高考物理三輪考前通關(guān) 終極猜想8 洛倫茲力 安培力

終極猜想八洛倫茲力安培力(本卷共12小題，滿分60分．建議時(shí)間：30分鐘)一、單項(xiàng)選擇題1．關(guān)于安培力和洛倫茲力，下列說法正確的是 ()．A．安培力和洛倫茲力是性質(zhì)不同的兩種力B．安培力可以對(duì)通電導(dǎo)線做功，洛倫茲力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷一定不做功C．運(yùn)動(dòng)電荷在某處不受洛倫茲力作用，則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度一定為零D．洛倫茲力既不能改變帶電粒子的動(dòng)能，也不能改變帶電粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)解析安培力和洛倫茲力都是磁場力，A錯(cuò)誤．洛倫茲力方向永遠(yuǎn)與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以洛倫茲力不做功，安培力是洛倫茲力的宏觀表現(xiàn)，它雖然對(duì)引起電流的定向移動(dòng)的電荷不做功，但對(duì)導(dǎo)線是可以做功的，B正確．電荷運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向在同一直線上時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷不受洛倫茲力作用，而此處磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零，C錯(cuò)誤．洛倫茲力不改變帶電粒子的速度大小，但改變速度的方向，D錯(cuò)誤．答案B2.如圖1所示，甲是一個(gè)帶正電的小物塊，乙是一個(gè)不帶電的絕緣物塊，甲、乙疊放在一起靜止于粗糙的水平地板上，地板上方空間有水平方向的勻強(qiáng)磁場．現(xiàn)用水平恒力F拉乙物塊，使甲、乙無相對(duì)滑動(dòng)地一起水平向左加速運(yùn)動(dòng)．在加速運(yùn)動(dòng)階段 ()．圖1A．地面對(duì)乙物塊的摩擦力逐漸減小B．甲、乙兩物塊的加速度逐漸增大C．乙對(duì)甲的摩擦力逐漸增大D．甲對(duì)乙的摩擦力逐漸減小答案D3.如圖2所示，一段導(dǎo)線abcd彎成半徑為R、圓心角為90°的部分扇形形狀，置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，且與磁場方向(垂直于紙面向里)垂直．線段ab和cd的長度均為eq\f(R,2).流經(jīng)導(dǎo)線的電流為I，方向如圖中箭頭所示．則導(dǎo)線abcd所受到的安培力為 ()．圖2A．方向沿紙面向上，大小為eq\f(\r(2)BIR,2)B．方向沿紙面向上，大小為eq\f(π－\r(2)BIR,2)C．方向沿紙面向下，大小為eq\f(\r(2)BIR,2)D．方向沿紙面向下，大小為eq\f(π－\r(2)BIR,2)解析導(dǎo)線abcd的等效長度為eq\f(\r(2)R,2)，電流方向等效為水平向右，由左手定則可知安培力方向沿紙面向上，大小為eq\f(\r(2)BIR,2)，A正確．答案A4.將閉合通電導(dǎo)線圓環(huán)平行于紙面緩慢地豎直向下放入水平方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖3所示，則在通電圓環(huán)從剛進(jìn)入到完全進(jìn)入磁場的過程中，所受的安培力的大小 ()．圖3A．逐漸增大B．逐漸變小C．先增大后減小D．先減小后增大解析通電圓環(huán)受到的安培力大小F＝ILB，其中I、B分別為所通電流大小、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，L指有效長度，它等于圓環(huán)所截邊界線的長度．由于L先增大后減小，故安培力先增大后減小，C正確．答案C5.如圖4所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面方向的勻強(qiáng)磁場，一束質(zhì)量和電荷量都相同的帶電粒子以不同的速率沿著相同的方向?qū)?zhǔn)圓心O射入勻強(qiáng)磁場，又都從該磁場中射出，這些粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間有的較長，有的較短．若帶電粒子在磁場中只受磁場力的作用，則在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長的帶電粒子()．圖4A．在磁場中的周期一定越大B．速率一定越大C．偏轉(zhuǎn)角越小D．速率一定越小解析由T＝eq\f(2πm,qB)，可知粒子周期相同，又r＝eq\f(mv,qB)∝v，可知線速度越大，半徑越大，如圖所示，半徑越大，偏轉(zhuǎn)角θ越小，圓心角等于偏轉(zhuǎn)角θ，t＝eq\f(θ,2π)T∝θ，因此在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越長的帶電粒子速率一定越小，綜上可知D正確．答案D6.如圖5所示，在x軸上方存在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.在xOy平面內(nèi)，從原點(diǎn)O處沿與x軸正方向成θ角(0<θ<π)以速率v發(fā)射一個(gè)帶正電的粒子(重力不計(jì))，則下列說法正確的是 ()．圖5A．若θ一定，v越大，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短B．若θ一定，v越大，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的角速度越大C．若v一定，θ越大，則粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間越短D．若v一定，θ越大，則粒子在離開磁場的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn)解析粒子運(yùn)動(dòng)周期T＝eq\f(2πm,Bq)，當(dāng)θ一定時(shí)，粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝eq\f(2π－2θ,2π)T＝eq\f(π－θ,π)T，ω＝eq\f(2π,T).由于t、ω均與v無關(guān)，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確．當(dāng)v一定時(shí)，由r＝eq\f(mv,Bq)知，r一定．當(dāng)θ從0變至eq\f(π,2)的過程中，θ越大，粒子離開磁場的位置距O點(diǎn)越遠(yuǎn)；當(dāng)θ大于eq\f(π,2)時(shí)，θ越大，粒子離開磁場的位置距O點(diǎn)越近，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案C二、多項(xiàng)選擇題7．如圖6是醫(yī)用回旋加速器示意圖，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，并分別與高頻電源相連．現(xiàn)分別加速氘核(eq\o\al(2,1)H)和氦核(eq\o\al(4,2)He)．下列說法中正確的是 ()．圖6A．它們的最大速度相同B．它們的最大動(dòng)能相同C．它們?cè)贒形盒中運(yùn)動(dòng)的周期相同D．僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能答案AC8.如圖7所示，表面粗糙的斜面固定于地面上，并處于方向垂直紙面向外、強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中．質(zhì)量為m、帶電量為＋Q的小滑塊從斜面頂端由靜止下滑．在滑塊下滑的過程中，下列判斷正確的是 ()．圖7A．滑塊受到的摩擦力不變B．滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能與B的大小有關(guān)C．滑塊受到的洛倫茲力方向垂直斜面向下D．B很大時(shí)，滑塊可能靜止于斜面上解析根據(jù)左手定則可知，滑塊受到垂直斜面向下的洛倫茲力，C對(duì)．隨著滑塊速度的變化，洛倫茲力大小變化，它對(duì)斜面的壓力大小發(fā)生變化，故滑塊受到的摩擦力大小變化，A錯(cuò)．B越大，滑塊受到的洛倫茲力越大，受到的摩擦力也越大，摩擦力做功越多，據(jù)動(dòng)能定理，滑塊到達(dá)地面時(shí)的動(dòng)能就越小，B對(duì)．由于開始時(shí)滑塊不受洛倫茲力就能下滑，故B再大，滑塊也不可能靜止在斜面上，D錯(cuò)．答案BC9.如圖8所示，在虛線所包圍的圓形區(qū)域內(nèi)有方向垂直于圓面向里的勻強(qiáng)磁場，從磁場邊緣的A點(diǎn)沿半徑方向射入一束速率不同的質(zhì)子，這些質(zhì)子在磁場里運(yùn)動(dòng)的過程中，以下說法正確的是 ()．圖8A．周期相同，但運(yùn)動(dòng)時(shí)間不同，速率大的運(yùn)動(dòng)時(shí)間長B．運(yùn)動(dòng)半徑越大的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短，偏轉(zhuǎn)角越小C．質(zhì)子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相等D．運(yùn)動(dòng)半徑不同，運(yùn)動(dòng)半徑越大的質(zhì)子向心加速度越大解析因?yàn)锽qv＝meq\f(v2,r)，所以r＝eq\f(mv,Bq)，v大，則r大．周期T＝eq\f(2πr,v)＝eq\f(2πm,Bq)，則周期與運(yùn)動(dòng)速度大小無關(guān)．運(yùn)動(dòng)時(shí)間t＝eq\f(θ,2π)T＝eq\f(2arctan\f(R,r),2π)T，所以v大，則r大、θ小、t小，選項(xiàng)A、C錯(cuò)，B對(duì)．向心加速度a＝eq\f(Bqv,m)，r大，則v大，a也大，選項(xiàng)D對(duì)．答案BD10.如圖9所示，質(zhì)量為m，電荷量為＋q的帶電粒子，以不同的初速度兩次從O點(diǎn)垂直于磁感線和磁場邊界向上射入勻強(qiáng)磁場，在洛倫茲力作用下分別從M、N兩點(diǎn)射出磁場，測得OM∶ON＝3∶4，則下列說法中錯(cuò)誤的是 ()．圖9A．兩次帶電粒子在磁場中經(jīng)歷的時(shí)間之比為3∶4B．兩次帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的路程長度之比為3∶4C．兩次帶電粒子在磁場中所受的洛倫茲力大小之比為3∶4D．兩次帶電粒子在磁場中所受的洛倫茲力大小之比為4∶3解析設(shè)OM＝2r1，ON＝2r2，故eq\f(r1,r2)＝eq\f(OM,ON)＝eq\f(3,4)，路程長度之比eq\f(sM,sN)＝eq\f(πr1,πr2)＝eq\f(3,4)，B正確；由r＝eq\f(mv,qB)知eq\f(v1,v2)＝eq\f(r1,r2)＝eq\f(3,4)，故eq\f(FM,FN)＝eq\f(qv1B,qv2B)＝eq\f(3,4)，C正確，D錯(cuò)誤；由于T＝eq\f(2πm,Bq)，則eq\f(tM,tN)＝eq\f(\f(1,2)TM,\f(1,2)TN)＝1，A錯(cuò)．答案AD11.利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域．如圖10是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差，下列說法中正確的是()．圖10A．若元件的載流子是自由電子，則D側(cè)面電勢(shì)高于C側(cè)面電勢(shì)B．若元件的載流子是自由電子，則C側(cè)面電勢(shì)高于D側(cè)面電勢(shì)C．在測地球赤道上方的地磁場強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持豎直D．在測地球赤道上方的地磁場強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平解析自由電子定向移動(dòng)方向與電流方向相反，由左手定則可判斷電子受洛倫茲力作用使其偏向C側(cè)面，則C側(cè)面電勢(shì)會(huì)低于D側(cè)面，A正確，B錯(cuò)．地球赤道上方的地磁場方向水平向北，霍爾元件的工作面應(yīng)保持豎直才能讓地磁場垂直其工作面，C正確，D錯(cuò)．答案AC12.如圖11所示，光滑的金屬軌道分水平段和圓弧段兩部分，O點(diǎn)為圓弧的圓心．兩金屬軌道之間的寬度為0.5m，勻強(qiáng)磁場方向如圖，大小為0.5T．質(zhì)量為0.05kg、長為0.5m的金屬細(xì)桿置于金屬軌道上的M點(diǎn)．當(dāng)在金屬細(xì)桿內(nèi)通以電流強(qiáng)度為2A的恒定電流時(shí)，金屬細(xì)桿可以沿桿向右由靜止開始運(yùn)動(dòng)．已知MN＝OP＝1m，則 ()．圖11A．金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)的加速度為10m/s2B．金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度大小為5m/sC．金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的向心加速度大小10m/s2D．金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)對(duì)每一條軌道的作用力大小為0.75N解析金屬細(xì)桿在水平方向受到安培力作用，安培力大小FA＝BIL＝0.5×2×0.5N＝0.5N，金屬細(xì)桿開始運(yùn)動(dòng)的加速度為a＝eq\f(FA,m)＝10m/s2，選項(xiàng)A正確；對(duì)金屬細(xì)桿從M點(diǎn)到P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程，安培力做功WA＝FA·(MN＋OP)＝1J，重力做功WG＝－mg·ON＝－0.5J，由動(dòng)能定理得WA＋WG＝eq\f(1,2)mv2，解得金屬細(xì)桿運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)的速度大小為v＝eq\r(20)m/s，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；金屬細(xì)桿運(yùn)