（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(時間:90分鐘滿分:100分)一、單項選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個選項中,只有一項是符合題目要求的)1.下列關(guān)于運動電荷和磁場的說法,正確的是()A.運動電荷在某點不受洛倫茲力作用,這點的磁感應(yīng)強度必為零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動,電荷就一定不受磁場的作用力答案:D解析:運動電荷的速度方向如果和磁場方向平行,運動電荷不受洛倫茲力作用,故A錯誤;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錯誤;洛倫茲力對運動電荷不做功,故C錯誤;只有運動電荷在磁場中的運動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動,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;因為la>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)強度的方向可能是()A.沿z軸正方向 B.沿z軸負方向C.沿x軸正方向 D.沿y軸負方向答案: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)強度的方向可能沿y軸的負方向,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垂直于紙面向外運動,下列方法不可以的是()A.將A、C端接在電源正極,B、D端接在電源負極B.將B、D端接在電源正極,A、C端接在電源負極C.將A、D端接在電源正極,B、C端接在電源負極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垂直于紙面向外運動,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)強度大小的實驗裝置如圖所示。磁鐵放在水平放置的電子測力計上,兩極之間的磁場可視為水平勻強磁場。其余區(qū)域磁場的影響可忽略不計。此時電子測力計的示數(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)、滑動變阻器和電流表連成回路。閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片。當電流表示數(shù)為I時,電子測力計的示數(shù)為G2,測得銅條在勻強磁場中的長度為l。銅條始終未與磁鐵接觸,對上述實驗,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)強度大小為GC.銅條所在處磁場的磁感應(yīng)強度大小為GD.銅條所在處磁場的磁感應(yīng)強度大小為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A錯誤;由牛頓第三定律可知,銅條對磁鐵有向下的作用力,使得電子測力計的示數(shù)增加,由平衡知識可知G2G1=BIl,解得B=G26.兩個質(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方向射入圓形勻強磁場區(qū)域,其運動軌跡如圖所示。若不計粒子的重力,則下列說法正確的是()A.a粒子帶正電,b粒子帶負電B.a粒子在磁場中所受的洛倫茲力較大C.b粒子的動能較大D.b粒子在磁場中運動的時間較長答案:C解析:由左手定則可判定a帶負電,b帶正電,A錯誤;由于b粒子軌道半徑大,因而b粒子速率大,動能大,所受洛倫茲力大,選項C正確,B錯誤;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粒子在磁場中運動時間較短,選項D錯誤。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)存在著勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向垂直于紙面向里,在a、b兩板間還存在著勻強電場E。從兩板左側(cè)中點c處射入一束正離子(不計重力),這些正離子都沿直線運動到右側(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、磁場中的運動,速度選擇器的知識。正離子在金屬板中做直線運動,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)、勻強磁場和勻強電場中,軌道兩端在同一高度上。三個相同的帶正電小球同時從軌道左端最高點由靜止開始沿軌道運動,P、M、N分別為軌道的最低點,如圖所示,則下列有關(guān)判斷正確的是()A.小球第一次到達軌道最低點的速度關(guān)系vP=vM>vNB.小球第一次到達軌道最低點時對軌道的壓力關(guān)系FP=FM>FNC.小球從開始運動到第一次到達軌道最低點所用的時間關(guān)系tP<tM<tND.三個小球到達軌道右端的高度都不相同,但都能回到原來的出發(fā)點位置答案:A解析:小球沿P、M軌道下滑過程都只有重力做功,根據(jù)動能定理WG=mgR=12mv2知到達底端速度相等;沿N軌道下滑過程電場力做負功,根據(jù)動能定理WGW電=12mvN2,其到達最低點的速度要小于沿P、M軌道下滑情況,故選項A正確。根據(jù)上述分析知到達最低點的時間關(guān)系tP=tM<tN,故選項C錯誤。選項B中,小球沿P軌道到達底端時,根據(jù)牛頓第二定律FPmg=二、多項選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個選項中,有多項符合題目要求,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磁場?，F(xiàn)用水平恒力F拉b物塊,使a、b一起無相對滑動地向左做加速運動,則在加速運動階段()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a、b運動時,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A錯誤,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C錯誤,D正確。11.下圖是一個回旋加速器示意圖,其核心部分是兩個D形金屬盒,兩金屬盒置于勻強磁場中,并分別與高頻交流電源相連?，F(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;最大動能Ek=12mv2,因為兩粒子的質(zhì)量不同,最大速度相同,所以最大動能不同,B錯誤;高頻交流電源的頻率f=12.A、B兩個離子同時從勻強磁場的直邊界上的P、Q點分別以60°和30°(與邊界的夾角)射入磁場,又同時分別從Q、P點穿出,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為負離子B.A、B兩離子運動半徑之比為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為負離子,B向左偏轉(zhuǎn),根據(jù)左手定則知,B為正離子,故A錯誤;離子在磁場中做圓周運動,以A離子為例運動軌跡如圖所示,由幾何關(guān)系可得r=l2sinθ,l為PQ的距離,則A、B兩離子運動半徑之比為lsin60°∶lsin30°=1∶3,故B正確;離子的速率為v=r·2θt,時間相同,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)地球是個大磁體,在赤道上,地磁場可以看成是沿南北方向的勻強磁場。如果赤道某處的磁感應(yīng)強度大小為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,方向為。

答案:3.0×102N豎直向下解析:地磁場的磁感應(yīng)強度為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,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粒子動能與質(zhì)子相同。帶電粒子進入磁場做勻速圓周運動的周期T=2πmqB,所以α粒子的周期是質(zhì)子運動周期的2倍,即所加交變電場的周期的比為2∶15.(10分)如圖所示,在一直流電動機的氣隙中(磁極和電樞之間的區(qū)域),磁感應(yīng)強度為0.8T。假設(shè)在勻強磁場中垂直放有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)動的方向。答案:(1)480N(2)從外向里看為順時針方向解析:(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,線圈順時針方向轉(zhuǎn)動。16.(10分)水平面上有電阻不計的U形導(dǎo)軌NMPQ,它們之間的寬度為l,M和P之間接入電動勢為E的電源(不計內(nèi)阻)。現(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,并加一個范圍較大的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,方向與水平面夾角為θ且指向右上方,如圖所示。(1)當ab棒靜止時,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的絕緣細線懸掛在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為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,小球運動的平面與B的方向垂直。若整個過程中,小球電荷量不變,則小球第一次和第二次經(jīng)過最低點C時懸線的拉力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運動到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,由動能定理有mgl=12mv在C點,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點時,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電場,虛線上下有相同的勻強磁場,磁感應(yīng)強度為B,方向垂直于紙面向外;ab是一根長為l的絕緣細桿,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)從a端由靜止釋放后,小球先做加速運動,后做勻速運動到達b端。已知小球與絕緣桿間的動摩擦因數(shù)μ=0.3,當小球脫離桿進入虛線下方后,運動軌跡是半圓,圓的半徑是l3(1)小球到達b