第一章 安培力与洛伦兹力 单元检测（Word版含答案）

人教2019物理 选修二 第一章《安培力与洛伦兹力》单元检测
一．选择题（共15小题）
1．关于安培力和洛伦兹力，下列说法不正确的是（　　）
A．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现
B．安培力和洛伦兹力的方向都一定与磁场方向垂直
C．安培力一定会做功，洛伦兹力一定不做功
D．安培力和洛伦兹力的方向都可以应用左手定则进行判断
2．一根长为0.2m、通有2A电流的通电导线放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中，则其受到的安培力的大小可能是（　　）
A．0.5N B．0.4N C．0.3N D．0.1N
3．如图所示，一带负电的滑块从粗糙斜面的顶端滑至底端时的速度为v，若加一个垂直纸面向外的匀强磁场，并保证滑块能滑至底端，则它滑至底端时（　　）
A．速率变大
B．速率变小
C．速率不变
D．洛伦兹力方向垂直斜面向上
4．如图所示一直螺线管中通有正弦式交流电，现有一电子（不计重力）沿中轴线以速度v射入螺线管中，则电子在螺线管中的运动情况为（　　）
A．加速直线运动 B．减速直线运动
C．匀速直线运动 D．匀速圆周运动
5．如图所示，两平行直导线1和2竖直放，通以方向相反大小相等的电流，a点在导线1的左侧，位于两导线所在的平面内。不考虑地磁场的作用，则下列说法正确的是（　　）
A．a点的磁感应强度可能为零
B．a点的磁场方向可能垂直于纸面向外
C．导线1受到的安培力方向向右
D．导线2受到的安培力方向向右
6．如图所示为研究磁场对电流作用的实验装置。一根质量为m的导体棒ab，用长为L的细导线悬挂在铁架台上，导体棒与电源、开关连接成闭合电路。开关闭合后再立刻断开，导体棒由静止向右摆出，摆到最大高度时，导线与竖直方向成θ角。则（　　）
A．导线中的电流方向由b指向a
B．仅互换磁极位置，同样实验操作，导体棒仍向右摆出
C．导体棒摆出时，电源为其提供的电能大于mgL（1﹣cosθ）
D．导体棒摆到最大高度时重力势能的增加量等于mgLcosθ
7．MN是匀强磁场中的一块薄金属板，一带电粒子（不计重力）在磁场中运动并穿过金属板后，速率将会减小，电荷量保持不变，若其运动轨迹如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．粒子带正电
B．粒子的运动方向是edcba
C．粒子的运动方向是abcde
D．粒子通过上半周所用时间比下半周所用时间短
8．如图所示，虚线MN将平面分成Ⅰ和Ⅱ两个区域，两个区域都存在与纸面垂直的匀强磁场．一带电粒子仅在磁场力作用下由Ⅰ区运动到Ⅱ区，弧线aPb为运动过程中的一段轨迹，其中弧aP与弧Pb的弧长之比为2：1，且两段圆弧对应圆心角相同，下列判断正确的是（　　）
A．Ⅰ、Ⅱ两个磁场的磁感应强度方向相反，大小之比为1：2
B．该粒子在Ⅰ、Ⅱ两个磁场中的磁场力大小之比为1：1
C．该粒子通过aP、Pb两段弧的时间之比为1：1
D．弧aP与弧Pb对应的圆的半径之比为3：1
9．如图所示为电磁轨道炮的工作原理图．质量为m的待发射弹体与轨道保持良好接触，并可在宽为d、长L的两平行水平轨道之间无摩擦滑动，电流I从一条轨道流入，通过弹体流回另一条轨道，用这种装置可以把弹体加速到vm．不计空气阻力，则轨道间匀强磁场的磁感应强度大小是（　　）
10．如图所示，一根足够长的光滑绝缘杆MN固定在竖直平面内，且与水平面的夹角为37°，空间中存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为1T，质量为0.1kg的带电小环沿杆下滑到图中的P处时，对杆有垂直杆向下的、大小为0.3N的压力。已知小环的带电荷量为0.1C，重力加速度大小g＝10m/s2，sin37°＝0.6，下列说法正确的是（　　）
A．小环带正电
B．小环下滑的加速度大小为5m/s2
C．小环滑到P处时的动能为1.25J
D．当小环再沿杆滑动2.25m后恰好与杆没有相互作用
11．如图，x轴正半轴与虚线所围区域内存在着磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向里。甲、乙两粒子分别从距x轴h与2h的高度以速率v0平行于x轴正向进入磁场，并都从P点离开磁场，OP＝h。则甲、乙两粒子比荷的比值为（不计重力，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）（　　）
A．32：41 B．56：41 C．64：41 D．41：28
12．如图所示，在直角坐标xOy平面内，有一半径为R的圆形匀强磁场区域（含边界），磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向里，边界与x轴、y轴分别相切于a、b两点，ac为直径，d点为圆弧bc的中点。一质量为m、电荷量为q的带电粒子从d点以某一初速度沿x轴正方向平行于x轴进入磁场区域，从a点离开磁场，不计粒子重力。则（　　）
A．该粒子带正电荷
B．到达a点时，粒子的速率为
C．粒子在碰场中运动的时间为
D．粒子离开磁场时速度方向与x轴负方向的夹角为22.5°
13．1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，回旋加速器是利用磁场和电场共同使带电粒子做回旋运动，在运动中经高频交变电场反复加速的装置，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒，D1，D2构成，其间留有空隙，忽略相对论，若粒子源射出α粒子，已知α粒子的质量为m，电荷量为q，D形盒的最大半径为R，下列说法正确的是（　　）
A．交变电场的周期等于粒子做圆周运动的周期的一半
B．粒子的轨道半径与它被电场加速的次数成正比
C．α粒子从D形盒射出时的动能Ek＝
D．α粒子被加速是从磁场中获得能量
14．如图所示，电源电动势E＝16V，内阻r＝1Ω，在磁感应强度B＝1.0T、方向竖直向下的匀强磁场中，质量m＝0.2kg的金属细杆MN置于倾角为θ＝37°的导轨上，导轨的宽度为L＝0.5m，杆与导轨间的动摩擦因数为μ＝0.5，滑轨与MN杆的电阻忽略不计，取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。要使MN杆在滑轨上恰好不上滑，滑动变阻器R的阻值为（　　）
A．1Ω B．3Ω C．5Ω D．7Ω
15．有一种假说认为，地磁场是由于某种原因地球表面带上的负电荷随地面自转而产生的。受此启发，某同学作了如下大胆的设想：某行星表面也带有负电荷，围绕位于焦点处的恒星在椭圆轨道上沿逆时针运动，P1、P2、P3、P4为椭圆轨道与坐标轴的交点，如图所示。从某时刻起在行星运动的空间里加上匀强磁场，就能使行星绕其恒星作圆周运动。忽略自转影响，下列说法中可能实现这一设想的是（　　）
A．当行星运动到P1点时，加一垂直纸面向外的匀强磁场
B．当行星运动到P2点时，加一垂直纸面向里的匀强磁场
C．当行星运动到P3点时，加一垂直纸面向外的匀强磁场
D．当行星运动到P4点时，加一垂直纸面向里的匀强磁场
二．多选题（共5小题）
（多选）16．下列图中，关于磁场的应用（不计带电微粒的重力），下列说法中正确的是（　　）
A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器示意图，要使粒子获得的最大动能增大，可增大D形盒的半径
B．图乙是磁流体发电机示意图，由此可判断A极板是发电机的正极，B极板是发电机的负极
C．图丙是速度选择器示意图，带电粒子从Q点沿虚线方向进入，能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是磁电式电流表内部结构示意图，当有电流流过时，线圈在磁极间产生的匀强磁场中偏转
（多选）17．如图所示，倾斜光滑导轨宽为L，与水平面成α角，处在方向垂直斜面向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，金属杆ab水平放在导轨上．当回路电流强度为I时，斜面的支持力为F，则下列说法正确的是（　　）
A．安培力方向垂直ab杆沿斜面向上
B．安培力方向垂直ab杆水平向右
C．FN＝mgcosα
D．
（多选）18．如图所示，虚线OM、ON的夹角为45°，且两虚线间存在垂直纸面向外的匀强磁场，一束质量为m、电荷量为﹣q的粒子垂直OM以不同的速率从M点垂直射入磁场。已知OM＝ON＝a，磁感应强度大小为B，忽略粒子的重力及相互间的作用力。则下列说法正确的是（　　）
A．粒子从ON间离开磁场的速度
B．粒子从ON间离开时，所需的最短时间为
C．能恰好回到OM边界的粒子离开磁场的射出点距离M点最远
D．从OM间离开的粒子，粒子的速度越大在磁场中的运动时间越短
（多选）19．如图所示，在圆形边界的磁场区域，氕核H和氘核H先后从P点沿圆形边界的直径入射，从射入磁场到射出磁场，氕核H和氘核H的速度方向分别偏转了60°和120°角，已知氕核H在磁场中运动的时间为t0，轨迹半径为R，则（　　）
A．氘核H在该磁场中运动的时间为2t0
B．氘核H在该磁场中运动的时间为4t0
C．氘核H在该磁场中运动的轨迹半径为R
D．氘核H在该磁场中运动的轨迹半径为R
（多选）20．半径为R的半圆形区域内有方向垂直于纸面向外的匀强磁场。不计重力的a、b两粒子从圆周上的P点沿着半径方向射入磁场，分别从A、B两点离开磁场，运动轨迹如图所示。已知a、b两粒子进入磁场时的速率之比为1：2，AOB为直径，∠AOP＝60°。下列说法正确的是（　　）
A．a粒子带正电，b粒子带负电
B．a、b两粒子的比荷之比为3：2
C．a、b两粒子在磁场中运动时间之比为2：1
D．a、b两粒子的轨迹半径之比为1：3
三．实验题（共2小题）
21．小贾同学在学习安培力后，设计了如图所示的装置来粗测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n的矩形线框，将线框的下短边完全置于U形磁铁的N、S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 　 　；
（2）在电路未接通时，记录线框静止时弹簧测力计的读数F0；
（3）闭合开关，调节滑动变阻器使电流表读数为I，记录线框静止时弹簧测力计的读数F（F＞F0），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L；
（5）利用上述数据可得待测磁场的磁感应强度B＝　 　。
22．某同学用图中所给器材进行与安培力有关的实验。水平面上固定有两根足够长的光滑平行金属导轨ab和a1b1，间距为d，两导轨间有竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B。一长为L、质量为m的金属棒垂直静置于导轨上。已知电源电动势为E，电源内阻不计，金属棒电阻为R。
（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，金属棒向右运动。
（2）关于金属棒在导轨上运动时的图像描述可能正确的是　 　。
（3）关于金属棒的运动，下列说法正确的是　 　。
A.适当减小两导轨间的距离，可使金属棒最终的速度减小
B.换一根更长的金属棒，可使金属棒最终的速度增大
C.适当减小两导轨间的距离，可使金属棒最终的速度增大
D.适当减小金属棒的长度，可使金属棒最终的速度减小
四．计算题（共4小题）
23．如图所示，平面直角坐标系的第Ⅰ、Ⅱ象限存在沿y轴负向的匀强电场，第Ⅲ、Ⅳ象限存在垂直纸面向外的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电拉子从坐标为（0，l）的M点平行x轴以初速度v0向右射出，带电粒子经过坐标为（l，0）的N点离开电场，在磁场中运动一段时向后又能回到M点，粒子重力忽略不计。
（1）求电场强度的大小E；
（2）求磁感应强度的大小B；
（3）若改变粒子从M点射出时的初速度大小v，使它最终能从第I象限击中坐标为（x0，0）的P点，求粒子初速度v所有可能的大小。（用x0、l、v0表示）
24．边长为L的等边三角形OAB区域内有垂直纸面向里的匀强磁场。在纸面内从O点向磁场区域AOB各个方向瞬时射入质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，所有粒子的速率均为v。如图所示，沿OB方向射入的粒子从AB边的中点C射出，不计粒子之间的相互作用和重力的影响，已知sin35°≈0.577。求：
（1）匀强磁场的磁感应强度的大小；
（2）带电粒子在磁场中运动的最长时间。
25．电磁轨道炮是一种理想的兵器，它的主要原理图如图，炮弹置于两固定的平行导轨之间，并与轨道壁密接。开始时炮弹在导轨的一端，通以电流后炮弹会被磁场力加速，最后从位于导轨另一端的出口高速射出．设两导轨之间的距离d＝0.10m，导轨长L＝5.0m，炮弹质量m＝10g。导轨上电流I的方向如图中箭头所示．可以认为，炮弹在轨道内运动时，它所在处磁场的磁感应强度始终为B＝50.0T，若炮弹出口速度为v＝1.0×103m/s，忽略摩擦力与重力的影响。求：
（1）炮弹的加速度大小；
（2）炮弹受到的安培力大小；
（3）通过导轨的电流I。
26．科学研究的过程中常利用电磁场来控制带电粒子的轨迹。如图所示，在xOy平面第Ⅲ象限存在沿x轴正方向的匀强电场E1，电场强度大小E1＝E，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场E2，电场强度大小，第Ⅳ象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，在x轴上N点处有一垂直x轴的足够长的挡板。质量为m、带电荷量为+q的粒子从点P（﹣2l，﹣l）由静止释放，经点Q（0，﹣l）进入第Ⅳ象限，此后经点进入第Ⅰ象限。不计粒子的重力，忽略粒子间相互作用，粒子打在挡板上立即被吸收。
（1）求第Ⅳ象限内匀强磁场磁感应强度B的大小；
（2）若带电粒子经过电场E2偏转后直接垂直打在挡板上，求带电粒子从P点释放到垂直打在挡板上经历的时间t；
（3）若沿x轴正方向向右移动挡板，使带电粒子仍能垂直打在挡板上，求挡板可能位置的横坐标xN。
人教2019物理 选修二 第一章《安培力与洛伦兹力》单元检测
参考答案与试题解析
一．选择题（共15小题）
1．C。
2．D。
3．B。
4．C。
5．D。
6．C。
7．B。
8．A。
9．D。
10．C。
11．C。
12．C。
13．C。
14．A。
15．C。
二．多选题（共5小题）
16．AC。
17．AC。
18．AC。
19．BD。
20．BD。
三．实验题（共2小题）
21．（1）垂直；（3）F﹣F0；竖直向下；（5）
22．（1）如图；（2）BC；（3）C
四．计算题（共4小题）
23．答：（1）电场强度的大小为；
（2）磁感应强度的大小为；
（3）若改变粒子从M点射出时的初速度大小v，使它最终能从第I象限击中坐标为（x0，0）的P点，粒子初速度v可能的大小为
24．答：（1）匀强磁场的磁感应强度的大小为；
（2）带电粒子在磁场中运动的最长时间为。
25．答：（1）炮弹的加速度大小为1.0×105m/s2；
（2）炮弹受到的安培力大小为1.0×103N；
（3）通过导轨的电流为200A。
26．答：（1）第Ⅳ象限内匀强磁场磁感应强度B的大小为；
（2）带电粒子从P点释放到垂直打在挡板上经历的时间t为；
（3）挡板可能位置的横坐标。第14页（共14页）