第一章 安培力与洛伦兹力 章节小测2023~2024学年高中物理人教版（2019）选择性必修第2册（含答案）
文档属性
| 名称 | 第一章 安培力与洛伦兹力 章节小测2023~2024学年高中物理人教版（2019）选择性必修第2册（含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 534.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-12-18 10:51:35 | ||
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文档简介
第一章《安培力与洛伦兹力》章节小测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.在磁场中放置一根直导线,导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流,导线所受的安培力也不一样。下列图像表示的是导线受安培力的大小F与通过导线的电流I的关系,a、b各代表一组F、I的数据。在以下四幅图中,正确的是( )
2.一通电导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上,静止在水平位置(如正面图)。现在通电导体棒处加上匀强磁场,使导体棒能够静止在偏离竖直方向θ角(如侧面图)的位置。如果所加磁场的强弱不同,则磁场方向的范围是(选项中各图均是在侧面图的平面内画出的,磁感应强度的大小未按比例画)( )
3.如图所示,厚度均匀的木板放在水平地面上,木板上放置两个相同的条形磁铁,两磁铁的N极正对。在两磁铁竖直对称轴上的C点固定一垂直于纸面的长直导线,并通以垂直纸面向里的恒定电流,木板和磁铁始终处于静止状态,则( )
A.导线受到的安培力竖直向上,木板受到地面的摩擦力水平向右
B.导线受到的安培力竖直向下,木板受到地面的摩擦力水平向左
C.导线受到的安培力水平向右,木板受到地面的摩擦力水平向右
D.导线受到的安培力水平向右,木板受到地面的摩擦力为零
4.一通电直导线与x轴平行放置,匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行,导线受到的安培力为F。若将该导线做成圆环,放置在xOy坐标平面内,如图所示,并保持通过的电流不变,两端点a、b连线也与x轴平行,则圆环受到的安培力大小为 ( )
A.F B.F
C.F D.F
5.科研人员常用磁场来约束运动的带电粒子。如图所示,粒子源位于纸面内一边长为a的正方形中心O处,可以沿纸面向各个方向发射速率不同的同种粒子,粒子质量为m、电荷量为q、最大速率为vm,忽略粒子重力及粒子间相互作用。要使粒子均不能射出正方形区域,可在此区域加一垂直纸面的匀强磁场,则磁感应强度的最小值为( )
A. B.
C. D.
6.如图所示为磁流体发电机的示意图,一束等离子体(含正、负离子)沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中,A、B是一对平行于磁场放置的金属板,板间连入电阻R,则电路稳定后( )
A.R中有向下的电流
B.离子在磁场中不发生偏转
C.A、B板聚集的电荷量基本不变
D.离子在磁场中偏转时洛伦兹力可能做功
7.如图所示,某种物质发射的一束竖直向上的粒子流在匀强磁场中分成三束,分别沿三条路径运动,则下列说法正确的是( )
A.沿路径1运动的粒子带负电
B.沿路径3运动的粒子带正电
C.沿路径2运动的粒子不带电
D.沿路径2运动的粒子带电荷量最大
8.如图所示,一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入正方形区域的匀强磁场,下列判断正确的是( )
A.电子在磁场中运动时间越长,其轨迹越长
B.电子在磁场中运动时间越长,其轨迹所对应的圆心角越大
C.在磁场中运动时间相同的电子,其轨迹一定重合
D.电子的速率不同,它们在磁场中运动的时间一定不相同
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,相距为d的两平行板间同时存在匀强电场和匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。一质量为m、带电荷量为q的小球由下板边缘沿水平方向射入该区域,带电小球恰能在两板间做匀速圆周运动,重力加速度为g,则( )
A.小球一定带负电
B.小球一定带正电
C.两板间电压为
D.小球在两板间的运动时间为
10.在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力),电子可能沿水平方向向右做直线运动的是( )
11.如图所示,空间中有垂直纸面向里的匀强磁场,垂直磁场方向的平面内有一长方形区域abcd,其bc边长为L,ab边长为L。两同种带电粒子(重力不计)以相同的速度v0分别从a点和ab边上的P点垂直射入磁场,速度方向垂直于ab边,两粒子都恰好经过c点,则下列说法中正确的是( )
A.粒子在磁场中运动的轨迹半径为L
B.粒子从a点到c点的运动时间为
C.粒子的比荷为
D.P点与a点的距离为L
12.如图所示,在直角三角形ABC区域内,存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,AC边长为3l,∠C=90°,∠A=53°。一质量为m、电荷量为+q的粒子从AB边上距A点为l的D点垂直AB射入匀强磁场,要使粒子从BC边射出磁场区域(sin 53°=0.8,cos 53°=0.6),则( )
A.粒子速率应大于
B.粒子速率应小于
C.粒子速率应小于
D.粒子在磁场中的最短运动时间为
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)某型号的回旋加速器的工作原理图如图甲所示,图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒(D1、D2),D形盒置于真空容器中,整个装置放在电磁铁两极间的磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒盒面垂直。两盒间狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。带电粒子从粒子源A处进入加速电场(初速度不计),从静止开始加速到出口处所需的时间为t(带电粒子达到最大速度,在磁场中完成半个圆周运动后被导引出来)。已知磁场的磁感应强度大小为B,加速器接一高频交流电源,其电压为U,可以使带电粒子每次经过狭缝都能被加速,不计重力。D形盒半径R= ,D1内部带电粒子前三次匀速圆周运动的轨道半径之比(由内到外)为 。
14.(4分)图中虚线框内存在一沿水平方向、与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小,并判定其方向。所用部分器材如图所示,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱;A为电流表;S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。
实验步骤如下:
a.按图接线。
b.保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙质量m1。
c.闭合开关S,调节电阻箱的阻值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D重新处于平衡状态,然后读出电流表的示数I,并用天平称出此时细沙的质量m2。
d.用米尺测量D的底边长度L。
(1)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B= 。
(2)判定磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里。
15.(7分)电磁轨道炮的加速原理如图所示。金属炮弹静置于两固定的平行导轨之间,并与导轨良好接触。开始时炮弹在导轨的一端,通过电流后炮弹会在安培力作用下加速,最后从导轨另一端的出口高速射出。已知两导轨之间的距离L=0.10 m,导轨长s=5.0 m,炮弹质量m=0.030 kg,导轨中电流I的方向如图中箭头所示。可以认为炮弹在导轨内匀加速运动,它所在处磁场的磁感应强度大小始终为B=2.0 T,方向垂直于纸面向里。若炮弹射出时的速度为v=2.0×103 m/s,忽略摩擦力与重力的影响。求:
(1)炮弹在两导轨间的加速度大小a;
(2)炮弹作为导体受到的安培力大小F;
(3)通过导轨的电流I。
16.(12分)如图所示,在x轴上方的整个区域存在非匀强电场,P、O之间的电压为U,在x轴下方半径为a的圆形区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,其他区域无电磁场。现有一带电粒子从P点由静止释放,沿y轴运动并从O点进入磁场,经过一段时间后从N点离开磁场。已知∠OO1N=120°,不计带电粒子的重力与空气阻力。
(1)判断粒子的带电性质,并比较P、O的电势高低;
(2)求带电粒子的比荷(电荷量与质量之比);
(3)若在粒子从O点运动到N点的过程中,某时刻磁感应强度大小突然变为B',粒子不再离开磁场,求B'的最小值。
17.(10分)如图所示,在xOy平面坐标系的第三、四象限内有沿y轴正方向的匀强电场E,第一象限中的等腰直角三角形MNP区域内存在垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个带正电的粒子以速度v0=2×107 m/s从Q点沿x轴正方向发射,并从O点射出,进入磁场后以垂直于PM的方向从PM边射出磁场。已知Q点的横坐标为-0.4 m,该粒子的比荷=2.5×109 C/kg,MN平行于x轴,N点的坐标为(0.4 m,0.4 m),不计粒子重力,求:
(1)Q点的纵坐标;
(2)磁场区域的磁感应强度大小B的取值范围。
18.(15分)质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。如图所示,平行板电容器两极板相距为d,两板间电压为U,极板间匀强磁场的磁感应强度为B1,方向垂直纸面向外。一束电荷量相同、质量不同的带正电的粒子,沿电容器的中线射入电容器,沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外。结果分别打在感光片上的a、b两点,设a、b两点之间的距离为Δx,粒子所带电荷量为q,且不计重力。
(1)求粒子在上面的磁场中沿直线运动时速度v的大小;
(2)求打在a、b两点的粒子的质量之差Δm;
(3)试比较这两种带电粒子在下面的磁场中运动时间的大小关系,并说明理由。
参考答案：
1-5ACCCC
6-8CCB
9.BC
10.BC
11.ACD
12.AC
13.
(4分) 1∶∶(4分)
14.
(1)(2分) (2)m2>m1(2分)
15.
(1)4.0×105 m/s2 (2)1.2×104 N (3)6.0×104 A
16.
(1)粒子带正电 P点电势比O点电势高
(2)
(3)(3+)B
17.
(1)-0.2 m (2)见解析
18.
(1)两极板间的电场强度E=(1分)
粒子在电容器中沿直线运动,故qE=qvB1(1分)
解得v=(1分)
(2)带电粒子在下面的磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,有
B2qv=m(2分)
打在a处的粒子的质量m1=(1分)
打在b处的粒子的质量m2=(1分)
又Δx=2R1-2R2(2分)
联立得Δm=m1-m2==(2分)
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T=,运动时间t=(2分)
由于m1>m2,故t1>t2(2分)
(满分:100分;时间:90分钟)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.在磁场中放置一根直导线,导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流,导线所受的安培力也不一样。下列图像表示的是导线受安培力的大小F与通过导线的电流I的关系,a、b各代表一组F、I的数据。在以下四幅图中,正确的是( )
2.一通电导体棒用两根绝缘轻质细线悬挂在天花板上,静止在水平位置(如正面图)。现在通电导体棒处加上匀强磁场,使导体棒能够静止在偏离竖直方向θ角(如侧面图)的位置。如果所加磁场的强弱不同,则磁场方向的范围是(选项中各图均是在侧面图的平面内画出的,磁感应强度的大小未按比例画)( )
3.如图所示,厚度均匀的木板放在水平地面上,木板上放置两个相同的条形磁铁,两磁铁的N极正对。在两磁铁竖直对称轴上的C点固定一垂直于纸面的长直导线,并通以垂直纸面向里的恒定电流,木板和磁铁始终处于静止状态,则( )
A.导线受到的安培力竖直向上,木板受到地面的摩擦力水平向右
B.导线受到的安培力竖直向下,木板受到地面的摩擦力水平向左
C.导线受到的安培力水平向右,木板受到地面的摩擦力水平向右
D.导线受到的安培力水平向右,木板受到地面的摩擦力为零
4.一通电直导线与x轴平行放置,匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行,导线受到的安培力为F。若将该导线做成圆环,放置在xOy坐标平面内,如图所示,并保持通过的电流不变,两端点a、b连线也与x轴平行,则圆环受到的安培力大小为 ( )
A.F B.F
C.F D.F
5.科研人员常用磁场来约束运动的带电粒子。如图所示,粒子源位于纸面内一边长为a的正方形中心O处,可以沿纸面向各个方向发射速率不同的同种粒子,粒子质量为m、电荷量为q、最大速率为vm,忽略粒子重力及粒子间相互作用。要使粒子均不能射出正方形区域,可在此区域加一垂直纸面的匀强磁场,则磁感应强度的最小值为( )
A. B.
C. D.
6.如图所示为磁流体发电机的示意图,一束等离子体(含正、负离子)沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中,A、B是一对平行于磁场放置的金属板,板间连入电阻R,则电路稳定后( )
A.R中有向下的电流
B.离子在磁场中不发生偏转
C.A、B板聚集的电荷量基本不变
D.离子在磁场中偏转时洛伦兹力可能做功
7.如图所示,某种物质发射的一束竖直向上的粒子流在匀强磁场中分成三束,分别沿三条路径运动,则下列说法正确的是( )
A.沿路径1运动的粒子带负电
B.沿路径3运动的粒子带正电
C.沿路径2运动的粒子不带电
D.沿路径2运动的粒子带电荷量最大
8.如图所示,一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入正方形区域的匀强磁场,下列判断正确的是( )
A.电子在磁场中运动时间越长,其轨迹越长
B.电子在磁场中运动时间越长,其轨迹所对应的圆心角越大
C.在磁场中运动时间相同的电子,其轨迹一定重合
D.电子的速率不同,它们在磁场中运动的时间一定不相同
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,相距为d的两平行板间同时存在匀强电场和匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。一质量为m、带电荷量为q的小球由下板边缘沿水平方向射入该区域,带电小球恰能在两板间做匀速圆周运动,重力加速度为g,则( )
A.小球一定带负电
B.小球一定带正电
C.两板间电压为
D.小球在两板间的运动时间为
10.在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内(不计重力),电子可能沿水平方向向右做直线运动的是( )
11.如图所示,空间中有垂直纸面向里的匀强磁场,垂直磁场方向的平面内有一长方形区域abcd,其bc边长为L,ab边长为L。两同种带电粒子(重力不计)以相同的速度v0分别从a点和ab边上的P点垂直射入磁场,速度方向垂直于ab边,两粒子都恰好经过c点,则下列说法中正确的是( )
A.粒子在磁场中运动的轨迹半径为L
B.粒子从a点到c点的运动时间为
C.粒子的比荷为
D.P点与a点的距离为L
12.如图所示,在直角三角形ABC区域内,存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,AC边长为3l,∠C=90°,∠A=53°。一质量为m、电荷量为+q的粒子从AB边上距A点为l的D点垂直AB射入匀强磁场,要使粒子从BC边射出磁场区域(sin 53°=0.8,cos 53°=0.6),则( )
A.粒子速率应大于
B.粒子速率应小于
C.粒子速率应小于
D.粒子在磁场中的最短运动时间为
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(4分)某型号的回旋加速器的工作原理图如图甲所示,图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒(D1、D2),D形盒置于真空容器中,整个装置放在电磁铁两极间的磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒盒面垂直。两盒间狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。带电粒子从粒子源A处进入加速电场(初速度不计),从静止开始加速到出口处所需的时间为t(带电粒子达到最大速度,在磁场中完成半个圆周运动后被导引出来)。已知磁场的磁感应强度大小为B,加速器接一高频交流电源,其电压为U,可以使带电粒子每次经过狭缝都能被加速,不计重力。D形盒半径R= ,D1内部带电粒子前三次匀速圆周运动的轨道半径之比(由内到外)为 。
14.(4分)图中虚线框内存在一沿水平方向、与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小,并判定其方向。所用部分器材如图所示,其中D为位于纸面内的U形金属框,其底边水平,两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱;A为电流表;S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。
实验步骤如下:
a.按图接线。
b.保持开关S断开,在托盘内加入适量细沙,使D处于平衡状态,然后用天平称出细沙质量m1。
c.闭合开关S,调节电阻箱的阻值使电流大小适当,在托盘内重新加入适量细沙,使D重新处于平衡状态,然后读出电流表的示数I,并用天平称出此时细沙的质量m2。
d.用米尺测量D的底边长度L。
(1)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B= 。
(2)判定磁感应强度方向的方法是:若 ,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里。
15.(7分)电磁轨道炮的加速原理如图所示。金属炮弹静置于两固定的平行导轨之间,并与导轨良好接触。开始时炮弹在导轨的一端,通过电流后炮弹会在安培力作用下加速,最后从导轨另一端的出口高速射出。已知两导轨之间的距离L=0.10 m,导轨长s=5.0 m,炮弹质量m=0.030 kg,导轨中电流I的方向如图中箭头所示。可以认为炮弹在导轨内匀加速运动,它所在处磁场的磁感应强度大小始终为B=2.0 T,方向垂直于纸面向里。若炮弹射出时的速度为v=2.0×103 m/s,忽略摩擦力与重力的影响。求:
(1)炮弹在两导轨间的加速度大小a;
(2)炮弹作为导体受到的安培力大小F;
(3)通过导轨的电流I。
16.(12分)如图所示,在x轴上方的整个区域存在非匀强电场,P、O之间的电压为U,在x轴下方半径为a的圆形区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场,磁感应强度大小为B,其他区域无电磁场。现有一带电粒子从P点由静止释放,沿y轴运动并从O点进入磁场,经过一段时间后从N点离开磁场。已知∠OO1N=120°,不计带电粒子的重力与空气阻力。
(1)判断粒子的带电性质,并比较P、O的电势高低;
(2)求带电粒子的比荷(电荷量与质量之比);
(3)若在粒子从O点运动到N点的过程中,某时刻磁感应强度大小突然变为B',粒子不再离开磁场,求B'的最小值。
17.(10分)如图所示,在xOy平面坐标系的第三、四象限内有沿y轴正方向的匀强电场E,第一象限中的等腰直角三角形MNP区域内存在垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个带正电的粒子以速度v0=2×107 m/s从Q点沿x轴正方向发射,并从O点射出,进入磁场后以垂直于PM的方向从PM边射出磁场。已知Q点的横坐标为-0.4 m,该粒子的比荷=2.5×109 C/kg,MN平行于x轴,N点的坐标为(0.4 m,0.4 m),不计粒子重力,求:
(1)Q点的纵坐标;
(2)磁场区域的磁感应强度大小B的取值范围。
18.(15分)质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。如图所示,平行板电容器两极板相距为d,两板间电压为U,极板间匀强磁场的磁感应强度为B1,方向垂直纸面向外。一束电荷量相同、质量不同的带正电的粒子,沿电容器的中线射入电容器,沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外。结果分别打在感光片上的a、b两点,设a、b两点之间的距离为Δx,粒子所带电荷量为q,且不计重力。
(1)求粒子在上面的磁场中沿直线运动时速度v的大小;
(2)求打在a、b两点的粒子的质量之差Δm;
(3)试比较这两种带电粒子在下面的磁场中运动时间的大小关系,并说明理由。
参考答案：
1-5ACCCC
6-8CCB
9.BC
10.BC
11.ACD
12.AC
13.
(4分) 1∶∶(4分)
14.
(1)(2分) (2)m2>m1(2分)
15.
(1)4.0×105 m/s2 (2)1.2×104 N (3)6.0×104 A
16.
(1)粒子带正电 P点电势比O点电势高
(2)
(3)(3+)B
17.
(1)-0.2 m (2)见解析
18.
(1)两极板间的电场强度E=(1分)
粒子在电容器中沿直线运动,故qE=qvB1(1分)
解得v=(1分)
(2)带电粒子在下面的磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,有
B2qv=m(2分)
打在a处的粒子的质量m1=(1分)
打在b处的粒子的质量m2=(1分)
又Δx=2R1-2R2(2分)
联立得Δm=m1-m2==(2分)
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期T=,运动时间t=(2分)
由于m1>m2,故t1>t2(2分)