第一单元 磁场对电流的作用（基础夯实）-高二物理教科版（2019）选择性必修第二册单元巩固检测

第一单元磁场对电流的作用（基础夯实）—高二物理教科版（2019）选择性必修第二册单元巩固检测（试卷满分：100分；考试时间：60分钟）一、选择题：本题共12小题，共60分。在每小题给出的四个选项中，第1~8题只有一项符合题目要求，每小题5分；第9~12题有多项符合题目要求，全部选对得5分，选对但不全得2分，选错得0分。1.如图所示，四根相同长直导线处于正方形的四个顶点上，O为正方形的中心，导线中均通有方向垂直纸面向里、大小相同的电流。若将其中一根导线中的电流反向，中心O处的磁感应强度大小为；若将其中两根导线中的电流反向，中心O处的磁感应强度大小可能为()A. B. C. D.2.科学史上，有一项发现的核反应方程是。如图，让核和X核从S点沿图示垂直于磁场的方向进入有界匀强磁场区域，若仅考虑磁场对核的洛伦兹力，则在磁场中()A.核和X核的径迹均在Ⅰ区B.核的径迹在Ⅱ区，X核的径迹在Ⅰ区C.核和X核运动的半径之比一定为17:8D.核和X核运动的周期之比一定为17:83.如图所示，一个质量为m、电荷量为q、不计重力的带电粒子从x轴上的P点以速度v沿与x轴正方向成60°的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直于y轴从Q点射出第一象限。已知，则()A.粒子带正电B.粒子运动的轨道半径为C.匀强磁场的磁感应强度为D.粒子在第一象限中运动的时间为4.如图所示为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一组核从加速器的A处由静止开始加速，运动一段时间后从加速器出口C处射出。已知D型盒的半径为R，高频交变电源的电压为U、频率为f，氘核质量为m。下列说法正确的是()A.氘核在D形盒中运动时间与加速电压U无关B.氘核的最大动能为C.氘核第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为D.若要加速粒子，交流电的频率f不需要改变5.如图所示，绝缘水平面上，虚线左侧有垂直于水平面向上的匀强磁场、右侧有垂直水平面向下的匀强磁场，两磁场的磁感应强度大小均为B，由相同材料粗细均匀的金属棒组成的正三角形线框ABC固定在水平面上，线框关于虚线对称，通过A、B两点给线框通入大小为I的恒定电流，正三角形的边长为L，则线框受到的安培力大小为()A.0 B. C. D.6.质谱仪的工作原理如图所示，大量带正电的粒子，从容器A下方小孔飘入加速电场，从飞出后，经沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场，最后打到照相底片D上。则粒子打到底片时，距越远的粒子()A.速度越大 B.动量越大 C.动能越小 D.比荷越小7.如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，为其左边界，磁场中沿磁场方向放置一表面涂有荧光材料、底面半径为R的圆柱体，电子打到圆柱体表面时荧光材料会发出荧光，且被圆柱体吸收。圆柱体的底面圆心O到磁场边界的距离为。一平行电子束以垂直边界向右的初速度射入磁场，已知电子质量为m，电荷量为e，则图示截面圆上发光部分的长度等于()A. B. C. D.8.如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里，图中虚线为磁场的边界，其中段是半径为R的四分之一圆弧，、的延长线通过圆弧的圆心，长为R。一束质量为m、电荷量为的粒子，在纸面内以不同的速率从O点垂直射入磁场，已知所有粒子均从圆弧边界射出，其中为如图所示的圆弧边界上的两点，不计粒子间的相互作用和重力。则下列分析中正确的是()A.所有粒子所用最短时间为B.所有粒子所用最短时间为C.从M点射出粒子的速率一定小于从N点射出粒子的速率D.从M点射出粒子在磁场中运动时间大于从N点射出粒子所用时间9.一个半径为R的金属圆环悬挂在弹簧测力计下端，圆环中通有大小恒定的电流，圆环下半部分处在垂直于圆环平面向里的匀强磁场中，圆环静止时弹簧测力计示数为F，如图甲所示；现将圆环缓慢向下移动0.6R，圆环静止时弹簧测力计的示数为1.2F，如图乙所示。下列判断正确的是()A.圆环中电流沿顺时针方向 B.圆环中电流沿逆时针方向C.圆环的重力大小为1.6F D.圆环的重力大小为2F10.如图所示，真空区域有边界为MN、PQ的匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里，MN、PQ的间距为l。α粒子和氢核先后从A点沿着与MN夹角θ为的方向射入磁场中，都刚好没能从PQ边界射出磁场。不计粒子重力，α粒子在磁场中运动的时间和速度大小分别为和，氢核在磁场中运动的时间和速度大小分别为和，则()A.，B.，C.粒子在磁场中运动的半径为 D.粒子在磁场中运动的半径为11.圆形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，O为其圆心，ab、cd和ef为其三条直径，其中cd和ef的夹角，两个比荷大小相等，带有异种电荷的粒子和先后在a点沿aO的连线方向以不同的初速度射入磁场，分别从c点和d点离开磁场，两粒子在磁场中的运动半径分别为和，运动时间分别为和，不计粒子重力，以下说法正确的是()A. B. C. D.12.自1929年劳伦斯提出回旋加速器的原理以来，已经历了整整一个世纪。如图，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D型盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使带电粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D型盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，下列说法正确的是()A.带电粒子从磁场中获得能量B.加速电压越大，粒子离开时的速度越大C.加速氘核和α粒子所需的交流电频率相同D.仅增大磁场的磁感应强度可增大粒子离开时的最大速度二、实验探究题，共16分。13.（8分）某校一物理兴趣小组为了探究通电导线受力与什么因素有关，设计了如图所示的实验。（1）甲同学为了探究安培力大小的影响因素，分别接通“1、4”和“1、2”，发现导线偏转的角度不同，说明导线受到的力的大小与__________有关。（选填“电流I”或“导线在磁场中长度”）（2）乙同学为了探究安培力方向的影响因素，只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）若交换磁极的位置同时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”）。14.（8分）在教材图演示实验中，改变磁铁方向即改变磁场方向，观察不同情况下电子偏转方向，并将实验结果记入表中。磁场方向电子运动方向电子偏转方向_________________________试用左手定则判定电子受到的洛伦兹力方向与实验结果的一致性。三、计算题，共24分。15.（12分）如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，MN、PQ为磁场的边界，磁场区域宽度为d。一束电荷量为e的带电粒子以速度v垂直磁场边界射入磁场中，穿出磁场时速度方向与磁场右边界夹角为45°。不考虑电荷之间的相互作用力，求：（1）粒子的电性；（2）穿越磁场时的轨道半径；（3）该粒子的质量；（4）穿越磁场的时间。16.（12分）如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m、电荷量为的带电粒子从圆周上的M点沿直径MON方向射入磁场。若粒子射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转90°；若射入磁场时的速度大小为，离开磁场时速度方向偏转60°，不计重力，求：粒子两次进入磁场的速度与之比。

答案以及解析1.答案：C解析：设每根导线在O点的磁感应强度为B，若将其中一根导线中的电流反向，则中心O处的磁感应强度大小为解得若将其中两根导线中的电流反向，则有两种情况，第一种情况如图中心O处的磁感应强度大小为第二种情况如图中心O处的磁感应强度大小为0。故选C。2.答案：D解析：AB.核反应前后质量数和电荷数守恒，所以X为质子，根据左手定则可知，在S点两粒子均受到竖直向下的洛伦兹力，其径迹均在Ⅱ区，故AB错误；C.根据洛伦兹力提供向心力有所以由于两粒子的速度大小未知，所以不能确定半径大小关系，故C错误；D.粒子运动的周期为所以运动的周期之比一定为17:8，故D正确。故选D。3.答案：C解析：A.根据左手定则可知，该粒子带负电，故A错误；B.做出粒子在磁场中的运动轨迹如图所示由几何关系可得解得故B错误；C.根据洛伦兹力充当向心力有解得故C正确；D.根据几何关系可知粒子在磁场中转过的圆心角为，而粒子做圆周运动的周期将代入可得由此可得粒子在第一象限内运动的时间故D错误；故选C。4.答案：D解析：AB.氘核最大速度则获得的最大动能为加速的次数为解得由于D形盒的半径R不变，氘核做圆周运动周期T不变，加速电压U越大，加速次数N越少，氘核在D形盒中运动时间越短，AB错误；C.根据解得解得C错误；D.根据解得因为粒子与氘核的比荷相同，粒子与氘核在磁场中运动的频率相同，所以加速粒子，交流电的频率f不需要改变，D正确。5.答案：D解析：假设电流从A点流到B点，因材料粗细均匀的金属棒组成，设线框总阻为R，则边ACB电阻为，则边AB电阻为，由题图知，边ACB电阻与边AB电阻并联，则边ACB流过电流为，边AB流过电流为，所受安培力如图所示，，由几何关系知与夹角为，则故选D。6.答案：D解析：D.带电粒子进入磁场的动能，则，带电粒子在磁场中，由牛顿第二定律，联立可知距越远的粒子轨迹半径越大，，速度越比荷越小，故D正确；A.又根据，知带电粒子的比荷越小，速度越小，故A错误；B.带电粒子的动量为，故无法判断动量大小，故B错误；C.在加速电场中，由动能定理可得带电粒子进入磁场的动能为，无法判断带电量的大小关系，故无法判断动能大小，故C错误。故选D。7.答案：C解析：由洛伦兹力提供向心力得粒子半径由图可知，截面圆上发光部分的长度等于，故选C。8.答案：B解析：C.粒子受到的洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律可得解得粒子的运动轨迹如图1所示：由图可知，从M点射出粒子的圆周半径更大，则速率更大，故A错误;ABD.采用伸缩圆的方法得到粒子的运动轨迹如图2所示：粒子做圆周运动的周期相同，粒子的运动时间由几何关系可知，弦切角等于圆心角的一半，当弦切角越小，运动时间越短，根据轨迹图可知，当弦与bc圆弧边界相切时，入射速度为的方向与弦的夹角最小，由几何关系可得：所以所以从圆弧bc射出的所有粒子中，运动时间最短粒子轨迹圆心在b点，根据几何关系可知轨迹对应的圆心角为120°，所以粒子在磁场中运动的最短时间为由上图可知，M点射出的粒子所对的圆弧的圆心角小于从N点射出的粒子所对的圆弧的圆心角，从M点射出粒子在磁场中运动时间小于从N点射出粒子所用时间，故AD错误、B正确。故选B。9.答案：BD解析：AB.由题可知，圆环缓慢向下移动，圆环的安培力有效长度减小，安培力减小，示数变大，说明安培力方向向上，根据左手定则可知，电流沿逆时针方向，故A错误，B正确;CD.根据平衡可知，，解得，故C错误，D正确。故选BD。10.答案：BD解析：根据题意可知α粒子和氢核在磁场中的运动轨迹如图所示由几何关系可得解得粒子在磁场中运动的半径为粒子在磁场中的运动时间为则有由洛伦兹力提供向心力可得可得则有故选BD。11.答案：AD解析：粒子沿半径入射必沿半径出射，作辅助线如图所示，因为，可得两个粒子入射时的弦切角分别为，，因为圆心角等于圆周角一半，可以知道从c点射出的粒子的偏转角为106°，同理，从d点射出的粒子的偏转角为74°，又因为粒子的比荷相同，所以两粒子的周期相同，则，A正确，B错误；由几何关系可得半径之比为，C错误，D正确。12.答案：CD解析：A.洛伦兹力对带电粒子不做功，则带电粒子从电场中获得能量，选项A错误；B.粒子从加速器中离开时满足解得则粒子离开时的速度与加速电压无关，选项B错误；C.所加交流电压的频率等于粒子在磁场中做圆周运动的频率，即因氚核和α粒子的比荷相同，可知加速氘核和α粒子所需的交流电频率相同，选项C正确；D.根据可知，仅增大磁场的磁感应强度可增大粒子离开时的最大速度，选项D正确。故选CD。13.答案：(1)导线在磁场中长度(2)改变(3)不改变解析：（1）分别接通“1、4”和“1、2”，则磁场中的通电导线的长度不同，实验中观察到导线偏转的角度不同，说明导线受到的力的大小与导线在磁场中的长度有关；（2）只上下交换磁极的位置，磁场方向与原来的方向相反，将观察到导线的运动方向与原来的运动方向相反，说明导线受力的方向改变；（3）交换磁极的位置同时改变导线中电流的方向，将观察到导线的运动方向与原来的相同，说明导线受力的方向不改变。14.答案：向下；向上解析：由图可知，电子束是向下偏转的。图中的磁场方向垂直于纸面向里，电子在磁场中的受力方向与同方向运动的正电荷的受力方向相反，用左手定则判定的电子受到的洛伦兹力的方向与实验结果是一致的。由图可知，电子束是向上偏转的。图中的磁场方向垂直于纸面向外