（新教材適用）高中物理第1章安培力與洛倫茲力測評新人教版選擇性

第一章測評(時(shí)間:90分鐘滿分:100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.下列關(guān)于運(yùn)動(dòng)電荷和磁場的說法,正確的是()A.運(yùn)動(dòng)電荷在某點(diǎn)不受洛倫茲力作用,這點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度必為零B.只要速度大小相同,粒子所受洛倫茲力就相同C.電子束垂直進(jìn)入磁場發(fā)生偏轉(zhuǎn),這是洛倫茲力對電子做功的結(jié)果D.電荷與磁場沒有相對運(yùn)動(dòng),電荷就一定不受磁場的作用力答案:D解析:運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向如果和磁場方向平行,運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用,故A錯(cuò)誤;洛倫茲力是矢量,速度方向不同,洛倫茲力的方向就不同,故B錯(cuò)誤;洛倫茲力對運(yùn)動(dòng)電荷不做功,故C錯(cuò)誤;只有運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中的運(yùn)動(dòng)方向與磁場方向不平行才受磁場力作用,所以電荷與磁場沒有相對運(yùn)動(dòng),電荷就一定不受磁場的作用力,故D正確。2.如圖所示,水平導(dǎo)軌接有電源,導(dǎo)軌上固定有三根導(dǎo)體棒a、b、c,c為直徑與b等長的半圓,長度關(guān)系為c最長,b最短,將裝置置于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中。在接通電源后,三導(dǎo)體棒中有等大的電流通過,則三導(dǎo)體棒受到的安培力大小關(guān)系為()A.Fa>Fb>Fc B.Fa=Fb=FcC.Fb<Fa<Fc D.Fa>Fb=Fc答案:D解析:設(shè)a、b兩棒的長度分別為la和lb,c的直徑為d。由于a、b導(dǎo)體棒都與勻強(qiáng)磁場垂直,則a、b棒所受的安培力大小分別為Fa=BIla,Fb=BIlb=BId;c棒所受的安培力與長度為d的直導(dǎo)體棒所受的安培力大小相等,則有Fc=BId;因?yàn)閘a>d,則有Fa>Fb=Fc。3.如圖所示,在xOy平面中有一通電直導(dǎo)線與Ox、Oy軸相交,導(dǎo)線中電流方向如圖所示。該區(qū)域有勻強(qiáng)磁場,通電直導(dǎo)線所受磁場力的方向與Oz軸的正方向相同。該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可能是()A.沿z軸正方向 B.沿z軸負(fù)方向C.沿x軸正方向 D.沿y軸負(fù)方向答案:D解析:由電流方向、受力方向,根據(jù)左手定則可以判斷出,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向可能沿y軸的負(fù)方向,故D正確。4.如圖所示,一金屬直桿MN兩端接有導(dǎo)線,懸掛于線圈上方,MN與線圈軸線均處于豎直平面內(nèi),為使MN垂直于紙面向外運(yùn)動(dòng),下列方法不可以的是()A.將A、C端接在電源正極,B、D端接在電源負(fù)極B.將B、D端接在電源正極,A、C端接在電源負(fù)極C.將A、D端接在電源正極,B、C端接在電源負(fù)極D.將A、C端接在交流電源的一端,B、D端接在交流電源的另一端答案:C解析:要求直桿MN垂直于紙面向外運(yùn)動(dòng),把直桿所在處的磁場方向和直桿中電流畫出來,得A、B可以;若使A、C兩端(或B、D兩端)的電勢相對于另一端B、D(或A、C)的電勢的高低做同步變化,線圈磁場與電流方向的關(guān)系跟上述兩種情況一樣,故D也可以。5.一種可測量磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。磁鐵放在水平放置的電子測力計(jì)上,兩極之間的磁場可視為水平勻強(qiáng)磁場。其余區(qū)域磁場的影響可忽略不計(jì)。此時(shí)電子測力計(jì)的示數(shù)為G1。將一直銅條AB水平且垂直于磁場方向靜置于磁場中。兩端通過導(dǎo)線與電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器和電流表連成回路。閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片。當(dāng)電流表示數(shù)為I時(shí),電子測力計(jì)的示數(shù)為G2,測得銅條在勻強(qiáng)磁場中的長度為l。銅條始終未與磁鐵接觸,對上述實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.銅條所受安培力方向豎直向下B.銅條所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為GC.銅條所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為GD.銅條所在處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為G答案:C解析:由左手定則可知,銅條所受安培力方向豎直向上,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;由牛頓第三定律可知,銅條對磁鐵有向下的作用力,使得電子測力計(jì)的示數(shù)增加,由平衡知識可知G2G1=BIl,解得B=G26.兩個(gè)質(zhì)量相同、電荷量相等的帶電粒子a、b,以不同的速率沿著AO方向射入圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域,其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示。若不計(jì)粒子的重力,則下列說法正確的是()A.a粒子帶正電,b粒子帶負(fù)電B.a粒子在磁場中所受的洛倫茲力較大C.b粒子的動(dòng)能較大D.b粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間較長答案:C解析:由左手定則可判定a帶負(fù)電,b帶正電,A錯(cuò)誤;由于b粒子軌道半徑大,因而b粒子速率大,動(dòng)能大,所受洛倫茲力大,選項(xiàng)C正確,B錯(cuò)誤;由題圖可知,由于b粒子弧長及半徑比a粒子大,b粒子軌跡所對的圓心角比a粒子小,所以b粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7.如圖所示,a、b是一對平行金屬板,分別接到直流電源兩極上,右邊有一擋板,正中間開有一小孔d,在較大空間范圍內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于紙面向里,在a、b兩板間還存在著勻強(qiáng)電場E。從兩板左側(cè)中點(diǎn)c處射入一束正離子(不計(jì)重力),這些正離子都沿直線運(yùn)動(dòng)到右側(cè),從d孔射出后分成三束。則下列判斷正確的是()A.這三束正離子的速度一定不相同B.這三束正離子的質(zhì)量一定不相同C.這三束正離子的電荷量一定不相同D.這三束正離子的比荷一定不相同答案:D解析:本題考查帶電粒子在電場、磁場中的運(yùn)動(dòng),速度選擇器的知識。正離子在金屬板中做直線運(yùn)動(dòng),qvB=Eq,v=EB,表明正離子的速度一定相等,而正離子的電荷量、質(zhì)量、比荷的關(guān)系均無法確定;在磁場中,R=mv8.如圖所示,三個(gè)完全相同的半圓形光滑軌道豎直放置,分別處在真空(無電場、磁場)、勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場中,軌道兩端在同一高度上。三個(gè)相同的帶正電小球同時(shí)從軌道左端最高點(diǎn)由靜止開始沿軌道運(yùn)動(dòng),P、M、N分別為軌道的最低點(diǎn),如圖所示,則下列有關(guān)判斷正確的是()A.小球第一次到達(dá)軌道最低點(diǎn)的速度關(guān)系vP=vM>vNB.小球第一次到達(dá)軌道最低點(diǎn)時(shí)對軌道的壓力關(guān)系FP=FM>FNC.小球從開始運(yùn)動(dòng)到第一次到達(dá)軌道最低點(diǎn)所用的時(shí)間關(guān)系tP<tM<tND.三個(gè)小球到達(dá)軌道右端的高度都不相同,但都能回到原來的出發(fā)點(diǎn)位置答案:A解析:小球沿P、M軌道下滑過程都只有重力做功,根據(jù)動(dòng)能定理WG=mgR=12mv2知到達(dá)底端速度相等;沿N軌道下滑過程電場力做負(fù)功,根據(jù)動(dòng)能定理WGW電=12mvN2,其到達(dá)最低點(diǎn)的速度要小于沿P、M軌道下滑情況,故選項(xiàng)A正確。根據(jù)上述分析知到達(dá)最低點(diǎn)的時(shí)間關(guān)系tP=tM<tN,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。選項(xiàng)B中,小球沿P軌道到達(dá)底端時(shí),根據(jù)牛頓第二定律FPmg=二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求,全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分)9.如圖所示,直導(dǎo)線通入垂直于紙面向里的電流,在下列勻強(qiáng)磁場中,直導(dǎo)線能靜止在光滑斜面上的是()答案:AC解析:要使直導(dǎo)線能夠靜止在光滑的斜面上,則直導(dǎo)線在磁場中受到的安培力必須與重力或重力沿斜面向下的分力平衡,通過左手定則判斷得出,A、C是正確的。10.如圖所示,a為帶正電的小物塊,b是一不帶電的絕緣物塊(設(shè)a、b間無電荷轉(zhuǎn)移),a、b疊放于粗糙的水平地面上,地面上方有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場?，F(xiàn)用水平恒力F拉b物塊,使a、b一起無相對滑動(dòng)地向左做加速運(yùn)動(dòng),則在加速運(yùn)動(dòng)階段()A.a對b的壓力不變B.a對b的壓力變大C.a、b物塊間的摩擦力變大D.a、b物塊間的摩擦力變小答案:BD解析:當(dāng)a、b運(yùn)動(dòng)時(shí),a、b整體受總重力、拉力F、向下的洛倫茲力qvB、地面的支持力FN和摩擦力Ff,豎直方向有FN=(ma+mb)g+qvB,水平方向有FFf=(ma+mb)a,Ff=μFN。在加速階段,v增大,FN增大,Ff增大,加速度a減小。對a受力分析,a受重力mag、向下的洛倫茲力qvB、b對a向上的支持力FN'、b對a向左的靜摩擦力Ff',豎直方向有FN'=mag+qvB,水平方向有Ff'=maa。隨著v的增大,FN'增大,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;加速度a在減小,所以a、b物塊間的摩擦力變小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。11.下圖是一個(gè)回旋加速器示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中,并分別與高頻交流電源相連。現(xiàn)分別加速氘核(12H)和氦核A.它們的最大速度相同B.它們的最大動(dòng)能相同C.兩次所接高頻交流電源的頻率相同D.僅增大高頻交流電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能答案:AC解析:由R=mvqB得最大速度v=qBRm,兩粒子的qm相同,所以最大速度相同,A正確;最大動(dòng)能Ek=12mv2,因?yàn)閮闪Ｗ拥馁|(zhì)量不同,最大速度相同,所以最大動(dòng)能不同,B錯(cuò)誤;高頻交流電源的頻率f=12.A、B兩個(gè)離子同時(shí)從勻強(qiáng)磁場的直邊界上的P、Q點(diǎn)分別以60°和30°(與邊界的夾角)射入磁場,又同時(shí)分別從Q、P點(diǎn)穿出,如圖所示。設(shè)邊界上方的磁場范圍足夠大,下列說法正確的是()A.A為正離子,B為負(fù)離子B.A、B兩離子運(yùn)動(dòng)半徑之比為1∶3C.A、B兩離子速率之比為1∶3D.A、B兩離子的比荷之比為2∶1答案:BD解析:A向右偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則知,A為負(fù)離子,B向左偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則知,B為正離子,故A錯(cuò)誤;離子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng),以A離子為例運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示,由幾何關(guān)系可得r=l2sinθ,l為PQ的距離,則A、B兩離子運(yùn)動(dòng)半徑之比為lsin60°∶lsin30°=1∶3,故B正確;離子的速率為v=r·2θt,時(shí)間相同,半徑之比為1∶3,圓心角之比為2∶1,則速率之比為2∶3,故C錯(cuò)誤;根據(jù)r=mvqB三、非選擇題(本題共6小題,共60分)13.(6分)地球是個(gè)大磁體,在赤道上,地磁場可以看成是沿南北方向的勻強(qiáng)磁場。如果赤道某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5×104T,在赤道上有一根東西方向的直導(dǎo)線,長為20m,通有從東往西的電流30A。則地磁場對這根導(dǎo)線的作用力大小為,方向?yàn)椤?/p>

答案:3.0×102N豎直向下解析:地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5×104T,方向由南向北;導(dǎo)線垂直于地磁場放置,長度為20m,通有電流30A,則其所受安培力F=BIl=0.5×104×30×20N=3.0×102N,根據(jù)左手定則可以判斷導(dǎo)線所受安培力的方向豎直向下。14.(6分)一回旋加速器,在外加磁場一定時(shí),可把質(zhì)子(1(1)能把α粒子(24He)加速到的速度為(2)能使α粒子獲得的動(dòng)能為。

(3)加速α粒子的交變電場頻率與加速質(zhì)子的交變電場頻率之比為。

答案:(1)v2(2)Ek(3)1∶解析:回旋加速器的最大半徑是一定的,由R=mvqB,RH=mveB,Rα=RH=Rα,得vα=v2,所以α粒子動(dòng)能與質(zhì)子相同。帶電粒子進(jìn)入磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T=2πmqB,所以α粒子的周期是質(zhì)子運(yùn)動(dòng)周期的2倍,即所加交變電場的周期的比為2∶15.(10分)如圖所示,在一直流電動(dòng)機(jī)的氣隙中(磁極和電樞之間的區(qū)域),磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.8T。假設(shè)在勻強(qiáng)磁場中垂直放有400匝電樞導(dǎo)線,電流為10A,1匝線圈中左側(cè)或右側(cè)導(dǎo)線的有效長度為0.15m,求:(1)電樞導(dǎo)線ab邊所受的安培力的大小;(2)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。答案:(1)480N(2)從外向里看為順時(shí)針方向解析:(1)根據(jù)安培力公式,電樞導(dǎo)線ab邊所受的安培力的大小為F安=nBlI=400×0.8×0.15×10N=480N。(2)在題圖位置,由左手定則知ab邊受安培力方向向上,dc邊受安培力方向向下。則從外向里看,線圈順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。16.(10分)水平面上有電阻不計(jì)的U形導(dǎo)軌NMPQ,它們之間的寬度為l,M和P之間接入電動(dòng)勢為E的電源(不計(jì)內(nèi)阻)?，F(xiàn)垂直于導(dǎo)軌放置一根質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒ab,并加一個(gè)范圍較大的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向與水平面夾角為θ且指向右上方,如圖所示。(1)當(dāng)ab棒靜止時(shí),受到的支持力和摩擦力各為多少?(2)若B的大小和方向均能改變,則要使ab棒所受支持力為零,B的大小至少為多少?此時(shí)B的方向如何?答案:(1)mgBlE(2)mgREl解析:從b向a看,對金屬棒受力分析如圖所示。(1)水平方向有Ff=F安sinθ ①豎直方向有FN+F安cosθ=mg ②又F安=BIl=BERl 聯(lián)立①②③得FN=mgBlEcosθR(2)要使ab棒所受支持力為零,且讓磁感應(yīng)強(qiáng)度最小,可知安培力豎直向上,則有F安'=mg,Bmin=mgREl17.(12分)質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球,用一長為l的絕緣細(xì)線懸掛在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,如圖所示。使小球位于能使懸線呈水平的位置A,然后由靜止釋放,小球運(yùn)動(dòng)的平面與B的方向垂直。若整個(gè)過程中,小球電荷量不變,則小球第一次和第二次經(jīng)過最低點(diǎn)C時(shí)懸線的拉力FT1和FT2分別為多大?重力加速度為g。答案:3mgqB2gl3mg+qB解析:小球由A運(yùn)動(dòng)到C的過程中,洛倫茲力始終與v的方向垂直,對小球不做功,只有重力做功,由動(dòng)能定理有mgl=12mv在C點(diǎn),由左手定則可知洛倫茲力向上,其受力情況如圖甲所示。由牛頓第二定律,有FT1+F洛mg=mvC2l同理可得小球第二次經(jīng)過C點(diǎn)時(shí),受力情況如圖乙所示,所以FT2=3mg+qB2gl18.(16分)如圖所示,虛線上方有方向豎直向下的勻強(qiáng)電場,虛線上下有相同的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直于紙面向外;ab是一根長為l的絕緣細(xì)桿,沿電場線放置在虛線上方的場中,b端恰在虛線上;將一套在桿上的帶正電的電荷量為q、質(zhì)量為m的小球(小球重力忽略不計(jì))從a端由靜止釋放后,小球先做加速運(yùn)動(dòng),后做勻速運(yùn)動(dòng)到達(dá)b端。已知小球與絕緣桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.3,當(dāng)小球脫離桿進(jìn)入虛線下方后,運(yùn)動(dòng)軌跡是半圓,圓的半徑是l3(1)小球到達(dá)b