2020-2021学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第二册随堂检测
（3）洛伦兹力的应用
1.回旋加速器给带电粒子加速时，不能把粒子的速度无限制地增大，其原因是(
)
A.加速器功率有限，不能提供足够大的能量
B.加速器内无法产生磁感强度足够大的磁场
C.加速器内无法产生电场强度足够大的电场
D.速度增大使粒子质量增大，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速
2.显像管的工作原理图如图所示，图中阴影区域没有磁场时，从电子枪发出的电子打在荧光屏正中的O点.为使电子在竖直方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，阴影区域所加磁场的方向是(
)
A.竖直向上
B.竖直向下
C.垂直于纸面向内
D.垂直于纸面向外
3.质谱仪又称质谱计，是分离和检测不同同位素的仪器。某质谱仪的原理图如图所示，速度选择器中匀强电场的电场强度大小为，匀强磁场的磁感应强度大小为，偏转磁场(匀强磁场)的磁感应强度大小为。电荷量为的粒子在加速电场中由静止加速后进入速度选择器恰好能从速度选择器进入偏转磁场做半径为的匀速圆周运动。粒子重力不计，空气阻力不计。该粒子的质量为(
)
A.
B.
C.
D.
4.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，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v.当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭.则元件的(
)
A.前表面的电势比后表面的低
B.前、后表面间的电压U与v无关
C.前、后表面间的电压U与c成正比
D.自由电子受到的洛伦兹力大小为
5.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量，其工作原理如图所示，虚线为粒子的运动轨迹，则下列说法正确的是(
)
A.此粒子带负电
B.下极板的电势比上极板的电势高
C.若只增大加速电压U的值，则半径r变大
D.若只增大入射粒子的质量，则半径r变小
6.医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的.使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示.由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时，血管内部的电场可看成匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中，两触点的距离为3.0
mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160
μV，磁感应强度的大小为0.040
T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(
)
A.1.3
m/s，a正、b负
B.2.7
m/s，a正、b负
C.1.3
m/s，a负、b正
D.2.7
m/s，a负、b正
7.1930年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示.这台加速器由两个铜质D形盒构成，其间留有空隙，下列说法正确的是(
)
A.粒子从电场中获得能量
B.粒子获得的最大速度与回旋加速器半径有关
C.粒子获得最大速度与回旋加速器内的电场有关
D.回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
8.如图所示是某化工厂测量污水排放量的设计图，在排污管末端安装流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板作为电极，污水充满管道从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是(
)
A.M板的电势一定低于N板的电势
B.污水流动的速度越大，电压表的示数越大
C.污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
D.电压表的示数U与污水流量Q成正比
答案以及解析
1.答案：D
解析：回旋加速器中带电粒子运动的周期为，当粒子速度比较小时，可以认为其质量是不变的，那么其周期也不变。但当粒子的速度很大，接近光速时，其质量明显增大，周期也发生了明显变化，粒子运行的周期与交变电压不再同步，无法再加速。
2.答案：D
解析：电子向上偏，根据左手定则可知，阴影区域所加磁场的方向垂直于纸面向外，故选D.
3.答案：A
解析：A.在速度选择器中做匀速直线运动的粒子能进入偏转磁场，由平衡条件得：，粒子速度：，粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：，解得：；故A正确，BCD错误；故选：A。
4.答案：D
解析：由题可知，在霍尔元件中，通过的粒子是电子，由左手定则知，自由电子所受洛伦兹力方向指向霍尔元件的后表面，可知后表面带负电，则前表面的电势比后表面的高，选项A错误；电子在霍尔元件中定向移动，由平衡条件得，解得前、后表面间的电压，故U与c无关，与v有关，选项B、C错误；自由电子所受的洛伦兹力大小为，选项D正确.
5.答案：C
解析：由题图结合左手定则可知，此粒子带正电，故A错误；带正电粒子经过电场要加速，所以下极板的电势比上极板的电势低，故B错误；根据动能定理得，由得，若只增大加速电压U的值，则半径r变大，故C正确；若只增大入射粒子的质量，则半径r变大，故D错误.
6.答案：A
解析：血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏，则电极a为正，电极b为负，故C、D错误；最终血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零，有，所以血流速度，故A正确，B错误.
7.答案：AB
解析：回旋加速器中的电场对带电粒子做功，粒子在电场中加速，在磁场中偏转，可知粒子从电场中获得能量，故A正确，D错误.根据，得，可知粒子获得的最大速度与回旋加速器半径有关，与回旋加速器内的电场无关，故B正确，C错误.
8.答案：BD
解析：根据左手定则知，负离子所受的洛伦兹力方向向下，则负离子向下偏转，N板带负电，M板带正电，则M板的电势比N板的电势高，故A错误.最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有，解得，可知电压表的示数随污水流动速度的增大而增大，与污水中离子浓度无关，故B正确，C错误.根据，流量，得，可知电压表的示数与污水流量成正比，故D正确.2020-2021学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第二册随堂检测
（2）洛伦兹力
1.如图所示，在阴极射线管正上方平行放一通有强电流的长直导线，则阴极射线(电子流)将(
)
A.向纸内偏转
B.向纸外偏转
C.向上偏转
D.向下偏转
2.一带电粒子在匀强磁场中沿着磁感线方向运动，现将该磁场的磁感应强度增大一倍，则带电粒子受到的洛伦兹力(
)
A.增大两倍
B.增大一倍
C.减小一半
D.依然为零
3.在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内，电子(重力不计)可能沿水平方向向右做直线运动的是(
)
A.
B.
C.
D.
4.两个粒子，带电荷量相等，在同一匀强磁场中只受洛伦兹力而做匀速圆周运动.则下列说法正确的是(
)
A.若速率相等，则半径必相等
B.若质量相等，则周期必相等
C.若质量相等，则半径必相等
D.若动能相等，则周期必相等
5.运动电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用，运动方向会发生偏转，这一点对地球上的生命来说有十分重要的意义.从太阳和其他星体发射出的高能粒子流，称为宇宙射线，在射向地球时，由于地磁场的存在，改变了带电粒子的运动方向，对地球起到了保护作用.如图所示为地磁场对宇宙射线作用的示意图.现有来自宇宙的一束质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这一质子流在进入地球周围的空间时将(
)
A.竖直向下沿直线射向地面
B.向东偏转
C.向西偏转
D.向北偏转
6.月球探测器在研究月球磁场分布时发现，月球上的磁场极其微弱.探测器通过测量运动电子在月球磁场中的轨迹来推算磁场强弱的分布:下图是探测器在月球上四个位置所探测到的电子运动轨迹的照片，设在各位置电子速率相同，且电子进入磁场时速度方向均与磁场方向垂直.则由照片可判断这四个位置中磁场最弱的是(
)
A.
B.
C.
D.
7.关于洛伦兹力的方向，正确的说法是（
）
A.洛伦兹力的方向，就是磁场中电荷运动的方向
B.洛伦兹力的方向始终与电荷运动的方向垂直
C.洛伦兹力的方向始终与磁感应强度的方向垂直
D.洛伦兹力的方向与电荷运动的方向有时垂直有时不垂直，要具体情况具体分析
8.如图，下端封闭、上端开口、内壁光滑的细玻璃管竖直放置，管底有一带电的小球.整个装置以水平向右的速度匀速运动，垂直于磁场方向进入方向水平的匀强磁场，由于外力的作用，玻璃管在磁场中的速度保持不变，最终小球从上端开口飞出，小球的电荷量始终保持不变，则从玻璃管进入磁场到小球运动到上端开口的过程中(
)
A.洛伦兹力对小球做正功
B.洛伦兹力对小球不做功
C.小球的运动轨迹是抛物线
D.小球的运动轨迹是直线
答案以及解析
1.答案：C
解析：电流的周围存在磁场，根据右手螺旋定则判断出阴极射线管处的磁场方向垂直纸面向外，阴极射线(电子流)从负极流向正极，根据左手定则，电子所受洛伦兹力方向向上，所以阴极射线向上偏转，C正确.
2.答案：D
解析：若带电粒子的速度方向与磁场方向平行，则带电粒子受到的洛伦兹力为零，故A、B、C错误，D正确.
3.答案：B
解析：选项A中，若电子向右运动，则受到水平向左的电场力和竖直向下的洛伦兹力，电子做曲线运动；选项B中，若电子向右运动，则只受水平向左的电场力，可以做直线运动；选项C中，若电子向右运动，则受到竖直向下的洛伦兹力和竖直向下的电场力，电子做曲线运动；选项D中，若电子水平向右运动，则受到竖直向上的电场力和竖直向上的洛伦兹力，电子做曲线运动.故选项B正确.
4.答案：B
解析：粒子在磁场中做匀速运动，洛伦兹力提供向心力，则有，得，；由于带电粒子的带电荷量相等，同一匀强磁场B相同，对两粒子的圆轨迹，若速率相等而质量不等，或者质量相等而速率不等，则半径r不同，故A、C错误；两粒子若质量相等，则周期必相等，若动能相等，而速率不等，则二者质量不等，周期不相等，故B正确，D错误.
5.答案：B
解析：根据地磁场的分布特点可知，地磁场的磁感线从地球的地理南极附近出发，回到地理北极附近，在赤道上空的磁场方向从南向北，平行于地面.质子带正电，由左手定则可知质子会向东偏转，故B正确.
6.答案：D
解析：电子在月球磁场中做匀速圆周运动的半径为，相同，则半径r与磁感应强度B成反比，由题图可看出，D照片中电子轨迹半径最大，则磁感应强度B最小，即磁场最弱，故D正确.
7.答案：BC
解析：根据左手定则，磁感线穿过手心，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，始终与磁感应强度的方向垂直，故BC正确，AD错误。
故选：BC。
8.答案：BC
解析：洛伦兹力方向总是与小球的速度方向垂直，对小球不做功，故A错误，B正确.设小球竖直分速度为、水平分速度为.以小球为研究对象，受力分析如图所示，由于小球随玻璃管在水平方向做匀速直线运动，则竖直方向的洛伦兹力是恒力，由牛顿第二定律得，小球的加速度不随时间变化，恒定不变，故小球在竖直方向做匀加速直线运动，在水平方向做匀速直线运动，则小球的运动轨迹是抛物线，故C正确，D错误.2020-2021学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第二册随堂检测
（1）安培力及其应用
1.在赤道附近沿东西方向水平放置一根导体棒，若通以由西向东的电流，则此导体棒所受安培力的方向为(
)
A.向上
B.向下
C.向南
D.向北
2.把一通电直导线放在磁场中，它受到安培力的作用，则(
)
A.安培力的方向一定和磁场方向垂直，同时一定和电流方向垂直
B.安培力的方向一定和磁场方向垂直，但不一定和电流方向垂直
C.安培力的方向一定和电流方向垂直，但不一定和磁场方向垂直
D.安培力方向、磁场方向、电流方向三者一定相互垂直
3.关于磁感应强度、电流、导线长和导线所受磁场力的关系，下列说法中正确的是（
）
A.在的地方，一定等于零
B.在的地方，一定等于零
C.若，，，则一定等于
D.若，，，则一定等于
4.如图表示一条放在磁场里的通电直导线，导线与磁场方向垂直，图中已经分别标明电流、磁感应强度和安培力三者方向的关系，其中正确的是（
）
A.
B.
C.
D.
5.条形磁铁固定在水平面上，其正上方有一根通电导线，电流方向向左.不考虑导线的重力，在条形磁铁磁场的作用下，关于导线运动情况的说法正确的是(
)
A.从上向下看逆时针转90°，同时向上运动
B.从上向下看逆时针转90°，同时向下运动
C.从上向下看顺时针转90°，同时向下运动
D.从上向下看顺时针转90°，同时向上运动
6.质量为m的通电细杆置于倾角为的导轨上，导轨宽度为d，杆与导轨间的动摩擦因数为，有电流时，恰好在导轨上静止，如图所示，四个侧视图中标示出了四种可能的匀强磁场方向，其中杆与导轨之间的摩擦力可能为零的是(
)
A.
B.
C.
D.
7.关于通电直导线在磁场中所受的安培力，下列说法正确的是(
)
A.通电直导线处于匀强磁场中一定受到安培力的作用
B.安培力的大小与通电直导线和匀强磁场方向的夹角无关
C.匀强磁场中，将直导线从中点折成直角，安培力的大小可能变为原来的
D.两根通有同向电流的平行直导线之间，存在着相互吸引的安培力
8.把轻质的导线圈用绝缘细线挂在磁铁的N极附近，磁铁的轴线穿过线圈中心且与线圈在同一平面内，如图所示.当线圈通以图示电流时，线圈将(
)
A.发生转动同时远离磁铁
B.发生转动同时靠近磁铁
C.静止不动
D.从上往下看顺时针转动
答案以及解析
1.答案：A
解析：赤道处的地磁场方向由南向北，电流方向由西向东，由左手定则可知，安培力的方向竖直向上，选项A正确.
2.答案：A
解析：安培力的方向一定和磁场方向垂直，同时一定和电流方向垂直，但是磁场方向和电流的方向不一定垂直，安培力垂直于磁场和电流所确定的平面，所以A正确.
3.答案：A
解析：当时，一定为零，但是用判断时，磁场方向一定要和通电直导线垂直，没有垂直这个条件，无法判断，只有A正确。
4.答案：C
解析：A.磁场方向向上，电流方向向里，根据左手定则，安培力的方向向右，故A错误；
B.磁场方向向右，电流方向向外，根据左手定则，安培力的方向向上，故B错误；
C.磁场方向向里，电流方向向右，根据左手定则，安培力的方向向上，故C正确；
D.磁场方向向外，电流方向向左，根据左手定则，安培力的方向向上，故D错误；
5.答案：C
解析：根据条形磁铁的磁场分布，并结合左手定则，可知通电导线左半部分受到的安培力方向垂直纸面向里，右半部分受到的安培力方向垂直纸面向外，因此通电导线从上向下看顺时针转90°，且随着转动会受到向下的安培力，即同时向下运动，故C正确.
6.答案：AB
解析：根据左手定则可知，A中安培力方向水平向右，摩擦力可能为零，B中安培力竖直向上，摩擦力可能为零，A、B正确；C中安培力竖直向下，一定受到摩擦力才能平衡，D中安培力水平向左，一定受摩擦力作用，故C、D错误.
7.答案：CD
解析：安培力，其中θ为电流方向与磁场方向的夹角，安培力的大小与通电直导线和匀强磁场方向的夹角有关.如时，就算有电流和磁场也不会有安培力，故A、B错误；若导线与磁场垂直，将导线弯折后，导线所在平面仍与磁场垂直，则两个半段导线受到的安培力大小都为原来的一半，方向相互垂直，合力为原来的，故C正确；根据电流与电流之间的相互作用可知，两根通有同方向电流的平行直导线之间，存在着相互吸引的安培力，故D正确.
8.答案：BD
解析：由安培定则可知，线圈向外的一面为S极，因为异名磁极相互吸引，因此从上往下看，线圈沿顺时针方向转动，同时靠近磁铁，故B、D选项正确.
