新教材2023-2024學年高中物理第1章安培力與洛倫茲力測評新人教版選擇性必修第二冊

第一章測評一、單項選擇題:本題共7小題,每小題4分,共28分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的。1.關于通電直導線在勻強磁場中所受的安培力,下列說法正確的是()A.安培力的方向可以不垂直于直導線B.安培力的方向總是垂直于磁場的方向C.安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角無關D.將垂直于磁場的直導線從中點折成直角后,直角所在平面仍垂直于磁場,則安培力的大小一定變?yōu)樵瓉淼囊话?.關于通電導線所受安培力F的方向、磁感應強度B的方向和電流I的方向之間的關系,下列說法正確的是()A.F、B、I三者必須保持相互垂直B.F必須垂直B、I,但B、I可以不相互垂直C.B必須垂直F、I,但F、I可以不相互垂直D.I必須垂直F、B,但F、B可以不相互垂直3.如圖所示,表示磁場對通電直導線的作用力示意圖中正確的是()4.正三角形ABC的三個頂點處分別有垂直于三角形平面的無限長直導線,導線中通有恒定電流,方向如圖所示,a、b、c三點分別是正三角形三邊的中點,若A、B、C三處導線中的電流均為I,則a、b、c三點的磁感應強度大小關系為()A.a點最大B.b點最小C.c點最小D.b、c點一樣大5.如圖所示,用絕緣細線懸掛一個導線框,導線框是由兩同心半圓弧導線和直導線ab、cd(ab、cd在同一條水平直線上)連接而成的閉合回路,導線框中通有圖示方向的電流,處于靜止狀態(tài)。在半圓弧導線的圓心處沿垂直于導線框平面的方向放置一根長直導線P。當P中通以方向向里的電流時()A.導線框將向左擺動B.導線框將向右擺動C.從上往下看,導線框將順時針轉動D.從上往下看,導線框將逆時針轉動6.如圖所示為一速度選擇器,內有一磁感應強度為B、方向垂直紙面向外的勻強磁場,一束粒子流以速度v水平射入,為使粒子流經(jīng)過磁場時不偏轉(不計重力),則磁場區(qū)域內必須同時存在一個勻強電場,關于此電場的電場強度大小和方向的說法正確的是()A.大小為Bv,粒子帶正電時,B.大小為Bv,粒子帶負電時,C.大小為Bv,方向向下,與粒子帶何種電荷無關D.大小為Bv,方向向上,與粒子帶何種電荷無關7.將一段通電直導線abc從中點b折成120°,分別放在如圖所示的勻強磁場中,圖甲中導線所在平面與磁場的磁感線平行,圖乙中導線所在平面與磁場的磁感線垂直,若兩圖中兩導線所受的安培力大小相等,則甲、乙兩圖中磁場的磁感應強度大小之比B1B2為A.33 B.C.36 D.二、多項選擇題:本題共3小題,每小題6分,共18分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求。全部選對的得6分,選對但不全的得3分,有選錯的得0分。8.如圖所示的四幅圖中,導體棒的長度均為L,磁場的磁感應強度大小均為B,在各導體棒中通有相同的電流I。則下列選項正確的是()A.圖甲中導體棒所受的安培力大小為BILB.圖乙中導體棒所受的安培力大小為BILC.圖丙中導體棒所受的安培力大小為32D.圖丁中導體棒所受的安培力大小為329.設空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向里的勻強磁場,如圖所示。已知一帶電粒子在靜電力和洛倫茲力的作用下,從靜止開始自A點沿曲線ACB運動,到達B點時速度為零,C點是運動的最低點,忽略粒子的重力。以下說法正確的是()A.此粒子必帶正電荷B.A點和B點位于同一高度C.粒子在C點時動能最大D.粒子到達B點后,將沿原曲線返回A點10.如圖所示,有一混合正離子束先后通過正交的電場、磁場區(qū)域Ⅰ和勻強磁場區(qū)域Ⅱ,如果這束正離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉,進入?yún)^(qū)域Ⅱ后偏轉半徑r相同,則它們一定具有相同的()A.速度 B.質量C.電荷量 D.比荷三、非選擇題:本題共5個小題,共54分。11.(8分)磁流體發(fā)電機的原理圖如圖所示,設想在相距為d的兩平行金屬板間加磁感應強度為B的勻強磁場,兩板通過開關和燈泡相連。將氣體加熱電離后,由于正、負離子一樣多,且電荷量均為q,因而稱為等離子體,將其以速度v噴入甲、乙兩板之間,這時甲、乙兩板就會聚集電荷,產生電壓。磁流體發(fā)電機可以直接把內能轉化為電能。圖中板是發(fā)電機的正極,發(fā)電機的電動勢是。

12.(8分)按照如圖所示進行實驗。(1)分別接通“1、4”和“2、3”,導線偏轉的角度不同,說明導線受到的力的大小與有關。

(2)上下交換磁極的位置以改變磁場方向,導線受力的方向(選填“改變”或“不改變”)。

(3)改變導線中電流的方向,導線受力的方向(選填“改變”或“不改變”)。

(4)通過實驗說明:安培力的方向與磁場方向、電流方向之間的關系滿足。

13.(10分)一根長L=0.2m的金屬棒放在傾角θ=37°的光滑斜面上,并通過I=5A的電流,電流方向如圖所示,整個裝置放在磁感應強度B=0.6T豎直向上的勻強磁場中,金屬棒恰能靜止在斜面上,則該棒的重力為多少?(sin37°=0.6)14.(12分)如圖所示,一速度選擇器中電場的方向和磁場的方向分別是豎直向下和垂直于紙面向里,電場強度和磁感應強度的大小分別為E=2×104N/C和B1=0.1T,極板的長度l=33m,間距足夠大,在板的右側還存在另一圓形區(qū)域的勻強磁場,磁場的方向垂直于紙面向外,圓形區(qū)域的圓心O位于平行金屬極板的中線上,圓形區(qū)域的半徑R=33m。有一帶正電的粒子以某速度沿極板的中線水平向右射入極板后恰好做勻速直線運動,然后進入圓形磁場區(qū)域,飛出圓形磁場區(qū)域時速度方向偏轉了60°。不計粒子的重力,粒子的比荷qm=2×10(1)求圓形區(qū)域磁場的磁感應強度B2的大小。(2)在其他條件都不變的情況下,將極板間的磁場B1撤去,求粒子離開電場時速度的偏轉角θ。15.(16分)如圖甲所示的xOy平面處于變化的勻強電場和勻強磁場中,電場強度E和磁感應強度B隨時間做周期性變化的圖像如圖乙所示,y軸正方向為E的正方向,垂直于紙面向里為B的正方向。t=0時刻,帶負電粒子P(重力不計)由原點O以速度v0沿y軸正方向射出,它恰能沿一定軌道做周期性運動。v0、E0和t0為已知量,圖乙中E0B0=8v0π2,在0~t0時間內粒子甲乙(1)粒子P的比荷;(2)t=2t0時刻粒子P的位置坐標;(3)帶電粒子在運動中距離原點O的最遠距離L。

第一章測評1.B安培力的方向始終與電流方向和磁場方向垂直,選項A錯誤,選項B正確;由F=BILsinθ可知,安培力的大小與通電直導線和磁場方向的夾角有關,選項C錯誤;將直導線從中點折成直角時,安培力的大小變?yōu)樵瓉淼?2,選項D2.B安培力F總是與磁感應強度B和電流I決定的平面垂直,但B與I(即導線)可以垂直,也可以不垂直,通電導線受安培力時,力F與磁場及導線都是垂直的,故A、C、D均錯,B正確。3.A由左手定則判斷,A選項正確;B選項中不受安培力;C選項中安培力向上;D選項中安培力垂直于紙面向外。4.D通電導線會在周圍產生磁場,磁場的強弱與到導線的距離有關。對于a點,A導線和B導線在此處的磁感應強度大小相等,方向相反,設C導線在此處的磁感應強度大小為B2,所以a點的合磁感應強度大小為B2;對于b點,B導線和C導線在此處的磁感應強度大小相等,方向相同,設B導線在此處的磁感應強度大小為B1,而A導線在此處的磁感應強度大小為B2,則此處的合磁感應強度大小為4B12+B22;對于c點,A導線和C導線在此處的磁感應強度大小相等(均為B1),方向相同,B導線在此處的磁感應強度大小為B2,則此處的合磁感應強度大小為4B12+B22,所以5.C由左手定則可知,ab邊受到垂直紙面向里的安培力,cd邊受到垂直紙面向外的安培力,從上往下看,導線框將順時針轉動,選項C正確。6.D當粒子所受的洛倫茲力和靜電力平衡時,粒子流勻速直線通過該區(qū)域,有qvB=qE,所以E=Bv。假設粒子帶正電,則受向下的洛倫茲力,電場方向應該向上。粒子帶負電時,電場方向仍應向上。故正確答案為D。7.B設導線的總長為2L,通過導線的電流為I,題圖甲中導線受到的安培力大小為B1IL+B1cos60°IL=32B1IL,題圖乙中導線受到的安培力的大小為B2I·2Lcos30°=3B2IL,根據(jù)題意,即有32B1IL=3B2IL,則有B8.BD題圖甲中,因導體棒與磁場平行,所以安培力為零,A錯誤;題圖乙中,導體棒與磁場垂直,則安培力的大小為F1=BIL,B正確;題圖丙中,導體棒與磁場垂直,則安培力的大小為F2=BIL,C錯誤;題圖丁中,導體棒與磁場成60°角,則安培力的大小為F3=BILsin60°=32BIL,D9.ABC粒子從靜止開始運動的方向向下,電場強度方向也向下,所以粒子必帶正電荷,A正確;因為洛倫茲力不做功,只有靜電力做功,A、B兩點速度都為0,根據(jù)動能定理可知,粒子從A點到B點運動過程中,靜電力做功為0,故A、B兩點位于同一高度,B正確;C點是最低點,從A點到C點運動過程中靜電力做正功,根據(jù)動能定理可知粒子在C點時速度最大,動能最大,C正確;到達B點時速度為零,將重復剛才ACB的運動,向右運動,不會返回,故D錯誤。10.AD離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉,一定是qE=qvB,v=EB,A正確。進入?yún)^(qū)域Ⅱ后,做勻速圓周運動的半徑相同,由r=mvqB知,因v、B相同,只能是比荷相同,故D正確,B、11.答案甲Bdv解析等離子體從左側射入磁場,正離子受到向上的洛倫茲力的作用而偏向甲板,使甲板上積累正電荷,乙板上積累相應的負電荷,甲、乙兩板成為發(fā)電機的正、負兩極,甲板是發(fā)電機的正極。當開關斷開時,甲、乙兩板間的電壓即為發(fā)電機的電動勢,穩(wěn)定時,甲、乙兩板積累的電荷不再增加,此時等離子體所受的洛倫茲力與靜電力恰好平衡,則有qUd=qvB,得發(fā)電機的電動勢為U=Bdv12.答案(1)導線在磁場中的長度(2)改變(3)改變(4)左手定則13.答案0.8N解析從側面對棒受力分析如圖,由左手定則可知安培力的方向水平向右,F=ILB=5×0.2×0.6N=0.6N。由平衡條件得重力mg=Ftan37°=0.14.答案(1)0.1T(2)30°解析(1)設粒子的初速度大小為v,粒子在極板間做勻速直線運動,則有qvB1=qE設粒子在圓形區(qū)域中做勻速圓周運動的半徑為r,則有qvB2=mv粒子速度方向偏轉了60°,則有r=Rtan60°解得v=2×105m/s,B2=0.1T。(2)撤去磁場B1后,粒子在極板間做類平拋運動,設在極板間運動時間為t,運動的加速度為a,飛出電場時豎直方向的速度為vy,則有qE=mal=vtvy=attanθ=v解得tanθ=33,即θ=30°15.答案(1)4v0πE0t0(2)2+ππv0t0,0解析(1)0~t0時間內粒子P在勻強磁場中做勻速圓周運動,當粒子所在位置的縱、橫坐標相等時,粒子在磁場中恰好經(jīng)過14圓周,所以粒子P第一次離x軸的最遠距離等于軌道半徑R,即R=又qv0B0=mv02R,代入E0(2)設粒子P在磁場中運動的周期為T,則T=2聯(lián)立解得T=4t0即粒子P做14圓周運動后磁場變?yōu)殡妶?粒子以速度v0垂直電場方向進入電場后做類平拋運動,設t0~2t0時間內水