瞬间，金属棒ab离开两导轨，电容器稳定后，电容器两端的电压。 16．（本题6分）一自由的矩形导体线圈，通以电流。将其移入通以恒定电流I的长直导线的右侧。其与边跟长直导体在同一平面内且互相平行，如图所示。试判断将该线圈从静止开始释放后的受力和运动情况（不计重力）。 17．（本题8分）如图为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度大小。它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为l，线圈一部分处于匀强磁场内，磁感应强度大小为B，方向垂直于线圈平面向里。当线圈中通有电流I时，调节砝码使两臂达到平衡。 (1)达到平衡时线圈所受安培力大小为_______（用字母n、l、B、I表示）。 (2)达到平衡后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂再次达到平衡，此时线圈所受安培力方向___（填“向上”或“向下”）。 (3)当，，，，重力加速度大小取时，根据上述条件得磁感应强度大小为___T（保留2位有效数字）。 18．（本题10分）如图所示，不变形的通电矩形线圈adcb，通以方向为b→c→d→a的电流，电流为5A，此时线圈平面与竖直方向夹角30°静止，已知cd长6cm，bc长8cm，每厘米导线质量0.1g，保持ab水平。不计摩擦。 (1)如果线框处于竖直向下的磁场中，求磁感应强度。 (2)如果磁场方向垂直纸面向外，为使线框静止在原位，求磁感应强度。 19．（本题12分）一个质量m=5.0×10-27kg、电荷量q=3.2×10-19C的带电粒子，以速度v=1.6×105m/s，沿垂直于地磁场方向进入地球附近，其中该处的磁感应强度为B=2×10-4T（其中π近似取3.2）。求： （1）带电粒子在进入磁场瞬间做圆周运动的半径是多大； （2）若该带电粒子能做完整的圆周运动，则它的周期是多少？ 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 《选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力单元测试》参考答案 1．C 【详解】A．奥斯特首先通过实验发现了通电导线周围存在磁场，即发现“电生磁”的第一人，故A错误； B．英国物理学家法拉第首先提出用电场线来描述电场，故B错误； C．库仑首先通过实验验证了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力遵循的规律，故C正确； D．左手定则是用来判断通电导线在磁场中所受安培力方向的现律，安培定则用来判断通电导线或线圈周围的磁场方向，故D错误。 故选C。 2．C 【详解】导线中电流方向与磁场方向的夹角为，安培力大小为 故选C。 3．A 【详解】亮线向上偏转，洛伦兹力方向沿z轴正方向，根据左手定则可知加一沿y轴负方向的磁场。 故选A。 4．C 【详解】A．电势是标量，电场强度是矢量，故A不符合题意； B．电流、磁通量都是标量，故B不符合题意； C．磁感应强度、洛伦兹力都是矢量，故C符合题意； D．磁通量是标理，安培力是矢量，故D不符合题意。 故选C。 5．A 【分析】根据题中物理情景描述可知，本题考查安培力，根据安培力计算和方向判断的方法，运用安培力公式、左手定则、矢量合成等，进行分析推断。 【详解】 A．由图可知等边三角形的三个顶点a、b、c处均有一通电导线，且导线中通有大小相等的恒定电流。由左手定则可知三导线受安培力如图所示，每根导线所受安培力的合力沿角平分线方向，有几何知识可知三根导线所受合力方向一定交于一点，故A正确； B．由图可知通过三根导线的电流大小相等，每根导线的安培力大小相同，方向不同，故B错误； C．由图可知b、c导线受安培力大小相同，方向不同，故C错误； D．由图可知a受的安培力合力方向向下，故D错误。 故选A。 【点睛】通电导线的电流方向相同时，则两导线相互吸引；当通电导线的电流方向相反时，则两导线相互排斥。 6．D 【详解】AB．由右手螺旋定则可以判断C导线左侧的磁场方向从下往上，右侧从上往下，从而可判断C导线左侧受到向外的力右侧受到向里的力，从上往下看导线是逆时针转动；利用极限法可判断C导线转动到与AB平行时受到向下的安培力，所以过程中绳子张力变大；故AB错误。 CD．当C转到与A、B平行时，三根导线电流方向都是垂直纸面向里，所以A、B和C受到相互之间的磁场作用力大小相等，即单位长度所受的磁场作用力大小之比为1:1:1，故C错误，D正确。 故选D。 7．D 【详解】A．回旋加速器中粒子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供，所以正常工作时需要磁场，故A不符合题意； B．磁电式电流表的基本原理是通电线圈在磁场中会受到力的作用，所以正常工作时需要磁场，故B不符合题意； C．磁流体发电机工作时，等离子体受到洛伦兹力作用而向两极板偏转，所以在正常工作时需要利用磁场，故C不符合题意； D．避雷针的原理是尖端放电，正常工作时不需要利用磁场，故D符合题意。 故选D。 8．D 【详解】运动电子在磁场中受到洛伦兹力作用，洛伦兹力使电子偏转。 故选D。 9．C 【详解】A．由左手定则可知，打在屏上的A点，偏转磁场的方向应垂直纸面向外，A错误； B．由左手定则可知，打在屏上的B点，偏转磁场的方向应垂直纸面向里，B错误； C．粒子在偏转磁场中洛伦兹力提供向心力 解得 打在屏上的位置由A点逐渐向B点移动，电子做圆周运动的半径先变大后变小，故磁场大小应先减小，再反向增大，C正确； D．由C选项分析可知，打在屏上的位置由B点逐渐向A点移动，磁场大小应先减小，再反向增大，D错误。 故选C。 10．CD 【详解】A．若磁场方向垂直斜面向上，则导体棒必须受到沿斜面向上的安培力才能保持平衡，故导体棒内电流方向必须垂直纸面向外，A错误； B．若导体棒对斜面无压力，则安培力方向必定竖直向上，但是因为电流方向不确定，所以磁场方向水平向左或向右都有可能，B错误； C．导体棒受重力、支持力和安培力三个力的作用保持静止，平移三个力的矢量后，可构成矢量三角形，重力所在的边固定不动，支持力所在的边方向不变，若只增加电流I，则安培力变大，但同时因为安培力方向不变，故当安培力增大时合力必定不再为零，即导体棒一定无法保持静止，C正确； D．最小的磁感应强度对应最小的安培力，根据前面分析可知导体棒受重力、支持力和安培力三个力构成矢量三角形，分析可知当安培力与支持力方向垂直时有最小值，故可得安培力最小为，有 解得 D正确。 故选CD。 11．AD 【详解】A．线框ad、bc边中的电流方向相反，受到的安培力方向相反，选项A正确； B．线框ab边与dc边中的电流方向相同，所受的安培力方向相同，选项B错误； CD．设a、b间电阻为r，则 所以 根据闭合电路欧姆定律干路电流 所以安培力 选项D正确、C错误。 故选AD。 12．AD 【详解】A．安培力是导体中定向移动的电荷受到的洛伦兹力的宏观表现，本质上都是磁场对运动电荷的作用力，A正确； B．洛伦兹力的方向始终与电荷的运动方向垂直，所以洛伦兹力永远不做功，B错误； C．根据左手定则，安培力的方向总是同时垂直于磁场方向和电流方向，即垂直于磁场与电流所决定的平面，C错误； D．洛伦兹力公式为，当电荷的运动方向与磁场方向平行时，洛伦兹力大小为零，D正确。 故选AD。 13． 实验次数 P中电流方向 磁场方向 P的运动方向 1 2 3 金属棒所受摩擦力太大，金属棒与导轨接触不良，磁场太弱，电流太小等。 【详解】(1)[1]根据左手定则可得 实验次数 P中电流方向 磁场方向 P的运动方向 1 2 3 (2)[2]闭合电键后金属棒P不动，可能的原因是：金属棒所受摩擦力太大，金属棒与导轨接触不良，磁场太弱，电流太小等。 14．(1) (2)A (3)B 【详解】（1）滑动变阻器以限流方式接入电路，磁场垂直导轨平面竖直向上，根据左手定则可知电源正极应接，电路连线如图所示 （2）AC．根据公式可得，适当增加导轨间的距离或者增大电流，可增大金属棒受到的安培力，根据动能定理有 则金属棒离开导轨时的动能变大，即离开导轨时的速度变大，故A正确，C错误； B．若换用一根更长的金属棒，但导轨间的距离不变，安培力F不变，棒的质量变大，速度为 可得速度变小，故B错误。 故选A。 （3）AC．回旋加速器和质谱仪都是根据带电粒子在磁场中受洛伦兹力而做圆周运动制成的，不是磁场对电流产生作用力的原理，故AC错误； B．根据磁场会对电流产生作用力的原理，人们发明了电磁炮，故B正确。 故选B。 15．(1)；(2) 【详解】(1) (2)单刀双掷开关S合在位置1，当电容器充电稳定后，设电容器两端电压为U0，电容器所充的电荷量为Q0，有 由电容器的定义式得 单刀双掷开关S合在位置2的瞬间：设在该瞬间Δt时间内，通过金属棒ab横截面的电荷量为ΔQ，电流为i，金属棒ab离开导轨的速度为v，电容器稳定后，电容器两端的电压为U，对金属棒ab，由动量定理得 由电流定义式得 由电容器的定义式得 金属棒ab离开导轨摆动过程中，对金属棒ab，由机械能守恒定律得 以上联合求解得 16．，线圈将加速向左运动而与导体靠拢 【详解】由右手螺旋定则确定其磁感线的方向垂直纸面向里，如图所示 线圈的四条边所受安培力的方向由左手定则判定。其中与相互平衡，因边所在的磁场比边所在的强，故 由此可知矩形线圈所受安培力的合力的方向向左，它将加速向左运动而与导体靠拢。 17．(1) (2)向下 (3)0.49 【详解】（1）线圈所受安培力大小为 （2）根据左手定则，此时安培力的方向向下。 （3）电流反向，大小不变，则安培力变化了，根据平衡关系有 解得 18．(1)；(2)。 【详解】当磁场向下时，如图（甲）所示，cd边受磁场力水平向右，而产生逆时针力矩，顺时针重力矩为。当磁场垂直纸面向外时，如图（乙）所示，cd边受磁场力竖直向上，产生逆时针力矩，重力矩不变。 (1) 重力矩 利用磁力矩 磁感应强度 (2)磁感线与线框平面夹角为60° 故 19．（1）12.5m；（2）5×10-4s 【详解】（1）由洛伦兹力提供向心力可得 解得 R=12.5m （2）该带电粒子能做完整的圆周运动，它的周期是 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $