物理选择性必修第二册第一章安培力与洛仑兹力单元测试试卷(人教版...

考试范围：选择性必修第二册第一章安培力与洛仑兹力

 考试时间：75分钟命题人：邓老师

注意事项：

1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息

2．请将答案正确填写在答题卡上

第I卷（选择题）

一、单选题(共28分)

1．(本题4分)关于磁感应强度B、电流I、导线长度L和电流所受磁场力F的关系，下面的说法中正确的是（　　）

A．在B=0的地方，F一定等于零

B．在F=0的地方，B一定等于零

C．若B=1 T，I=1 A，L=1 m，则F一定等于1 N

D．若L=1 m，I=1 A，F=1 N，则B一定等于1 T

2．(本题4分)如图所示，摆球上带有负电的单摆，在一匀强磁场中摆动，匀强磁场的方向垂直于纸面向里，摆球在A、间摆动过程中，由A摆到最低点时，摆线拉力大小为，摆球加速度大小为；由摆到最低点时，摆线拉力大小为，摆球加速度大小为，则（　　）

A．， ．，

C．， ．，

3．(本题4分)如图所示，两根相同的轻质弹簧竖直悬挂在天花板下方，两弹簧下端连接一导体棒，导体棒处于磁感应强度大小为1.0T、宽度为10cm的有界匀强磁场中，当给导体棒通以2A的电流，平衡时发现弹簧的伸长量是不通电流时的2倍。若弹簧始终处于弹性限度内，导体棒一直处于水平，重力加速度大小为10m/s2，则导体棒的质量为（　　）

A．50g ．20g ．5g ．2g

4．(本题4分)为了降低潜艇噪音，可用电磁推进器替代螺旋桨。如图为直线通道推进器示意图。推进器前后表面导电，上下表面绝缘，规格为：a×b×c＝0.5 m×0.4 m×0.3 m。空间内存在由超导励磁线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B＝10.0 T，方向竖直向下，若在推进器前后方向通以电流I＝1.0×103 A，方向如图。则下列判断正确的是（　　）

A．推进器对潜艇提供向左的驱动力，大小为5.0×103 N

B．推进器对潜艇提供向右的驱动力，大小为4.0×103 N

C．超导励磁线圈中的电流方向为PQNMP方向

D．通过改变流过超导励磁线圈或推进器的电流方向可以实现倒行功能

5．(本题4分)用回旋加速器可获得高能量的粒子，两个形金属盒分别与高频交流电源两极相连接，在两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，两形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。用此回旋加速器加速质子时，高频交流电的周期为，质子获得的最大动能为，加速粒子时，高频交流电的周期为，粒子获得的最大动能为，匀强磁场的磁感应强度不变，则（ ）

A． ．

C． ．

6．(本题4分)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源产生一个质量为、电荷量为的正离子，离子产生出来时的速度很小，可以认为是静止的。离子产生出来后经过电压加速，进入磁感应强度为的匀强磁场，沿着半圆周运动最后到达照相底片上，测得它在上的位置到入口处的距离为，若某离子通过上述装置后，测得它在上的位置到入口处的距离大于，则说明（　　）

A．离子的质量一定变大 ．加速电压一定变大

C．磁感应强度一定变大 ．离子所带电荷量可能变小

7．(本题4分)如图甲为市面上常见的一种电动车，图乙为这种电动车的电动机的工作示意图。电动机电路两端电压为10V，额定功率为200W，A、B为线圈上的两点。下列选项中不正确的是（　　）

A．在额定功率下运行时，电动机电路中的电流大小为20A

B．电刷a接入电路正极，电刷b接入电路负极

C．A点与B点间电流方向在不断变化

D．直流电源可以驱动该电动机正常工作

二、多选题(共15分)

8．(本题5分)如图所示为电流天平原理示意图，天平的右臂下面挂有一个矩形线圈，线圈匝数为N，水平边长为L，线圈的下部处在匀强磁场中，磁场方向垂直纸面。现用其来测量匀强磁场的磁感应强度。当线圈中通有电流I（方向如图）时，在天平左、右两边加上质量分别为m1、m2的砝码，天平平衡。当电流反向（大小不变）时，左边再加上质量为m的砝码后，天平重新平衡，已知重力加速度为g。由此可知（　　）

A．磁感应强度的方向垂直纸面向里 ．磁感应强度的方向垂直纸面向外

C．磁感应强度大小为 ．磁感应强度大小为

9．(本题5分)如图所示为磁流体发电原理图，相互平行的金属板P、Q水平放置，其间存在磁感应强度为B的水平匀强磁场，大量正、负离子的等离子体以速度v垂直于磁场方向射入P、Q两板之间，两极板间距离为d。现将P、Q两极板与电阻R相连，不计P、Q两板间的电阻，下列说法正确的是（　　）

A．极板P的电势比极板Q的电势低

B．极板P的电势比极板Q的电势高

C．两极板间电压稳定后，极板P、Q间电压为Bdv

D．仅减小P、Q两极板间的正对面积，稳定后，两极板间的电压减小

10．(本题5分)平行板电容器充电后断开电源，一带负电小球（可视为质点）水平射入两极板之间，落在下板的D点，如图所示，设小球进入平行板电容器的位置和射入速度均不变。下列说法正确的是（　　）

A．将下极板向下移动小球可能飞出电容器

B．将上极板向上移动小球可能飞出电容器

C．在极板间加入垂直纸面向里的匀强磁场小球可能飞出电容器

D．在极板向加入垂直纸面向外的匀强磁场小球可能飞出电容器

第II卷（非选择题）

三、实验题(共22分)

11．(本题6分)用图甲所示装置测量磁场的磁感应强度和某导电液体(有大量的正、负离子)的电阻率．水平管道长为l、宽度为d、高为h，置于竖直向上的匀强磁场中．管道上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S、电阻箱R、灵敏电流表G(内阻为Rg)连接．管道内始终充满导电液体，液体以恒定速度v自左向右通过．闭合开关S，调节电阻箱的取值，记下相应的电流表读数．

(1)图乙所示电阻箱接入电路的电阻值为________Ω．

(2)与N板相连接的是电流表G的_________极(填“正”或“负”)．

(3)图丙所示的电流表读数为_________μA．

(4)将实验中每次电阻箱接入电路的阻值R与相应的电流表读数I绘制出图象为图丁所示的倾斜直线，其延长线与两轴的交点坐标分别为(-a，0)和(0，b)，则磁场的磁感应强度为_________，导电液体的电阻率为________．

12．(本题16分)近年来，我国打响了碧水保卫战，暗访组在某化工厂的排污管末端安装了如图1所示的流量计，用此装置测量磁场的磁感应强度和污水（有大量的正、负离子）的电阻，进而用来测污水的电阻率。测量管由绝缘材料制成，其直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下（未画出），在前后两个内侧面A、C上固定有竖直正对的金属板作为电极（未画出，电阻不计），金属板电极与开关S、电阻箱R和灵敏电流计连接，管道内始终充满污水，污水以恒定的速度v自左向右通过，闭合开关S，调节电阻箱的阻值，记下相应灵敏电流计的读数。

(1)利用图2中的电路测量灵敏电流计的内阻Rg，图中R1和R2为电阻箱，S1和S2为开关，已知灵敏电流计的满偏电流为Ig。断开S2，闭合S1，调节R1，使灵敏电流计满偏；保持R1的阻值不变，闭合S2，调节R2，当灵敏电流计的示数为Ig时电阻箱R2的阻值为R0。忽略S2闭合前后电路中总电阻的变化，经计算得Rg=___________，该测量值与灵敏电流计内阻的真实值相比___________（选填“偏大”“偏小”或“相等”）；

(2)用游标卡尺测量测量管直径D，示数如图3所示，直径D=___________mm；

(3)与A极相连的是灵敏电流计的___________接线柱（填“正”或“负”）；

(4)由实验中每次电阻箱接入电路的阻值R与相应的电流表读数I绘制的­R图像如图4所示，则磁感应强度的大小B为___________，污水接入电路的电阻为___________。（用题中的字母a、b、c、v、D、R0表示）

四、解答题(共35分)

13．(本题4分)如图，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度，磁场内有一块足够大的平面感光板，板面与磁场方向平行，在距的距离处，有一个点状的放射源，它向各个方向发射粒子，粒子的速度都是，已知粒子的电荷与质量之比，现只考虑在图纸平面中运动的粒子，已知。求：

（1）粒子在磁场中运动的半径

（2）能够打中感光板的粒子在磁场中运动的最短时间。

14．(本题6分)如图所示，在平面直角坐标xOy中，在第三象限有一电压U=1.0×104V的加速电场，第二象限有一圆弧状静电分析器，静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，其圆心在坐标原点O处。在第一象限及y<-0.5m区域存在场强大小相同方向相反（均垂直xoy平面）的匀强磁场B，在-0.5m（1）求圆弧虚线对应的半径R的大小；

（2）匀强磁场磁感应强度B的大小；

（3）若从粒子经过Q点开始计时，求最后打在荧光屏上的时刻。（结果保留3位有效数字）

15．(本题10分)如图所示，太极图由“阴鱼”和“阳鱼”构成，其边界是以O点为圆心、R为半径的圆，内部由以O1点和O2点为圆心、等半径的两个半圆分割成上下两部分，其中上部分为“阳鱼”，下部分为“阴鱼”。O1、O2、O三点共线，A、C两点分别在半圆O1与O2的圆周上且，。 “阳鱼”内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，“阳鱼”与“阴鱼”的边界上无磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子P（不计粒子所受重力）从O点以大小为v0的速度沿OO2方向射入“阳鱼”，并从A点沿AO1方向进入“阴鱼”。

（1）求“阳鱼”内磁场的磁感应强度大小B；

（2）若同种粒子Q从C点沿CO2方向射入“阳鱼”，要使粒子Q不会进入“阴鱼”，求粒子Q从C点射入“阳鱼”时的速度大小应满足的条件。

16．(本题15分)如图所示，在xOy坐标系中的第一象限内存在沿x轴正方向的匀强电场，第二象限内存在可调节的垂直于纸面的匀强磁场（图中未画出）。一粒子源固定在x轴上M（L，0）点，沿y轴正方向释放出速度大小均为v0的电子，电子经电场后恰好从y轴上的N点进入第二象限。已知电子的质量为m，电荷量的绝对值为e，电场强度，不考虑电子的重力和电子间的相互作用，求：

（1）ON的距离；

（2）若第二象限充满匀强磁场，要使电子从x＝－2L处射出第二象限，则所加磁场的大小和方向；

（3）若第二象限内的磁场是一个垂直于纸面向外的圆形有界磁场，磁感应强度为B，要使电子经磁场偏转后通过x轴时，与x轴的夹角为60°，已知粒子此后未进入第一象限，则圆形磁场的最小面积。

参

1．A

【详解】

A．在B=0的地方，一定没有磁场力，F一定等于零，故A正确；

B．在F=0的地方，B不一定等于零，也有可能是导线与磁场方向平行，故B错误；

CD．应用公式B=或F=BIL时要注意导线必须垂直于磁场方向放置，故CD错误。

故选A。

2．B

【详解】

CD．由于洛伦兹力不做功，所以摆球由到达和由A到达的速度大小相等，由

可得

故CD错误。

AB．当由A运动到时，以摆球为研究对象，受力分析如图甲所示

当由运动到时，受力分析如图乙所示

因此

故A错误，B正确。

故选B。

3．B

【详解】

不通电时

通电时

解得

m=0.02kg=20g

故选B。

4．D

【详解】

AB．磁场方向向下，电流方向向里，根据左手定则，推进器所受安培力方向向左，因此驱动力方向向左，根据安培力公式有

AB错误；

C．磁场方向向下，根据安培定则可判定超导励磁线圈中的电流方向为PMNQP方向，C错误；

D．改变流过超导励磁线圈或推进器的电流方向，根据左手定则可知驱动力方向相反，可以实现倒行功能，D正确。

故选D。

5．C

【详解】

AB．回旋加速器高频交流电的周期等于被加速粒子在磁场中做圆周运动的周期，即

由于质子的比荷比粒子的比荷大，因此

AB错误；

CD．粒子在磁场中偏转，洛伦兹力提供向心力

解得

被加速后获得的动能

由此得到

C正确，D错误。

故选C。

6．D

【详解】

在加速电场中，根据动能定理有

得

进入磁场后，有

又

所以

可以看出，变大，可能是因为变大或变大或变小或变小。

故选D。

【规律总结】

质谱仪是研究同位素的一种重要的设备，带电粒子加速后，获得动能，以一定的初速度进入偏转磁场，洛伦兹力提供向心力，到达照相底片上的位置和入射点间的距离是偏转半径的两倍。

7．B

【详解】

A．电动机的电功率表达式为，代入题中数据可得

解得

A项正确；

B．磁场方向在磁体外部由N极指向S极，由电动机运转方向可知，段受力方向向上，再由左手定则可知，电流方向由A指向B，故b为正极，a为负极，B项错误；

C．电动机转过180°后两半铜环所接电刷互换，间电流方向改变，依次类推可知，A点与B点间电流方向不断改变，C项正确；

D．直流电源可以驱动该电动机正常工作，D项正确。

此题选择不正确的选项，故选B。

【命题意图】

本题以电动车为背景，主要考查理解能力、推理论证能力，体现科学思维、科学探究、科学态度与责任的要求。

8．BD

【详解】

若磁感应强度B的方向垂直纸面向里，开始线圈所受安培力的方向向向下，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向上，相当于右边少了两倍的安培力大小，所以右边应加砝码；若磁感应强度B的方向垂直纸面向外，开始线圈所受安培力的方向向向上，电流方向相反，则安培力方向反向，变为竖直向下，相当于右边多了两倍的安培力大小，需要在左边加砝码，有

所以

故BD正确，AC错误。

9．BC

【详解】

AB．由左手定则可知，正离子偏向P板，负离子偏向Q板，则极板P的电势比极板Q的电势高，A错误，B正确；

C．两极板间电压稳定后，则

即极板P、Q间电压为

U=Bdv

C正确；

D．由上述分析可知，稳定后两板间的电压与两板正对面积无关，D错误。

故选BC。

10．AD

【详解】

A．平行板电容器充电后断开电源，则电量Q不变，将下极板向下移动，则两板之间的距离d变大，根据公式

可知改变两极板间距，不会改变E。带电小球做类平抛运动，竖直方向受到的重力和电场力都没有发生变化，所以竖直方向的加速度不变，但小球到下极板竖直方向的距离变大，因此小球做类平抛运动的时间变长。水平方向做匀速直线运动，因为时间变长，所以有可能飞出电容器，A正确；

B．将上极板向上移动，E不变，竖直方向的加速度不变，小球到下极板竖直方向的距离不变，因此小球做类平抛运动的时间不变。水平方向做匀速直线运动，因为时间不变，所以不可能飞出电容器，B错误；

C．在极板间加入垂直纸面向里的匀强磁场，故小球初始时受到重力、电场力和竖直向下的洛伦兹力，因此小球会更快运动到下极板，所以小球不可能飞出电容器，C错误；

D．在极板间加入垂直纸面向外的匀强磁场，故小球初始时受到重力、电场力和竖直向上的洛伦兹力，小球存在受力平衡的情况，所以小球可能飞出电容器，D正确。

故选AD。

11．2负    24.0     

【详解】

（1）电阻箱的示数：，（2）根据左手定则可知，带正电的粒子向前表面偏转，带负电的粒子向后表面偏转，故N带负电，则与N板相连接的是电流表G的负极；（3）丙所示的电流表读数为；（4）液体以恒定速度v自左向右通过管道，则所受的电场力与洛伦兹力平衡，即，又，解得：，则回路中产生的电流为，变形得：，由题知斜率，解得：，纵截距离，解得：，根据电阻定律得：，其中，联立解得：.

【点睛】

当液体以稳定速度通过时电场力与磁场力平衡，求出两端的电压，根据闭合电路的欧姆定律求出电流，再根据图象所给信息求出相关的物理量．

12．2R0 偏小    30.35    正  

【详解】

(1)[1][2]由欧姆定律可得

所以灵敏电流计的内阻

Rg＝2R0

增加一条支路，总电阻减小，总电流增大，所以通过R2的电流比大，灵敏电流计电阻的真实值大于2R0，所以测量值与灵敏电流计内阻的真实值相比偏小；

(2)[3]由游标卡尺读数原理可得，直径

D＝（30＋7×0.05） mm＝30.35 mm；

(3)[4]由左手定则可得正离子往A极方向运动、负离子往C极方向运动，所以与A极相连的是灵敏电流计的正接线柱；

(4)[5][6]由

得电源电动势为

U＝BDv

由欧姆定律可得

其中r为污水的电阻，所以

由图像可得斜率

所以磁感应强度B的大小为 纵截距

所以

Rg＋r＝

故

r＝－2R0

13．（1）10cm；（2）

【详解】

（1）α粒子带正电，故在磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动，用R表示轨道半径，有

（2）当粒子达到板上用时间最短时，粒子在磁场中做圆周运动的弧长最短，弦最短，即当弦长为L=16cm时，时间最短，根据几何关系可知，此时圆弧所对的圆心角为106°。则最短时间

14．（1）0.2m；（2）0.25T；（3）

【详解】

（1）粒子在加速电场中加速，根据动能定理有

解得

粒子在辐向电场中做匀速圆周运动，电场力提供向心力，根据牛顿第二定律有

解得

R=0.2m

（2）粒子从y轴上Q点垂直y轴进入第一象限，然后垂直x轴射出第一象限，说明粒子在第一象限磁场中做匀速圆周运动的半径

r=R

根据牛顿第二定律有

解得

B=0.25T

（3）粒子垂直x轴射出第一象限进入电场E，设穿出电场时速度为v'，根据动能定理有

解得

根据牛顿第二定律有

解得

r'=0.1m

粒子在电场中单程时间

从粒子经过B点开始计时，最后打在荧光屏上的时刻

15．（1）；（2）

【详解】

(1)粒子P在“阳鱼”内做圆周运动的轨迹如图甲所示，根据几何关系，轨迹圆的半径

又

解得

(2)设粒子以大小为的速度从C点沿方向射入“阳鱼”时，其轨迹恰好与圆相切，如图乙所示。根据几何关系，轨迹圆的半径为R，又

解得

粒子Q从C点射入“阳鱼”时的速度大小应满足的条件为

16．（1）；（2），垂直于纸面向外 ；（3） 或

【详解】

（1）从M到N的过程中，电子做类平抛运动，有

解得

则ON的距离为。　

（2）设电子到达N点的速度大小为v，方向与y轴正方向的夹角为，由动能定理有

根据速度关系可得

解得

，

设电子在磁场中运动的半径为r，由图可知

可得

又有电子在磁场中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律

解得

垂直于纸面向外。　　

（3）①当电子与x轴负方向的夹角为60°时，其运动轨迹图如图

电子在磁场中偏转90°后射出，则磁场最小半径

解得

②当电子与x轴正方向的夹角为60°时，其运动轨迹图如图，电子在磁场中偏转150°后射出，则磁场最小半径

解得