人教版高中物理选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力测评含答案

这是一份人教版高中物理选择性必修第二册第一章安培力与洛伦兹力测评含答案，共10页。
第一章测评(时间:75分钟,满分:100分)一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28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.关于通电直导线在匀强磁场中所受的安培力,下列说法正确的是(　　)A.安培力的方向可以不垂直于直导线B.安培力的方向总是垂直于磁场的方向C.安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角无关D.将垂直于磁场的直导线从中点折成直角后,直角所在平面仍垂直于磁场,则安培力的大小一定变为原来的一半2.关于通电导线所受安培力F的方向、磁感应强度B的方向和电流I的方向之间的关系,下列说法正确的是(　　)A.F、B、I三者必须保持相互垂直B.F必须垂直B、I,但B、I可以不相互垂直C.B必须垂直F、I,但F、I可以不相互垂直D.I必须垂直F、B,但F、B可以不相互垂直3.如图所示,表示磁场对直线电流的作用力示意图中正确的是(　　)4.正三角形ABC的三个顶点处分别有垂直于三角形平面的无限长直导线,导线中通有恒定电流,方向如图所示,a、b、c三点分别是正三角形三边的中点,若A、B、C三处导线中的电流均为I,则a、b、c三点的磁感应强度大小关系为(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　A.a点最大B.b点最小C.c点最小D.b、c点一样大5.如图所示,一条形磁铁放在水平桌面上,在条形磁铁的左上方固定一根与磁铁垂直的长直导线,当导线中通以图示方向的电流时(磁铁始终未动)(　　)A.磁铁对桌面的压力减小,且受到向左的摩擦力作用B.磁铁对桌面的压力减小,且受到向右的摩擦力作用C.磁铁对桌面的压力增大,且受到向左的摩擦力作用D.磁铁对桌面的压力增大,且受到向右的摩擦力作用6.如图所示为一速度选择器,内有一磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,一束粒子流以速度v水平射入,为使粒子流经过磁场时不偏转(不计重力),则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场,关于此电场场强大小和方向的说法中正确的是(　　)A.大小为,粒子带正电时,方向向上B.大小为,粒子带负电时,方向向上C.大小为Bv,方向向下,与粒子带何种电荷无关D.大小为Bv,方向向上,与粒子带何种电荷无关7.将一段通电直导线abc从中点b折成120°,分别放在如图所示的匀强磁场中,图甲中导线所在平面与磁场的磁感线平行,图乙中导线所在平面与磁场的磁感线垂直,若两图中两导线所受的安培力大小相等,则甲、乙两图中磁场的磁感应强度大小之比为(　　)A. B. C. D.二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18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6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。8.如图所示的四幅图中,导体棒的长度均为L,磁场的磁感应强度大小均为B,在各导体棒中通有相同的电流I。则下列选项正确的是(　　)A.图甲中导体棒所受的安培力大小为BILB.图乙中导体棒所受的安培力大小为BILC.图丙中导体棒所受的安培力大小为BILD.图丁中导体棒所受的安培力大小为BIL9.用如图所示的回旋加速器来加速质子,为了使质子获得的最大动能增加为原来的4倍,可采用下列哪几种方法?(　　)A.将其磁感应强度增大为原来的2倍B.将其磁感应强度增大为原来的4倍C.将D形金属盒的半径增大为原来的2倍D.将两D形金属盒间的加速电压增大为原来的4倍10.如图所示,有一混合正离子束先后通过正交的电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ,如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转,进入区域Ⅱ后偏转半径r相同,则它们一定具有相同的(　　)A.速度 B.质量C.电荷量 D.比荷三、非选择题:本题共5个小题,共54分。11.(8分)一回旋加速器,在外加磁场一定时,可把质子H)加速到v,使它获得动能为Ek,则:(1)能把α粒子He)加速到的速度为　　　　　; (2)能使α粒子He)获得的动能为　　　　; (3)加速α粒子He)的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为　　　　　。 12.(8分)按照如图所示进行实验。(1)分别接通“1、4”和“2、3”,导线偏转的角度不同,说明导线受到的力的大小与　　　　有关。 (2)上下交换磁极的位置以改变磁场方向,导线受力的方向　　　　(选填“改变”或“不改变”)。 (3)改变导线中电流的方向,导线受力的方向　　　　(选填“改变”或“不改变”)。 (4)通过实验说明:安培力的方向与磁场方向、电流方向之间的关系满足　　　　　　　　。 13.(10分)一根长L=0.2 m的金属棒放在倾角θ=37°的光滑斜面上,并通过I=5 A的电流,电流方向如图所示,整个装置放在磁感应强度B=0.6 T竖直向上的匀强磁场中,金属棒恰能静止在斜面上,则该棒的重力为多少?(sin 37°=0.6) 14.(12分)在真空中,半径r=3×10-2 m的圆形区域内有匀强磁场,方向如图所示,磁感应强度B=0.2 T,一个带正电的粒子以初速度v0=1×106 m/s从磁场边界上直径ab的一端a射入磁场,已知该粒子的比荷=1×108 C/kg,不计粒子重力。(1)求粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径。(2)若要使粒子飞离磁场时有最大偏转角,求入射时v0与ab的夹角θ及粒子的最大偏转角。 15.(16分)如图甲所示的xOy平面处于变化的匀强电场和匀强磁场中,电场强度E和磁感应强度B随时间做周期性变化的图像如图乙所示,y轴正方向为E的正方向,垂直于纸面向里为B的正方向。t=0时刻,带负电粒子P(重力不计)由原点O以速度v0沿y轴正方向射出,它恰能沿一定轨道做周期性运动。v0、E0和t0为已知量,图乙中,在0~t0时间内粒子P第一次离x轴最远时的坐标为。求:甲乙(1)粒子P的比荷;(2)t=2t0时刻粒子P的位置坐标;(3)带电粒子在运动中距离原点O的最远距离L。 答案：1.B　安培力的方向始终与电流方向和磁场方向垂直,选项A错误,选项B正确;由F=BILsin θ可知,安培力的大小与通电直导线和磁场方向的夹角有关,选项C错误;将直导线从中点折成直角时,安培力的大小变为原来的,选项D错误。2.B　安培力F总是与磁感应强度B和电流I决定的平面垂直,但B与I(即导线)可以垂直,也可以不垂直,通电导线受安培力时,力F与磁场及导线都是垂直的,故A、C、D均错,B正确。3.A　由左手定则判断,A选项正确;B选项中不受安培力;C选项中安培力向上;D选项中安培力垂直于纸面向外。4.D　通电导线会在周围产生磁场,磁场的强弱与到导线的距离有关。对于a点,A导线和B导线在此处的磁感应强度大小相等,方向相反,设C导线在此处的磁感应强度大小为B2,所以a点的合磁感应强度大小为B2;对于b点,B导线和C导线在此处的磁感应强度大小相等,方向相同,设B导线在此处的磁感应强度大小为B1,而A导线在此处的磁感应强度大小为B2,则此处的合磁感应强度大小为;对于c点,A导线和C导线在此处的磁感应强度大小相等(均为B1),方向相同,B导线在此处的磁感应强度大小为B2,则此处的合磁感应强度大小为,所以b、c点处磁感应强度一样大,故D正确,A、B、C错误。5.C　根据左手定则知导线受磁铁的作用力斜向左上方,故由牛顿第三定律知,导线对磁铁的反作用力应斜向右下方,则一方面使磁铁对桌面的压力增大,一方面使磁铁产生向右的运动趋势,从而受到向左的摩擦力作用。6.D　当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时,粒子流匀速直线通过该区域,有qvB=qE,所以E=Bv。假设粒子带正电,则受向下的洛伦兹力,电场方向应该向上。粒子带负电时,电场方向仍应向上。故正确答案为D。7.B　设导线的总长为2L,通过导线的电流为I,题图甲中导线受到的安培力大小为B1IL+B1cos 60°IL=B1IL,题图乙中导线受到的安培力的大小为B2I·2Lcos 30°=B2IL,根据题意,即有B1IL=B2IL,则有,B正确。8.BD　题图甲中,因导体棒与磁场平行,所以安培力为零,A错误;题图乙中,导体棒与磁场垂直,则安培力的大小为F1=BIL,B正确;题图丙中,导体棒与磁场垂直,则安培力的大小为F2=BIL,C错误;题图丁中,导体棒与磁场成60°角,则安培力的大小为F3=BILsin 60°=BIL,D正确。9.AC　在磁场中由牛顿第二定律得evB=m ①质子的最大动能Ekm=mv2 ②解①②式得Ekm=要使质子的动能增加为原来的4倍,可以将磁感应强度增大为原来的2倍或将两D形金属盒的半径增大为原来的2倍,故B项错,A、C正确。质子获得的最大动能与加速电压无关,故D项错。10.AD　离子束在区域Ⅰ中不偏转,一定是qE=qvB,v=,A正确。进入区域Ⅱ后,做匀速圆周运动的半径相同,由r=知,因v、B相同,只能是比荷相同,故D正确,B、C错误。11.答案 (1)　(2)Ek　(3)1∶2解析 回旋加速器的最大半径是一定的,由R=,质子H的质量和电荷量的比值即,而α粒子质量和电荷量的比值为,即RH=,Rα=。RH=Rα,得vα=mv2=。所以α粒子动能与质子相同。带电粒子进入磁场做匀速圆周运动的周期T=,所以α粒子的周期是质子运动周期的2倍,即所加交变电场的周期的比为2∶1的关系,则频率之比为1∶2。12.答案 (1)导线在磁场中的长度　(2)改变　(3)改变(4)左手定则13.答案 0.8 N解析 从侧面对棒受力分析如图,由左手定则可知安培力的方向水平向右,F=ILB=5×0.2×0.6 N=0.6 N。由平衡条件得重力mg==0.8 N。14.答案 (1)5×10-2 m　(2)37°　74°解析 (1)粒子射入磁场后,由于不计重力,洛伦兹力提供圆周运动需要的向心力,根据牛顿第二定律有qv0B=R==5×10-2 m。(2)粒子在圆形磁场区域运动轨迹为一段半径R=5 cm的圆弧,要使偏转角最大,就要求这段圆弧对应的弦最长,即为图形区域的直径,粒子运动轨迹的圆心O'在ab弦的中垂线上,如图所示。由几何关系可知sin θ==0.6,θ=37°最大偏转角β=2θ=74°。15.答案 (1)　(2)　(3)v0t0解析 (1)0~t0时间内粒子P在匀强磁场中做匀速圆周运动,当粒子所在位置的纵、横坐标相等时,粒子在磁场中恰好经过圆周,所以粒子P第一次离x轴的最远距离等于轨道半径R,即R=①又qv0B0=m ②代入解得。 ③(2)设粒子P在磁场中运动的周期为T,则T=④联立①④解得T=4t0 ⑤即粒子P做圆周运动后磁场变为电场,粒子以速度v0垂直电场方向进入电场后做类平抛运动,设t0~2t0时间内水平位移和竖直位移分别为x1、y1,则x1=v0t0 ⑥y1= ⑦其中加速度a=解得y1==R,因此t=2t0时刻粒子P的位置坐标为,如图中的b点所示。(3)分析知,粒子P在2t0~3t0时间内,电场力产生的加速度方向沿y轴正方向,由对称关系知,在3t0时刻速度方向为x轴正方向,位移x2=x1=v0t0;在3t0~5t0时间内粒子P沿逆时针方向做匀速圆周运动,往复运动轨迹如图所示,由图可知,带电粒子在运动中距原点O的最远距离L,即O、d间的距离L=2R+2x1              ⑧解得L=v0t0。