第1章 安培力与洛伦兹力 单元综合测试
一、单选题
1.(2022·宁夏·银川一中高二期末)如图所示,平行金属板间存在匀强电场和匀强磁场。一带电量为+q,质量为m的粒子(不计重力)以速度v水平向右射入,粒子恰沿直线穿过。若带电粒子( )
A.带电量为+2q时,粒子将向下偏转
B.带电量为 2q时,粒子不能沿直线穿过
C.速度为2v时,粒子从右侧射出时电势能一定增大
D.从右侧向左侧水平射入时,粒子仍能沿直线穿过
2.(2022·宁夏·银川一中高二期末)带电荷量为+q的粒子在匀强磁场中运动,下面说法中正确的是( )
A.只要速度大小相同,所受洛伦兹力就相同
B.如果把+q改为-q,且速度反向、大小不变,则洛伦兹力的方向一定改变
C.洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直,磁场方向一定与电荷运动方向垂直
D.粒子只受到洛伦兹力的作用,不可能做匀速直线运动
3.(2022·浙江舟山·高二期末)磁流体发电机,又叫等离子体发电机,图中的燃烧室在3000K的高温下将气体全部电离为电子和正离子,即高温等离子体。高温等离子体经喷管加速后以1000m/s的速度进入矩形发电通道。发电通道有垂直于纸面向内的匀强磁场,磁感应强度B=6T等离子体发生偏转,在两极间形成电势差。已知发电通道长a=50cm,宽b=20cm,高d=20cm,等高速等高子体离子体的电阻率ρ=2Ω·m。则以下判断中正确的是( )
A.因正离子带电量未知,故发电机的电动势不能确定
B.图中外接电阻R两端的电压为1200V
C.当外接电阻R=8Ω时,发电机的效率最高
D.当外接电阻R=4Ω时,发电机输出功率最大
4.(2022·北京海淀·高三期末)如图所示,在倾角为30°的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L,质量为m的直导体棒。当导体棒中的电流恒为I,方向垂直纸面向里。将导体棒置于匀强磁场中,当外加匀强磁场的方向在纸面内由竖直向上沿逆时针转至水平向左的过程中,欲使导体棒始终静止在斜面上,下列说法正确的是( )
A.导体棒所受安培力大小不变,方向改变
B.导体棒所受安培力大小改变,方向不变
C.当匀强磁场方向竖直向上时,导体棒所受安培力最小
D.当匀强磁场方向垂直斜面向上时,导体棒所受安培力最小
5.(2022·四川泸州·高二期末)如图所示,平行金属极板M、N间的距离为d,两板间存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。大量带正、负电荷的等离子体以速度v沿图示方向射入两板之间。已知电容器的电容为C,两定值电阻阻值相等,电路中其余部分电阻忽略不计。闭合开关S待电路稳定后( )
A.M板的电势比N板的电势低
B.若只增加等离子体中带电粒子的个数,稳定后电容器C的带电量增加
C.若只增大MN之间的间距,稳定后电容器C的带电量增加
D.将开关S断开,稳定后电容器C所带电荷量
6.(2022·四川内江·高二期末)甲图是示波器的结构示意图,乙图是电视机显像管的结构示意图。二者相同的部分是电子枪(给电子加速形成电子束)和荧光屏(电子打在上面形成亮斑);不同的是使电子束发生偏转的部分;示波器是利用电场使电子偏转(偏转电极),显像管是利用磁场使电子偏转(偏转线圈)。关于电子束从电子枪射出后到打在荧光屏上点的过程中,下列说法正确的是( )
A.甲图中电子通过偏转电极速度发生了变化,乙图中电子通过偏转线圈速度没有变化
B.电子在通过两种装置的过程中运动轨迹是完全相同的
C.打在荧光屏上的电子,甲图中电子动能发生了变化,乙图中电子的动能没有变化
D.甲图中电子在偏转电极间做匀速圆周运动,乙图中电子通过偏转线圈做类平抛运动
7.(2021·四川·邻水实验学校高二阶段练习)在正方形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,比荷相同的两个粒子a、b从一边长中点垂直边界方向进入磁场,则( )
A.a带负电,b带正电
B.a、b进入磁场时的速率之比为1:2
C.a、b在磁场中运动的周期之比为2:1
D.a、b在磁场中运动的时间之比为1:1
8.(2022·四川内江·高二期末)如图所示,为回旋加速器的原理图.其中和是两个中空的半径为的半圆形金属盒,接在电压为的加速电源上,位于圆心处的粒子源能不断释放出一种带电粒子(初速度可以忽略,重力不计),粒子在两盒之间被电场加速,、置于与盒面垂直的磁感应强度为的匀强磁场中。已知粒子电荷量为、质量为,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,下列说法正确的是( )
A.加速电源可以用直流电源,也可以用任意频率的交流电源
B.加速电源只能用周期为的交流电源
C.粒子第一次进入盒与第一次进入盒的半径之比为
D.粒子在电场中加速的次数为
9.(2022·北京·高二期末)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块长为a,宽为b,厚度为d的矩形霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,元件中通有大小为I、方向向右的电流,电子定向移动速度大小为v,单位体积内的自由电子数为n。当显示屏闭合时元件处于垂直于上下表面向上、大小为B的匀强磁场中,则前后表面间会产生霍尔电压U,以此控制屏幕的熄灭。则( )
A.前表面的电势比后表面的高 B.霍尔电压U与v无关
C.霍尔电压 D.电子所受洛伦兹力的大小为
10.(2022·北京·高二期末)如图所示,宽为L的光滑导轨与水平面成角,质量为m、长为L的金属杆水平放置在导轨上。空间存在竖直向上的匀强磁场,当回路电流为I时,金属杆恰好能静止。重力加速度为g。下列推断正确的是( )
A.所受安培力大小 B.所受安培力大小
C.磁感应强度大小 D.磁感应强度大小
11.(2022·北京·高二期末)如图所示,某带电粒子(重力不计)由M点以垂直于磁场以及磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中,穿出磁场时速度方向与原来射入方向的夹角为。磁场的磁感应强度大小为B。由此推断该带电粒子( )
A.带正电 B.在磁场中的运动轨迹为抛物线
C.电荷量与质量的比值为 D.穿越磁场的时间为
12.(2022·四川南充·高二期末)如图,两根水平放置的导仇(电阻不计)左端连电源,其电动势E=3V、内阻r=1Ω。导轨AB与CD相距为,导轨上固定的金属棒MN与导轨夹角为θ=60°,其接入电路的电阻R=2Ω,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小B=0.2T,则棒MN所受安培力的大小和方向分别是( )
A.大小为0.4N,方向水平向右
B.大小为N,方向水平向右
C.大小为0.4N,方向垂直于MN斜向右
D.大小为N,方向垂直于MN斜向右
二、填空题
13.(2017·海南·高考模拟)如图所示,在光滑斜面上的一段通电导线处于静止状态,匀强磁场垂直 斜面向上,通电导线除了受重力、支持力外还受到磁场对通电导线的__________力(选填“安培”或“洛伦兹”).当导线中电流增大时,通电导线将沿斜面 向___________运动(选填“上”或“下”);当磁场的磁感应强度减小时,通电导 线受到的磁场力将_________(选填“变小”或“变大”).
14.(2017·河北·邢台一中高二阶段练习)如图所示宽度为d、厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当有电流I通过金属板时,在金属板上侧面A和下侧面A′间产生电势差.
(1)金属板上侧面A电势____________下侧面电势(填高于或低于);
(2)若金属板内单位体积内自由电子数为n,则产生的电势差U=___________________.
15.(2017·天津和平·高三期末)如图所示,长为d、质量为m的金属棒MN、两端由长度均为L的等长轻质细绳水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,磁感应强度大小为B;棒中通以某由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ,则金属棒中的电流大小I=______;如果将悬线长度L增大,其余不变,则金属棒平衡时,θ角的相应变化情况是______(填“增大” “减小”或“不变”)
16.(2020·江苏·启东中学高二阶段练习)一种半导体材料称为“霍尔材料”,用它制成的元件称为“霍尔元件”。这种材料有可定向移动的电荷,称为“载流子”,每个载流子的电荷量大小为1元电荷,即q=1.6×10-19 C。霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用,如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽ab=1.0×10-2 m、长bc=L=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3m,水平放置在竖直向上的磁感应强度B=1.5T的匀强磁场中,bc方向通有=3.0A的电流,如图所示,沿宽度产生1.0×10-5 V的横电压。
(1)假定载流子是电子,a、b两端中电势较高的哪端是______;
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率是______。
三、解答题
17.(2021·重庆市江津中学校高二阶段练习)如图所示,在平面直角坐标系xOy内,第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场,第Ⅳ象限以ON为直径的半圆形区域内,存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子,从y轴正半轴上处的M点,以速度v0垂直于y轴射入电场,经x轴上x=2h处的P点进入磁场,最后以垂直于y轴的方向从磁场边界的Q点(图中未画出)射出磁场。不计粒子重力。求
(1)电场强度大小E;
(2)Q点的位置坐标;
(3)粒子从进入电场到离开磁场经历的总时间t。
18.(2021·重庆市江津中学校高二阶段练习)如图所示,导体杆ab的质量为m,电阻为R,放置在与水平面夹角为θ的倾斜光滑平行金属导轨上(导体杆与导轨垂直且接触良好),导轨间距为d,电阻不计,系统处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,电池内阻为0.5R。(已知重力加速度为g)
(1)电源电动势E多大时能使导体杆静止在导轨上?
(2)若磁感强度大小仍为B,方向可调,要使导体棒仍能保持静止,求电源电动势E的最小值,以及此时磁感强度的方向。
19.(2022·江苏省天一中学高二期末)如图所示,在轴和轴上方存在垂直平面向外的匀强磁场,坐标原点处有一粒子源,可向轴和轴上方的各个方向不断地发射速度大小均为、质量为、带电荷量为的同种带电粒子。在轴上距离原点处垂直于轴放置一个长度为、厚度不计、能接收带电粒子的薄金属板(粒子一旦打在金属板上,其速度立即变为0)。现观察到沿轴负方向射出的粒子恰好打在薄金属板的上端,且速度方向与轴平行。不计带电粒子的重力和粒子间相互作用力。
(1)求磁感应强度的大小;
(2)求被薄金属板接收的粒子中运动的最长与最短时间的差值;
(3)若在轴上放置一挡板,使薄金属板P右侧不能接收到带电粒子,试确定挡板的最小长度和放置的位置坐标。
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.C
2.D
3.D
4.D
5.C
6.C
7.B
8.D
9.C
10.B
11.C
12.C
13. 安培 上 变小
14. 低于
15. 不变
16. a
17.(1);(2)(,);(3)
18.(1);(2),垂直于轨道平面向下
19.(1);(2);(3),放置的位置坐标为(0,)到(0,)之间
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