2019人教版选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力2磁场对运动电荷的作用力拔高练习（word版含答案）

2019人教版选择性必修第二册 第一章 安培力与洛伦兹力 2 磁场对运动电荷的作用力 拔高练习
一、多选题
1．如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，匀强电场的电场强度为E，方向竖直向下，有一质子（重力不计）恰能以速率沿直线从左向右沿直线水平飞越此区域．下列说法正确的是(　　)
A．若一电子以速率v从左向右飞入，则该电子将向上偏转
B．若一电子以速率v从左向右飞入，则该电子将沿直线运动
C．该质子通过此区域的速度
D．该质子通过此区域的速度
2．如图所示，质量为m、带电荷量为+q的P环套在固定的水平长直绝缘杆上(杆表面不光滑)，整个装置处在垂直于杆的水平匀强磁场中，磁感应强度大小为B，现给环一向右的初速度vo，则下列情况可能发生的是
A．环将保持匀速运动，环的机械能不变
B．环将向右减速，最后静止，损失的机械能是
C．环将向右减速，最后匀速，损失的机械能是
D．环将向右减速，最后匀速，损失的机械能
3．如图，阴极射线管放在蹄形磁铁两极之间，荧光屏上显示出电子束径迹向下偏转。调换磁铁南北极的位置后，电子束的径迹将（　　）
A．不偏转 B．保持偏转角度不变
C．向上偏转 D．向下偏转角度变大
二、单选题
4．图为带电微粒的速度选择器示意图，若使之正常工作，则以下叙述哪个是正确的（ ）
A．P1的电势必须高于P2的电势
B．从S2出来的只能是正电荷，不能是负电荷
C．如果把正常工作时的B和E的方向都改变为原来的相反方向，选择器同样正常工作
D．匀强磁场的磁感应强度B、匀强电场的电场强度E和被选择的速度v的大小应满足v=BE
5．如图所示，两根水平放置且相互平行的长直导线分别通有方向相反的电流I1与I2．且I1>I2，与两根导线垂直的同一平面内有a、b、c、d四点，a、b、c在两根导线的水平连线上且间距相等，b是两根导线连线的中点，b、d连线与两根导线连线垂直．则（ ）
A．I2受到的磁场力水平向左
B．b点磁感应强度为零
C．d点磁感应强度的方向必定竖直向下
D．a点和c点的磁感应强度不可能都为零
6．如图，某空间存在正交的匀强磁场和匀强电场，电场方向水平向右，磁场方向垂直于纸面向里，一个带电微粒由a点进入电磁场并刚好能沿ab直线向上匀速运动，下列说法正确的是
A．微粒可能带负电，也可能带正电
B．微粒的电势能一定增加
C．微粒的机械能一定增加
D．洛伦兹力对微粒做负功
7．磁流体推进船的动力来源于电流与磁场间的相互作用．图甲是在平静海面上某实验船的示意图，磁流体推进器由磁体、电极和矩形通道（简称通道）组成．模型原理简化如图乙所示，通道尺寸a=2.0m、b=0.2m、c=0.10m．工作时，在通道内沿z轴正方向加B=6.0T的匀强磁场；沿x轴负方向加匀强电场，使两金属板间的电压U=200V；海水沿y轴方向流过通道．已知海水的电阻率ρ=0.20 Ω·m．则（ ）
A．船静止时，接通电源瞬间通道内电阻R=20Ω
B．船静止时，接通电源瞬间通道内电流大小I=1000A
C．船静止时，接通电源瞬间推进器对海水推力大小F=120N
D．船匀速前进时，若通道内海水速率v=5.0m/s，则海水两侧的电压=26V
8．如图所示，三根通电直导线P、Q、R互相平行，位于等腰三角形的三个顶点，三条导线通入大小相等，方向垂直纸面向里的电流，则通电直导线P、Q在R处产生的磁感应强度B及通电直导线R所受的安培力F的方向分别是（　　）
A．B沿x正轴方向，F垂直R，指向y轴负方向
B．B沿x负轴方向，F垂直R，指向y轴正方向
C．B沿y正轴方向，F垂直R，指向x轴正方向
D．B沿y负轴方向，F垂直R，指向x轴负方向
9．地磁场对地球有保护作用，一束带负电的宇宙射线，垂直地球赤道由上而下运动。关于宇宙射线的偏转方向的下列说法正确的是（）
A．向东
B．向南
C．向西
D．向北
10．一个不计重力的带正电荷的粒子，沿图中箭头所示方向进入磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则粒子的运动轨迹为（　　）
A．圆弧a B．直线b C．圆弧c D．a、b、c都有可能
11．如图所示，AB是点电荷电场中的一根电场线，在线上O点放一个自由的负电荷后，它将沿电场线向B运动，则下列判断中正确的是（ ）
A．电场线方向由B指向A，该电荷受到的电场力越来越小．
B．电场线方向由B指向A，该电荷受到的电场力大小变化无法确定．
C．电场线方向由A指向B，该电荷受到的电场力大小不变．
D．电场线方向由B指向A，该电荷受到的电场力越来越大．
12．下列关于电场线和磁感线的说法中，正确的是（　　）
A．电场线是电场中实际存在的、不闭合的曲线
B．磁感线是磁场中假想引入的、不闭合的曲线
C．电场线分布越密的地方，同一试探电荷所受的电场力越大
D．磁感线分布越密的地方，同一试探电荷所受的磁场力越大
13．如图所示，带正电粒子刚进入匀强磁场时，所受到的洛伦兹力的方向垂直纸面向外的是（　　）
A． B．
C． D．
14．如图，光滑半圆形轨道与光滑曲面轨道在B处平滑连接，前者置于水平向里的匀强磁场中，有一带正电小球从A由静止释放，能沿轨道前进并恰能通过半圆形轨道最高点C．现若撤去磁场，使球从静止释放仍能恰好通过半圆形轨道最高点，则释放高度H′与原释放高度H的关系是（ ）
A．H′>H B．H′＝H
C．H′三、解答题
15．如图所示，在竖直xOy平面内0≤x≤L的区域存在沿x轴正方向的匀强电场，场强大小为E，垂直向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B；在L≤x≤2L的区域存在沿y轴正方向的匀强电场，场强大小也为E，垂直向外的匀强磁场，磁感应强度大小也为B；在2L≤x≤3L的区域存在沿y轴正方向的匀强电场，场强大小为2E。一个质量为m，带电量为+q的带电小球从坐标原点以速度v沿与x轴成45°射入，小球沿直线穿过0≤x≤L区域，在L≤x≤2L的区域运动一段时间后，垂直电场进入2L≤x≤3L区域。已知L、m、q、v，重力加速度g未知，试求：
（1）磁感应强度B和电场强度E的大小；
（2）小球离开电场的位置坐标。
16．PQ为一根足够长的绝缘细直杆，处于竖直的平面内，与水平夹角为θ斜放，空间充满磁感应强度B的匀强磁场，方向水平如图所示．一个质量为m，带有负电荷的小球套在PQ杆上，小球可沿杆滑动，球与杆之间的摩擦系数为μ（μ＜tanθ），小球带电量为q．现将小球由静止开始释放，试求小球在沿杆下滑过程中(重力加速度为g)：
(1)小球最大加速度为多少？ 此时小球的速度是多少？
(2)下滑过程中，小球可达到的最大速度为多大？
17．如图所示，绝缘轨道MNPQ位于同一竖直面内，其中MN段是长度为L的水平轨道，PQ段是足够长的光滑竖直轨道，NP段是光滑的四分之一圆弧，圆心为O，半径。直线NN＇右侧有方向水平向左的电场（图中未画出），电场强度，在包含圆弧轨道NP的ONO＇P区域内有方向垂直纸面向外，磁感应强度为B的匀强磁场（边界处无磁场）。M点处静止一质量为m、电荷量为q的带负电物块A，一质量也为m的物块C从左侧以速度撞向物块A，A、C之间的碰撞为弹性碰撞，A，C均可视为质点，与轨道MN的动摩擦因数为μ（μ未知），重力加速度为g，A在运动过程中所带电荷量保持不变且始终没有脱离轨道。求：
(1)碰撞后A、C的速度大小；
(2)若A碰后能冲上圆弧轨道，且不会与C发生第二次碰撞，则μ的范围；
(3)若，则A对轨道NP的最大压力大小。
试卷第1页，共3页
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参考答案
1．BC
【详解】
质子从左边进入电场，在电场中受到向下的电场力和向上的洛伦兹力作用，因恰能沿直线从右边水平飞出，可知电场力和洛伦兹力平衡，有qE=qvB，得v=E/B．若是电子，也从左边以速度v射入，电场力和洛伦兹力的方向对调，发现还是有v=E/B，所以带电粒子只要以速度v从左边水平进入电场，粒子就会沿水平方向射出，与电性和电量无关； 由上分析可知，故AD错误，BC正确．故选BC．
2．ABD
【详解】
A．当环受到重力、支持力、摩擦力和洛伦兹力，先向右做减速运动，速度减小，洛伦兹力减小，当洛伦兹力等于重力时，支持力为零，摩擦力为零，环将做匀速直线运动，则环的机械能不变，故A正确；
B．环将向右减速，最后静止，由受力可知，重力、支持力与洛伦兹力不做功，摩擦力做功导致机械能损失，根据能量守恒定律，则有损失的机械能是，故B正确；
CD．根据能量守恒知，损失的机械能等于环动能的减小量，匀速直线运动时有
解得
损失的机械能
故C错误，D正确；
故选ABD。
3．BC
【详解】
AC. 电子束在磁场中运动，径迹发生了弯曲，这表明运动电荷受到磁场力，调换磁场南北极时，根据左手定则可知，电子束向上偏转，A错误，C正确；
BD. 由于电子束的电荷量不变，虽然磁场方向改变了，但磁场的强弱未变，则电子束的径迹将保持偏转角度不变，B正确，D错误；
故选BC。
4．C
【详解】
根据粒子通过复合场后，电场力与洛伦兹力平衡，若正电荷，则P1的电势必须低于P2的电势；若负电荷，则P1的电势仍必须高于P2的电势．故A错误；从S2出来的可以是正电荷，也可以是负电荷，故B错误；如果把正常工作时的B和E的方向都改变为原来的相反方向，则电场力与洛伦兹力均反向，因此选择器同样正常工作，故C正确；匀强磁场的磁感应强度B、匀强电场的电场强度E和被选择的速度v的大小应满足，故D错误．
5．D
【详解】
电流I1在I2处的磁场方向竖直向下，根据左手定则可知，I2受到的安培力的方向水平向右，故A错误；当电流I1与I2的大小相等时，则在b处的磁场大小相等，方向相同，所以合磁场方向向下，不等于0．故B错误；两根水平放置且相互平行的长直导线分别通有方向相反、大小相等的电流I1与I2．由右手螺旋定则判得，电流 I1在d处产生的磁场方向向右下，电流I2在d点产生的磁场的方向向左下，d点的磁感应强度的方向是竖直向下．当两个电流的大小不相等的时候，d点的合磁场方向不是竖直向下．故C错误；当电流I2的大小比电流I1的大时，则a点的磁感应强度可能等于0；当电流I2的大小比电流I1的小时，则c点的磁感应强度可能等于0，故D正确；故选D.
【点睛】
本题考查了安培定则及矢量的合成方法，注意判断通电导线周围的磁场方向用右手定则，而判断通电导线在磁场中的受力方向时用左手定则；特别应注意磁场的空间性，注意培养空间想象能力.
6．C
【解析】
【详解】
A.根据做直线运动的条件和受力情况如图所示:
可知，粒子做匀速直线运动，则粒子必定带负电，故A错误；
B.由a沿直线运动到b的过场中，电场力做正功，电势能减小，故B错误.
C.因重力做负功，重力势能增加，又动能不变，则机械能一定增加，故C正确.
D.洛伦兹力一直与速度方向相互垂直，故洛伦兹力不做功，故D错误.
7．B
【详解】
A、船静止时，根据可知接通电源瞬间通道内电阻，故选项A错误；
B、船静止时，根据欧姆定律接通电源瞬间通道内电流大小，故选项B正确；
C、船静止时，接通电源瞬间推进器对海水推力大小，故选项C错误；
D、船匀速前进时，则海水两侧的感应电动势，海水两侧的电压，故选项D错误．
8．A
【详解】
由安培定则可知，通电指导线P、Q在R处产生的磁场方向如图，则合磁场的方向水平向右，即沿x轴正方向，则R处的磁场方向沿x轴正方向；
由左手定则可知，通电直导线R所受安培力垂直于R指向y轴负方向。选项BCD错误，A正确。
故选A。
9．C
【解析】在赤道处地磁场的方向由南向北，带电粒子竖直向下运动，根据左手定则，洛伦兹力方向向西，则粒子向西偏转，故C正确，ABD错误。
点睛：根据地磁场的方向和负电荷的运动方向，运用左手定则判断出洛伦兹力的方向，从而确定粒子的偏转方向。
10．A
【详解】
带正电的电荷在向里的磁场中向上运动，根据左手定则可知，粒子的受到的洛伦兹力的方向向左，所以粒子的可能的运动的轨迹为a，故A正确，BCD错误。
故选A。
11．B
【详解】
根据题意，负电荷由静止开始从O运动到B，负电荷所受电场力方向从O到B，而场强方向与负电荷所受的电场力方向相反，则知场强方向由B指向A，由于电场线的分布情况未知，场强如何变化无法确定，电场力大小如何变化也无法确定，故B正确，ACD错误。
故选B。
12．C
【详解】
A．电场线是为了便于研究电场而假想出来的线，实际并不存在，电场线从正电荷或无限远出发，终止于无限远或负电荷，所以是不闭合的曲线，故A错误；
B．磁感线是为了便于研究磁场而假想出来的线，实际并不存在，磁感线是闭合的曲线，故B错误；
C．电场线分布越密的地方，电场强度越大，同一试探电荷所受的电场力越大，故C正确；
D．磁感线分布越密的地方，磁场强度越大，但试探电荷所受的磁场力大小不仅和磁场强度有关，还和试探电荷的速度大小方向有关，所以同一试探电荷所受的磁场力不一定越大，故D错误。
故选C。
13．C
【详解】
A．根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力竖直向上，A错误；
B．根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力竖直向下，B错误；
C．根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力垂直于纸面向外，C正确；
D．根据左手定则判断粒子所受洛伦兹力垂直于纸面向内，D错误。
故选C。
14．C
【详解】
有磁场时，恰好通过最高点，有：mg+qvB=m，无磁场时，恰好通过最高点，有：mg=m，由两式可知，v215．（1），；（2）
【详解】
（1）带电小球在区域作匀速直线运动，对其受力分析如图，可知
且
带电小球在区域做匀速圆周运动，其轨迹如图所示，轨迹半径为R
由几何关系可知
由洛伦兹力提供向心力
联立解得
，
（2）带电小球在区域受力分析如图，向上做类平抛运动，运动轨迹如图
在运动时间为t，则有
类平抛运动的加速度为a，根据牛顿第二定律
竖直方向偏转位移为h，则有
小球离开电场的竖起高度为y，则有
联立解得
则小球离开电场的位置坐标为
16．（1）， （2）
【详解】
（1）根据题意因为，所以小球刚开始做加速下落，小球下落过程中，竖直向下的重力，垂直斜面向上的洛伦兹力，和斜面给的摩擦力，刚开始小球的速度比较小，此时，即，小球做加速运动，随着速度的增大，F在增大，在减小，所以在减小，小球的合力即沿斜面方向的合力在增大，即小球的加速度在增大，当时小球在垂直斜面方向上的合力为零，即小球与斜面间的正压力为零，所以摩擦力为零，，之后，，此时小球仍在做加速运动，随着速度的增大，在增大，f在增大，所以在减小，即加速度在减小，所以当时加速度最大，因为此时，所以，，(2)当时，加速度为零，速度达到最大，最后小球做减速运动，所以有最大速度，故，
所以
思路分析：小球在向下滑落的过程中，受到的洛伦兹力是变力，导致小球与斜面间的正压力在变化，从而导致小球的合力在变化，可通过分析，，三个过程中小球的运动情况，找出加速度最大，速度最大的临界条件，从而解题
试题点评：本题考查了牛顿运动定律与电磁学相结合的题目，是一道小型综合题，关键是找出加速度最大，速度最大的临界条件，突破口是分析，，三个过程中小球的运动情况，
17．(1) ，；(2) ；(3)
【详解】
(1)依题意，A、C之间的碰撞为弹性碰撞，设碰后A的速度为v1，C的速度为v2，由动量守恒定律和能量守恒定律得
解得
(2)A碰后能冲上圆弧轨道的条件是，A恰好能运动到N点，由动能定理得
解得
不会与C发生第二次碰撞的条件是恰好回到M点，由动能定理得
解得
则μ的范围是
(3)当A所受到的电场力与重力的合力的作用线通过圆心O时速度最大，返回到该位置时洛伦兹力向外，对轨道的压力最大，设此时合力与竖直方向的夹角为α
解得
由动能定理和牛顿第二定理得
解得
由牛顿第三定律，最大压力为
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