第一章 磁场 专项测试（word版含答案）

第一章、磁场
一、选择题（共16题）
1．关于安培力与洛伦兹力的关系理解正确的一项是（　　）
A．安培力和洛伦兹力是完全独立的两种力，它们没有任何联系
B．安培力和洛伦兹力是完全相同的同种力，它们没有任何区别
C．安培力是磁场给电荷的作用力，洛伦兹力是磁场给电流的作用力，都是磁场作用的力
D．安培力是洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质
2．下图表示某带电粒子垂直进入匀强磁场时，其速度方向与所受洛伦兹力方向之间的关系，其中正确的是（　　）
A． B． C． D．
3．关于物理学家和他们的贡献，下列说法中正确的是（　　）
A．奥斯特发现了电流的磁效应，并发现了电磁感应现象
B．法拉第首先提出用电场线描绘抽象的电场
C．安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式
D．库仑提出了库仑定律，并用扭秤实验测出了元电荷e的数值
4．为了降低潜艇噪音，可用电磁推进器替代螺旋桨．如图为直线通道推进器示意图，推进器内部充满海水，前后表面导电，上下表面绝缘，规格为：a×b×c=0.5m×0.4m×0.3m．空间内存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B=10.0T，方向竖直向下．若在推进器前后方向通以电流I=1.0×103A，方向如图．则下列判断正确的是
A．推进器对潜艇提供向左的驱动力，大小为5.0×103N
B．推进器对潜艇规供向右的驱动为，大小为5.0×103N
C．推进器对潜艇提供向左的驱动力，大小为4.0×103N
D．推进器对潜艇提供向右的驱动力，大小为4.0×103N
5．如图所示为研究平行通电直导线之间相互作用的实验装置。接通电路后发现两根导线均发生形变，此时通过导线M和N的电流大小分别为I1和I2，已知I1>I2，方向均向上。若用F1和F2分别表示导线M与N受到的磁场力，则下列说法正确的是（　　）
A．两根导线相互排斥
B．为判断F1的方向，需要知道I1和I2的合磁场方向
C．两个力的大小关系为F1>F2
D．仅增大电流I2，F1、F2会同时增大相同倍数
6．在光滑绝缘水平面上，用绝缘细线拉着一带负电的小球，在水平面内绕竖直方向的轴做逆时针方向的匀速圆周运动，整个空间存在竖直向下的匀强磁场，俯视图如图所示．若小球运动到点时细线突然断开，则小球此后
A．仍做逆时针方向的匀速圆周运动，但半径减小
B．仍保持原来的速度大小，做匀速直线运动
C．做顺时针方向的曲线运动，但不是圆周运动
D．做顺时针方向的匀速圆周运动，半径可能不变
7．如图，半径为d的圆形区域内有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场垂直圆所在的平面。一带电量为q、质量为m的带电粒子从圆周上a点对准圆心O射入磁场，从b点折射出来，若α=60°，则带电粒子射入磁场的速度大小为（ ）
A． B．
C． D．
8．带电荷量为＋q的不同粒子在匀强磁场中运动，下列说法中正确的是（　）
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，则其所受洛伦兹力的大小、方向均不变
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．粒子在只受洛伦兹力作用下运动的动能、速度均不变
9．如图所示圆形区域内，有垂直于纸面方向的匀强磁场．一束质量和电荷量都相同的带电粒子，以不同的速率，沿着相同的方向，对准圆心O射入匀强磁场，又都从该磁场中射出．这些粒子在磁场中的运动时间有的较长，有的较短．若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则在磁场中运动的带电粒子(　　)
A．速率越大的运动时间越长 B．运动时间越长的周期越大
C．速率越小的速度方向偏转的角度越小 D．运动时间越长的半径越小
10．如图所示，平行边界MN、PQ之间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，两边界间距为d，边界MN上A点有一粒子源，可沿纸面内任意方向射出完全相同的质量为m，电量为q的带正电的粒子，粒子射出的速度大小均为，若不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则粒子能从PQ边界射出的区域长度与能从MN边界射出的区域长度之比为（ ）
A． B． C． D．
11．如图所示，把一个多匝正方形线框悬挂在弹簧秤下，线框底边处在磁场中，当开关闭合时，线框中的电流如图所示，则　　
A．开关闭合后，只有线框下边框受到安培力
B．开关闭合后，向右移动滑动变阻器，弹簧称读数变大
C．开关闭合后，增加线框的匝数，调节滑片保证线圈电流不变，则弹簧秤读数变大
D．调换电源正负极，开关闭合后，弹簧秤示数一定增加
12．关于回旋加速器的下列说法，其中正确的有
A．电场和磁场同时用来加速带电粒子
B．电场的方向必需是周期性变化的，且其周期是粒子运动周期的一半
C．在确定的交流电源下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的最大动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能与交流电源的电压大小有关，而与磁感应强度无关
13．如图所示，是一荧光屏，当带电粒子打到荧光屏上时，荧光屏能够发光。的上方有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。P为屏上的一小孔，与垂直。一群质量为m、带电量为的粒子（不计重力），以相同的速率v，从P处沿垂直于磁场方向射入磁场区域，且分布在与夹角为的范围内，不计粒子间的相互作用。则以下说法正确的是（　　）
A．荧光屏上将出现一条形亮线，其长度为
B．荧光屏上将出现一条形亮线，其长度为
C．在荧光屏上将出现一个条形亮线，其长度为
D．在荧光屏上将出现一个条形亮线，其长度为
14．如图所示，通电导体棒静止于水平导轨上，棒的质量为m，长为L，通过的电流大小为I且垂直纸面向里，匀强磁场的磁感强度B的方向与导轨平面成θ角，则导体棒受到的（ ）
A．安培力大小为BIL
B．安培力大小为BILsinθ
C．摩擦力大小为BILsinθ
D．支持力大小为mg﹣BILcosθ
15．如图所示是氢原子中电子绕核做圆周运动的示意图．电子绕核运动，可等效为环形电流，此环形电流的大小为I1．现在沿垂直于圆轨道平面的方向加一磁感应强度为B的外磁场，设电子的轨道半径不变，而它的速度大小发生变化，若用I2表示此时环形电流的大小，则当B的方向
A．垂直于纸面向里时，I2 > I1
B．垂直于纸面向外时，I2 < I1
C．垂直于纸面向里时，I2 < I1
D．垂直于纸面向外时，I2 > I1
16．如图所示，两个倾角分别为30°和60°的光滑绝缘斜面固定于水平地面上，并处于方向垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中，两个质量为m、带电荷量为＋q的小滑块甲和乙分别从两个斜面顶端由静止释放，运动一段时间后，两小滑块都将飞离斜面，在此过程中（　　）
A．甲滑块飞离斜面瞬间的速度比乙滑块飞离斜面瞬间的速度大
B．甲滑块在斜面上运动的时间比乙滑块在斜面上运动的时间短
C．两滑块在斜面上运动的位移大小相同
D．两滑块在斜面上运动的过程中，重力的平均功率相等
二、填空题
17．如图所示，两根靠得很近的平行长直导线①、②，分别通以向上的电流I1、I2，且I1>I2，导线①、②受到的安培力大小分别为F1和F2，则F1______F2（选填“>”、“<”或“=”）；导线①受到的安培力F1的方向为___________．
18．一电子以速度垂直进入匀强磁场，磁场方向如图所示，此时该电子所受洛伦兹力的方向__________（填“向上”或“向下”）。
19．质子和α粒子以相同的动能垂直磁场方向射入同一匀强磁场，它们运动轨迹半径之比Rp:Rα=_________,运动周期之比Tp:Tα=_________.
三、综合题
20．如图所示，直线MN的上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。现有一质量为m、带电荷量为＋q的粒子在纸面内以某一速度从A点射出，其方向与MN成30°角，一段时间后粒子再次通过A点。已知A点到MN的距离为d，带电粒子所受的重力不计。求：
(1)粒子的初速度大小v；
(2)粒子在磁场中运动的时间。
21．如图所示,在倾角为 370的光滑斜面上有一根长为0.4m.质量为6×10-2kg的通电直导线,电流 I=1A,方向垂直纸面向外,导线用平行于斜面的轻绳拴住不动,整个装置放在磁感应强度为B，方向竖直向上的磁场中,若斜面对导线的支持力为零 ，则B多大？（g=10m/s2）
22．某地区多发雾霾天气，PM2.5浓度过高，为防控粉尘污染，某同学设计了一种除尘方案，用于清除带电粉尘。模型简化如图所示，粉尘源从A点向水平虚线上方（竖直平面内）各个方向均匀喷出粉尘微粒，每颗粉尘微粒速度大小均为v＝10 m/s，质量为m＝5×10－10 kg，电荷量为q＝＋1×10－7 C，粉尘源正上方有一半径 R＝0.5 m的圆形边界匀强磁场，磁场的磁感应强度方向垂直纸面向外且大小为B＝0.1 T，磁场右侧紧靠平行金属极板MN、PQ，两板间电压恒为U0，两板相距d＝1m，板长l＝1m。不计粉尘重力及粉尘之间的相互作用，假设MP为磁场与电场的分界线。（已知 ，）求：
（1）微粒在磁场中的半径r并判断粒子出磁场的速度方向；
（2）若粉尘微粒100%被该装置吸收，平行金属极板MN、PQ间电压至少多少？
23．图中F表示通电直导线所受磁场力，请标出电流I的方向；
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
ABD．安培力是大量运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现，洛伦兹力是安培力的微观本质，二者是性质相同的力，本质上都是磁场对运动电荷的作用力。故AB错误，D正确；
C．安培力是磁场对对电流的作用力，洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，故C错误。
故选D。
2．C
【详解】
由左手定则可知
A．粒子受力应垂直直面向外，A错误；
B．粒子受力应竖直向下，B错误；
C．图中粒子受力方向正确，C正确；
D．粒子受力应竖直向下，D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，选项A错误；
B．法拉第首先提出用电场线描绘抽象的电场，选项B正确；
C．洛伦兹提出了磁场对运动电荷的作用力公式，选项C错误；
D．库仑提出了库仑定律，密立根用扭秤实验测出了元电荷e的数值，选项D错误。
故选B。
4．D
【详解】
磁场方向向下，电流方向向外，依据左手定则，则安培力方向向右，因此驱动力方向向右，根据安培力公式F=BIL=10×1.0×103×0.4N=4.0×103N，综上所述，故ABC错误，D正确；故选D．
5．D
【详解】
A．结合直流导线的磁场和左手定则可知，同向电流相互吸引，A错误；
B．判断F1的方向，只需要知道N的电流I2在M处的磁场方向即可，B错误；
CD．直流导线之间的安培为相互作用力，等大反向，则仅增大I2，根据
F=BIL
可知安培力均增大且增大相同倍数，选项C错误，D正确。
故选D。
6．D
【详解】
若小球带负电沿逆时针方向旋转，小球所受的洛伦兹力方向背离圆心，当洛伦兹力的大小大于小球原来所受合力大小时，绳子断后，小球做顺时针的匀速圆周运动，半径减小；当洛伦兹力的大小等于小球原来所受合力大小时，绳子断后，小球做顺时针的匀速圆周运动，半径不变；当洛伦兹力的大小小于小球原来所受合力大小时，绳子断后，小球做顺时针的匀速圆周运动，半径变大；故ABC错误，D正确．故选D．
7．B
【详解】
由几何关系可知，粒子运动的轨道半径为
由洛伦兹力提供向心力可知
可得
故选B。
8．B
【详解】
A．粒子速度大小相同，由
f=qvBsinθ
可知，如果速度v与磁场B的夹角不同，洛伦兹力大小不同，即使洛伦兹力大小相同，速度方向不同，洛伦兹力方向不同，洛伦兹力不同，故A错误；
B．如果把+q改为-q，且速度反向，大小不变，则洛伦兹力的大小、方向均不变，故B正确；
C．洛伦兹力方向一定与电荷运动方向垂直，磁场方向与电荷运动方向不一定垂直，故C错误；
D．洛伦兹力对粒子不做功，粒子在只受到洛伦兹力作用时运动的动能不变，速度大小不变，但速度方向发生变化，速度变化，故D错误。
故选B。
9．D
【详解】
粒子运动轨迹如图所示；
根据周期公式得：，由于带电粒子们的B、q、m均相同，所以T相同，根据t= T可知，在磁场中运动时间越长的带电粒子，圆心角越大，穿过磁场过程中速度方向变化的角度越大，偏转的角度越大，半径越小，由知速率一定越小，故D正确，ABC错误；故选D．
10．C
【详解】
粒子在磁场中运动的轨道半径为，则能达到PQ上的粒子长度为；能打到MN上的粒子的长度为，故粒子能从PQ边界射出的区域长度与能从MN边界射出的区域长度之比为,故选C.
11．C
【详解】
虽然只有线框底边处在磁铁的磁场中，但周围仍然有较弱的磁场存在，所以则在开关闭合后，不仅仅是只有线框下边框受到安培力，其余的边也受到安培力，只是很小．故A错误；由图，外侧的电流向上，则底边的电流方向向外，根据左手定则可知，开关闭合时后线框底边受到的安培力方向向下，向右移动滑动变阻器滑动触头，接入电路中的电阻增大，则电流减小，安培力减小，所以弹簧秤的示数减小，故B错误；开关闭合后，增加线框的匝数，调节滑片保证线圈电流不变，线框受到的安培力整体增大，所以弹簧秤读数变大，故C正确；调换电源正负极，开关闭合后，安培力向上，则弹簧秤示数一定减小，故D错误．故选C．
12．C
【详解】
试题分析：回旋加速器是利用电场进行加速，磁场进行偏转．故A错误．电场方向变化的周期与粒子在磁场中运动的周期相等．故B错误．根据，知最大速度，则最大动能，知同一粒子，回旋加速器的半径越大，获得最大动能越大．故C正确．最大动能，跟交流电源的电压无关，与磁感应强度有关．故D错误．故选C．
13．C
【详解】
正粒子运动轨迹如下图
可知，正粒子垂直边界射入，轨迹如上面左图，此时出射点最远，与边界交点与P间距为：2r；正粒子沿着右侧边界射入，轨迹如上面中图，此时出射点最近，与边界交点与P间距为：2rcosθ；正粒子沿着左侧边界射入，轨迹如上面右间图，此时出射点最近，与边界交点与P间距为2rcosθ，其长度为
ABD错误，C正确。
故选C。
14．AC
【详解】
以导体棒AC为研究对象，分析受力，如图．
其中，安培力大小FA=BIl，根据平衡条件得：
G+FAcosθ=N…①
f=FAsinθ…②
由①得
N=G+FAcosθ=mg+BIlcosθ
由②得
f=BIlsinθ
由牛顿第三定律得，导轨受到AC棒的压力和摩擦力各为
N=mg+BIlcosθ和f=Bilsinθ
所以选项AC正确，选项BD错误。
故选AC。
15．AB
【详解】
试题分析：电子顺时针转动，由库仑力提供向心力，当加一个垂直于纸面向里磁场时，电子所受的洛伦兹力指向圆心，此时洛伦兹力和库仑力共同提供向心力，由公式，电子的轨道半径不变，可知电子速度变大，电流的定义式为：,因为电子速度变大，周期将变小,可得 故A正确，C错误．当加一个垂直于纸面向外磁场时，电子所受的洛伦兹力背向圆心，此时洛伦兹力和库仑力共同提供向心力，由公式，可知电子速度变小，电流的定义式为：,因为电子速度变小，周期将变大,可得 , 故B正确，D错误． 所以选AB．
16．AD
【详解】
A．小滑块飞离斜面时，洛伦兹力与重力垂直斜面方向的分力平衡，由
可得
所以斜面倾角越小，飞离斜面瞬间的速度越大，即甲滑块飞离斜面瞬间的速度较大，故A正确；
B．滑块在斜面上运动的加速度恒定不变，由受力分析和牛顿第二定律可得加速度
所以甲滑块的加速度小于乙滑块的加速度，因为甲滑块的最大速度大于乙滑块的最大速度，由
甲滑块在斜面上运动的时间大于乙滑块在斜面上运动的时间，故B错误；
C．根据
甲滑块在斜面上的位移大于乙滑块在斜面上运动的位移，故C错误；
D．由平均功率的公式
因
sin 30°＝cos 60°
则重力的平均功率相等，故D正确；
故选AD。
17． = 向右
【详解】
通电导线在其周围产生磁场，通电导线在磁场中受到安培力作用，两导线所受安培力是作用力与反作用力，它们大小相等．由右手螺旋定则可知：由右手螺旋定则可知：在处产生的磁场垂直纸面向外，由左手定则可知，所所受安培力向右．
18．向下
【详解】
根据左手定则，四指的指向与正电荷的运动方向相同，与负电荷的运动方向相反，可判断粒子所受洛伦兹力的方向向下。
19． 1:1 1:2
【详解】
质子和α粒子以相同的动能垂直进入同一匀强磁场中，均做匀速圆周运动．洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：，动能：EK=mv2，则轨迹的半径为：，因质子的质量数是1，α粒子的质量数是4，所以：mα=4mP，质子带1个单位的正电荷，α粒子带两个单位的正电荷，则：，粒子在磁场中做圆周运动的周期：，；
20．(1) ；(2)
【详解】
(1)粒子运动轨迹所示，由图示的几何关系可知：
粒子在磁场中的轨道半径为r，则有
联立解得
(2) 由图可知，粒子在磁场中运动的圆心角为300°
21．2T
【详解】
由题意知，当斜面对导线支持力为零时导线受力如图所示
由图可知，水平方向上
竖直方向上
解得
根据安培力公式可得此时导线所处磁场的磁感应强度为
22．（1）0.5m，水平向右 （2）1V
【详解】
（1）粉尘微粒在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，设轨道半径为r，则有
得
假设粉尘微粒从B点打出，轨道圆的圆心为O′，由r＝R可知四边形AOBO′为菱形，所以
OA∥OB′
BO′一定是竖直的，速度方向与BO′垂直，因此速度方向水平向右；
（2）粉尘微粒进入电场做类平抛运动，
水平方向有
竖直方向有
；
把y≥d代入解得
23．
【详解】
电流所在位置磁场方向水平向左，由左手定则可知：电流的方向垂直于纸面向里，如图所示；
答案第1页，共2页