2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择性必修二 第一章 磁场 单元检测（B卷）

第一章 磁场 单元检测（B卷）_
一、单选题
1．一束带电粒子向M、N两金属极板运动。下列说法正确的是（　　）
A．正离子向M极偏转，负离子向N极偏转
B．正离子向N极偏转，负离子向M极偏转
C．正、负离子均向N极偏转
D．正、负离子均向M极偏转
2．如图所示为柔软绝缘线圈，通电后线圈向横杆中央集中，如图所示，则出现这一情况的原因是( )
A．安培力的作用 B．库仑力的作用
C．电磁感应作用 D．电场力的作用
3．如图所示，两根平行光滑金属导轨竖直放置，空间存在垂直于导轨平面的匀强磁场，导体棒与一根轻绳相连处于静止，导体棒跨在导轨上，已知的电阻大于的电阻，其余电阻不计，导体棒和的质量相等。当棒在竖直向上的恒定外力F作用下匀速向上滑动时，导体棒仍保持静止，轻绳上的拉力为T，整个过程两导体棒与竖直导轨接触良好且保持水平，则（　　）
A．棒两端电压和棒两端电压相比，
B．棒两端电压和棒两端电压相比，
C．轻绳拉力T不可能为零
D．轻绳拉力T大于外力F
4．关于洛伦兹力，以下说法中正确的是（　　）
A．电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用
B．运动电荷在磁场中一定受到洛伦兹力的作用
C．洛伦兹力的方向始终与电荷的运动方向垂直
D．让磁感线垂直穿入左手手心，四指对着电荷运动，则大拇指指向就是洛伦兹力方向
5．如图所示，半圆形金属环abc固定在绝缘的水平面上，通有逆时针方向的恒定电流，长直导线MN也固定在水平面上，与ac边平行，通有从M到N的恒定电流，则下列说法正确的是
A．长直导线受到的培力水平向右 B．金属环受到的安培力为零
C．金属环受到的安培力水平向右 D．ac边与长直导线相互排斥
6．目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如右图所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流．已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动．两电极M、N均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则磁感应强度的大小和电极M、N的正负为(　　)
A．，M正、N负 B． ，M正、N负
C．，M负、N正 D．，M负、N正
7．如图，有甲、乙、丙、丁四个离子，它们带同种电荷，电荷量大小关系未知，质量关系m甲＝m乙＜m丙＝m丁，以速度v甲＜v乙＝v丙＜v丁 进入速度选择器后有两种离子从速度选择器中射出，进入B2磁场。不计重力，由此可判定( )
A．射到A1的一定是乙离子 B．射到A2的一定是乙离子
C．射向P1的一定是丙离子 D．射向P2的一定是丁离子
8．如图所示，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点O和y轴上的点a如图所示，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点O和y轴上的点a（0，L）、一质量为m、电荷量为e的电子从a点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场，并从x轴上的b点射出磁场，此时速度方向与x轴正方向的夹角为60°。下列说法中正确的是（　　）
A．电子在磁场中运动的轨道半径为L
B．电子在磁场中运动的时间为
C．磁场区域的圆心坐标为（，）
D．电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为（0，－2L）
二、多选题
9．如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度B=2T。位于纸面内的细直导线，长L=1m，通有I=0.5A的恒定电流，当导线与B1成60°夹角时，发现其受到的安培力为零，则该区域同时存在的另一个匀强磁场的磁感应强度B2的大小可能为（　　）
A．3T B．2T C．T D．1T
10．为了测量某化工厂排放污水的情况，相关部门用绝缘材料制作了如图所示的流量计。该流量计长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于前、后面的方向上加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极。带负电的污水充满管口从左向右流经该流量计，污水流量（单位时间丙流出的污水体积）为Q时，电压表显示两个电极间的电压为U，下列说法中正确的是（　　）
A．M极的电势一定高于N极的电势
B．N极的电势一定高于M极的电势
C．电压表的示数U与污水流量Q成正比
D．仅改变流量计的横截面积，电压表的示数可能不变
11．下列说法正确的是( )
A．电场场度和电势都是反映电场自身性质的物理量，它们都是矢量
B．电动势是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领
C．基本的逻辑门电路分为“与”门、“或”门和“非”门等
D．磁场对电流和运动电荷的作用力方向都遵守左手定则
12．如图所示，在B=0.1T的匀强磁场（水平方向）中有一边长为L=8cm的正方形ABCD（竖直方向），内有一点P，它与AD和DC的距离均为1cm，在P点有一个发射正离子的装置，能够连续不断地向纸面内的各个方向发射出速率不同的正离子，离子的质量为1.0×10-14kg，电荷量为1.0×10-5C，离子的重力不计，不考虑离子之间的相互作用，则（ ）
A．速率为5×106m/s的离子在磁场中运动的轨迹半径是5cm
B．速率在5×106m/s到8×105m/s范围内的离子不可能射出正方形区域
C．速率为5×106m/s的离子在CB边上可以射出磁场的范围为距C点距离
D．离子从CB边上射出正方形区域的最小速度为
三、实验题
13．如图所示为电流天平，可以用来测量匀强磁场的磁感应强度，它的右臂挂着矩形线圈，匝数为n，线圈的水平边长为L，处于匀强磁场内，磁感应强度B的方向与线圈平面垂直，当线圈中通过电流I时，调节砝码使两臂达到平衡，然后使电流反向，大小不变，这时需要在左盘中增加质量为m的砝码，才能使两臂重新平衡，导出计算B的表达式B = ________；若n = 10，L = 10 cm， I = 0.10 A，m = 8.8 g，取g = 10m/s2，则B = ________.
14．霍尔效应是电磁基本现象之一。如图甲所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压。
（1）若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，电流与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与____（选填“M”或“N”）端通过导线相连。
（2）该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小测量误差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）。为使电流从Q端流入、P端流出，应将S1掷向____（选填“a”或“b”），S2掷向___（选填“c”或“d”）。
四、解答题
15．如图所示，矩形导线框ABCD用细线悬挂，水平边AB长L=0.3m，线框的下部分处在有界的匀强磁场中，磁感应强度B=2T，方向垂直线框平面向里．线框中通过的电流大小为I=5A，方向如图所示，此时细线对线框的拉力恰好为零．取重力加速度g=10m／s2．求：
（1）AB边所受安培力F的大小和方向；
（2）线框的质量m。
16．汤姆生用如所示的装置（阴极射线管）发现了电子。电子由阴极C射出，在间电场加速，上有一小孔，所以只有一细束的电子可以通过P与两平行板间的区域，电子通过这两极板区域后打到管的末端，使末端S处的荧光屏发光（荧光屏可以近似看成平面．）。水平放置的平行板相距为d，长度为L，它的右端与荧光屏的距离为D。当平行板间不加电场和磁场时，电子水平打到荧光屏的O点；当两平行板间电压为U时，在荧光屏上S点出现一亮点，测出；当偏转板中又加一磁感应强度为B垂直纸面向里的匀强磁场时，发现电子又打到荧光屏的O点。若不考虑电子的重力，求
（1）间的加速电压；
（2）电子的比荷。
17．如图所示，有一匀强磁场，磁感应强度B=2T，有一段长L=2m的导线垂直磁场方向放置，当导线中通以I=0.5A的水平向右的电流时，
（1）判断导线所受安培力的方向是垂直导线向上还是向下；
（2）求导线所受到的安培力F的大小。
18．如图所示，等腰直角三角形abc区域中有垂直纸面向里的匀强磁场，现有质量为m，电荷量为-q的带电粒子，以速度v0从a点沿ab方向射入磁场后恰能从c点射出。现将匀强磁场换成垂直ab边向上的匀强电场，其它条件不变，结果粒子仍能够从c点射出，粒子重力不计，ac边长度为L，求：
(1)磁感应强度B的大小
(2)电场强度E的大小
参考答案：
1．B
【详解】根据左手定则可以判断正离子受洛伦兹力向下，负离子受洛伦兹力向上，因此正离子向N极偏转，负离子向M极偏转，故ACD错误，B正确。
故选B。
2．A
【详解】由题意可知，当柔软绝缘线圈，通电后线圈向横杆中央集中，原因是线圈中的电流方向相同，而出现同向电流相吸，异向电流相斥的现象，是安培力的作用所导致，故A正确，BCD错误．
3．B
【详解】AB．根据题意可知cd棒切割磁感线，做为电源，棒两端电压和棒两端电压均为棒两端电压，所以
故B正确，A错误；
CD．把ab棒和cd棒看成一个整体，受重力、安培力、外力F和绳的拉力，分析可知两棒所受安培力大小相等、方向相反，根据平衡条件有
可得
因为不知质量与外力F的大小关系，所以无法确定T的大小，故CD错误。
故选B。
4．C
【详解】A．电荷在磁场中不一定受到洛伦兹力，若电荷静止，不受洛伦兹力，故A错误；
B．运动的电荷速度方向若与磁场方向平行，则不受洛伦兹力，故B错误；
CD．根据左手定则，四指方向应与正电荷运动方向相同，大拇指方向与洛伦兹力方向相同，所以洛伦兹力方向始终与电荷运动方向垂直，故C正确，D错误。
故选C。
5．C
【详解】BC．圆弧abc段的有效长度与ac段长度相同，但圆弧所在处的磁感应强度比ac段所在处的磁感应强度大，因此圆弧abc受到的安培力比ac段受到的安培力大，根据安培定则可知，长直导线中电流在线框处产生的磁场垂直纸面向里，根据左手定则可知，圆弧受到的安培力水平向右，ac段受到的安培力水平向左，合力水平向右，B项错误，C项正确；
A．根据牛顿第三定律可知，长直导线受到的安培力水平向左，A项错误；
D．ac边与长直导线同向电流相互吸引，D项错误。
故选C。
6．C
【分析】根据左手定则判断出电子的偏转方向，从而确定电势的高低．
抓住电子受到的洛伦兹力等于电场力，结合电流的微观表达式求出磁感应强度的大小．
【详解】根据左手定则知，电子向外侧偏转，则导体M极为负极，N极为正极．
自由电子做定向移动，视为匀速运动，速度设为v，则单位时间内前进的距离为v，对应体积为vab，此体积内含有的电子个数为：nvab，电量为：nevab
有,电子受电场力和洛伦兹力平衡，有 ,解得： ，故C正确，ABD错误；故选C．
【点评】解决本题的关键掌握左手定则判定洛伦兹力的方向，以及知道最终电子受电场力和洛伦兹力处于平衡．
7．D
【详解】CD．通过在磁场中偏转知，粒子带正电。在速度选择器中，有
解得
只有速度满足一定值的粒子才能通过速度选择器，所以只有乙、丙两粒子能通过速度选择器，甲的速度小于乙的速度，所以甲的电场力大于洛伦兹力，甲向P1板偏转。同理射到P2的是丁粒子，D正确，C错误；
AB．只有乙、丙两粒子能通过速度选择器进入磁场B2，根据
因电量的大小关系未知，则不能判断两离子的半径关系，AB错误。
故选D。
8．C
【详解】由题意画出粒子运动轨迹如下图所示
A．设电子的轨迹半径为R，由几何知识
解得
故A错误；
B．电子在磁场中运动时间
而
联立解得
故B错误；
C．设磁场区域的圆心坐标为，其中
所以磁场圆心坐标为，故C正确；
D．根据几何三角函数关系可得
所以电子的圆周运动的圆心坐标为，故D错误。
故选C。
9．ABC
【详解】通电导线所受磁场力为零，则电流方向与磁场方向平行，说明该区域同时存在的另一匀强磁场B2，并且B2与B1的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向。
由三角形定则可知，当B2与合磁场（通电导线）垂直时，磁场最小
B2最小=B1sin60°=2×T
则
B2≥B1sin60°=T
故ABC正确，D错误。
故选ABC。
【点评】磁感应强度是矢量，矢量的合成与分解满足平行四边形定则，同时要注意安培力与磁场方向是垂直的
10．ACD
【详解】AB．根据左手定则，知负离子所受的洛伦兹力方向向下，则向下偏转，N板带负电，M板带正电，则M板的电势比N板电势高，故A正确，B错误；
CD．最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有
解得
U=vBc
可知仅改变流量计的横截面积，若改变的b，电压表的示数不会变；流量为
Q=vbc
联立可得
所以污水流量越大，电压表的示数越大，故CD正确。
故选ACD。
11．BCD
【详解】A．电场场度和电势都是反映电场自身性质的物理量，电场强度是矢量，电势是标量，A错误；
B．电源的电动势是表示电源把其它形式的能转化为电能的本领大小的物理量，B正确；
C．基本的逻辑门电路分为“与”门、“或”门和“非”门等，C正确；
D．电荷的定向移动形成电流，故磁场对电流和运动电荷的作用力方向都遵守左手定则，D正确．
故选BCD。
12．ACD
【详解】A.离子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得，代入数据解得r1=0.05m=5cm，故A正确.
B.P点与AD和DC的距离均分1cm，轨迹半径的离子不可能射出正方形区域，由牛顿第二定律得，代入数据解得v=5×105m/s，速度v＜5×105m/s的离子不能射出磁场区域，故B错误.
C.速度大小为v1=5×106m/s的离子的轨迹半径r1=5cm.当离子运动轨迹与CD边相切于E点时，离子将从BC边F点出射，为最低出射点.由几何关系得r12=（r1-d）2+PH2，解得PH=3cm，由几何关系得，F与C点的距离为；当离子运动轨迹与BC边相切于G点时，离子将从BC边G点出射，为最高出射点.由几何关系得r12=（L-r1-d）2+x2，解得，则出射点G距C点的距离.综上，出射点距C点的距离x满足.故C正确.
D.离子运动轨迹与CD相切又与BC相切是所有射出BC的轨迹中半径最小的，由几何知识可知，该轨迹半径，根据，得，故D正确.
13． ； 0.44T
【详解】[1]根据平衡条件，有
得
[2]根据以上公式，代入数据，则有
综上所述本题答案是
14． M b c
【分析】根据题中“霍尔效应是电磁基本现象之一”可知，本题考查霍尔效应，根据霍尔元件的工作原理，运用左手定则等，进行分析推断。
【详解】（1）[1]通过矩形半导体薄片中的电流由P向Q，根据左手定则可知带正电粒子受到的洛伦兹力由N端指向M端，即带正电粒子向M端偏转，所以M端聚集正电荷，M端电势高于N端，故电压表的“+”接线柱应接M端
（2）[2][3]为使电流自Q端流入、P端流出，根据电路图可以判断应将S1掷向b，将S2掷向c。
15．（1），方和向竖直向上；（2）m=0.3kg
【详解】（1）根据安培力公式，可得AB边受到的拉力为
F=BIL=2×5×0.3=3N
由左手定则可知AB边受力方向向上；
（2）由题意可知，AB边受到的拉力等于安培力，则有
解得
16．（1）；（2）
【详解】（1）电子在间加速，根据动能定理
设经时间t电子飞出偏转电极，则
射出偏转电极的侧移量
电子飞出电场后做匀速直线运动到达荧光屏，水平方向
竖直方向
又
联立解得
（2）当偏转板中又加一磁感应强度为B垂直纸面向里的匀强磁场时，发现电子又打到荧光屏的O点，电子做匀速直线运动
联立解得
17．（1）向上；（2）F=2N
【详解】（1）由左手定则可知，导线所受安培力的方向是垂直导线向上；
（2）导线所受到的安培力F的大小
18．（1）；（2）
【详解】（1）粒子在磁场中做的是匀速圆周运动，轨迹如图所示
设，则轨道半径
根据左手定则，粒子带负电荷；根据牛顿第二定律，有
解得
（2）在电场中是类似斜抛运动，根据分运动公式，沿ab方向有
沿bc方向
解得