第一章 安培力与洛伦兹力（基础夯实）-高二物理人教版（2019）选择性必修二单元巩固检测

第一章安培力与洛伦兹力（基础夯实）——高二物理人教版（2019）选择性必修二单元巩固检测一、单项选择题（本题共10小题，每小题5分，共50分）1.如图所示，圆形单匝线圈面积为，在该圆形线圈平面内有一个面积为的正方形区域，该区域内有垂直线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为3.0T，则穿过该圆形线圈的磁通量为()A.0.6Wb B.0.9Wb C.1.5Wb D.2.1Wb2.如图所示，两个完全相同的线圈套在一水平光滑绝缘圆柱上，但能自由移动，若两线圈内通以大小不等的同向电流，则它们的运动情况是()A.都绕圆柱转动 B.以不等的加速度相向运动C.以相等的加速度相向运动 D.以相等的加速度相背运动3.如图所示的下列各图中，表示通电直导线在匀强磁场中所受磁场力的情况，其中磁感应强度B、电流I、磁场力F三者之间的方向关系不正确的是()A. B. C. D.4.三根通电长直导线P、Q、R互相平行、垂直纸面放置。三根导线中均通有大小相等且垂直纸面向里的电流，每两根导线间的距离均相等。则P、Q中点O处的磁感应强度方向为()A.方向竖直向上 B.方向竖直向下 C.方向水平向左 D.方向水平向右5.光滑的水平面上有一个静止的物体，某时刻一水平向右的恒定拉力作用在物体上，以向右为正方向，物体的动能与拉力的冲量I之间的关系图像可能正确的是()A. B.C. D.6.通电长直导线在其周围空间产生磁场。某点的磁感应强度大小B与该点到导线的距离r及电流I的关系为（k为常量）。如图所示，竖直通电长直导线中的电流I方向向上，绝缘的光滑水平面上P处有一带正电小球从图示位置以初速度水平向右运动，小球始终在水平面内运动，运动轨迹用实线表示，若从上向下看，则小球的运动轨迹可能是图中的()A. B. C. D.7.电视机显像管的偏转线圈示意图如图所示，线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子，它的方向垂直纸面向外。当偏转线圈中的电流方向如图所示时，电子束应()A.向左偏转 B.向右偏转 C.向上偏转 D.向下偏转8.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9.如图所示，圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子以速度v从A点沿直径AOB方向射入磁场，经过时间从C点射出磁场，OC与OB成60°角.现将带电粒子的速度变为，仍从A点沿原方向射入磁场，不计重力，则粒子在磁场中的运动时间变为()A. B. C. D.10.如图所示，在直线边界的上方存在垂直纸面向里磁感应强度为B的匀强磁场，A点在上。现从A点垂直在纸面内向上发射速度大小不同、质量均为m、电量均为的粒子，已知，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则粒子在磁场中运动的最长时间为()A. B. C. D.二、多项选择题（本题共5小题，每小题5分，共25分）11.如图所示，在光滑的水平桌面上，a和b是两条固定的平行长直导线，通过的电流强度相等.矩形线框位于两条导线的正中间，通有顺时针方向的电流，在a、b产生的磁场作用下静止.则a、b的电流方向可能是()A.均向左 B.均向右C.a的向左，b的向右 D.a的向右，b的向左12.如图所示，平行于纸面水平向右的匀强磁场，磁感应强度。位于纸面内的细直导线，长，通有的恒定电流。当导线与B成60°夹角时，发现其受到的安培力为零。则该区域同时存在的另一匀强磁场的磁感应强度大小可能值()A. B. C.1T D.13.如图所示，在圆心固定一个带正电的电荷，另一个带正电粒子在库仑力和洛伦兹力共同作用下绕固定电荷做匀速圆周运动，若把两个电荷的电量都变为原来3倍后，带电粒子做匀速圆周运动的半径不变、速率不变，不考虑粒子重力作用，则下列说法中正确的是()A.正电粒子顺时针转动 B.正电粒子逆时针转动C.开始时粒子受到洛伦兹力是库仑力的4倍 D.开始时粒子受到洛伦兹力是库仑力的2倍14.回旋加速器的工作原理如图所示，和是两个相同的半圆形中空金属盒，金属盒的半径为R，它们之间接交变电源，加速电压为，两个D形盒处于与盒面垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。将一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从金属盒的A点由静止释放，带电粒子在回旋加速器中多次加速后最终从D形盒的边缘射出，粒子在电场中的加速时间不计，且不考虑相对论效应，下列说法正确的是()A.粒子射出时的动能与加速电压成正比B.仅增大，粒子在加速器中运动的时间变短C.粒子从D形盒的边缘射出时的速度大小为D.交变电源的频率为15.粒子物理研究中使用的一种球状探测装置横截面的简化模型如图所示。内圆区域有垂直纸面向里的匀强磁场，外圆是探测器。两个粒子先后从P点沿径向射入磁场，粒子1沿直线通过磁场区域后打在探测器上的M点。粒子2经磁场偏转后打在探测器上的N点。装置内部为真空，忽略粒子重力及粒子间相互作用力。下列说法正确的是()A.粒子2带负电B.若减小磁场的磁感应强度，粒子1有可能打在Q点C.若减小磁场的磁感应强度，粒子2有可能打在Q点D.若有一粒子3以和粒子2相同的速度从P点射入磁场，恰好打在Q点，则粒子3比荷小于粒子2比荷三、计算题（共25分）16.（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。17.（13分）某磁防护装置截面如图所示，以O点为圆心内外半径分别为R、的环形区域内，有垂直纸面向外的匀强磁场，外圆为绝缘薄板，板上有一小孔C。一质量为m、电荷量为的带电粒子以速度从C孔沿方向射入磁场，恰好不进入内圆，粒子每次与绝缘薄板碰撞后以原速率反弹且电荷量不变。不计粒子重力，求：（1）粒子在磁场中运动的轨迹半径r；（2）磁场的磁感应强度大小B；（3）粒子从射入C孔到离开C孔所需的时间t。

答案以及解析1.答案：A解析：由题图可知，线圈内含有磁场的有效面积为，根据磁通量的定义，可得穿过该圆形线圈的磁通量为：，故A正确，BCD错误。故选A。2.答案：C解析：同向环形电流间相互吸引，虽然两电流大小不等，但据牛顿第三定律知两线圈间相互作用力必大小相等，加速度大小相等。故选C。3.答案：A解析：A.磁场向上，电流向外，根据左手定则可得，安培力的方向水平向左，A错误；B.磁场向外，电流向上，根据左手定则可得，安培力的方向水平向右，B正确；C.磁场向左，电流向里，根据左手定则可得，安培力的方向竖直向上，C正确；D.磁场向里，电流向右上方，根据左手定则可得，安培力的方向向左上方，D正确。本题选不正确的，故选A。4.答案：C解析：用安培定则判断通电直导线在O点上所产生的磁场方向，如图所示直导线P在O点产生磁场与直导线Q在O点产生磁场方向相反，大小相等。则合磁场为零；而直导线R在O点产生磁场，方向从Q指向P，即为水平向左。5.答案：C解析：对物体应用动量定理可得由动能表达式根据数学知识可知动能与拉力的冲量I之间关系为一开口向上的二次函数的右半部分。故选C。6.答案：A解析：根据右手螺旋定则可知直线电流I产生的磁场方向与光滑的水平面平行，根据左手定则可知，带正电的小球受到的洛伦兹力方向始终与该水平面垂直，沿水平方向没有分力，所以洛伦兹力对运动的电荷不做功，由此可知小球将做匀速直线运动。故选A。7.答案：D解析：根据右手螺旋定则判断上下两个线圈的N极均在左边，S极均在右边，即铁芯中间处的磁场方向是水平向右的。根据左手定则判定，由里向外射出的电子流受到的洛伦兹力向下，如图所示，故电子束向下偏转。故选D。8.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。9.答案：B解析：如图所示，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，据牛顿第二定律有，解得粒子第一次通过磁场区时的半径为，圆弧AC所对应的圆心角，经历的时间为（T为粒子在匀强磁场中运动周期，大小为，与粒子速度大小无关）；当粒子速度减小为后，根据可知其在磁场中的轨道半径变为，粒子将从D点射出，根据图中几何关系得圆弧AD所对应的圆心角，经历的时间为，由此可知B正确。10.答案：C解析：根据题意可知，当粒子由N点飞出时，运动的时间最长，运动轨迹如图所示设粒子做圆周运动的半径为R，由几何关系有解得由联立解得则由牛顿第二定律有解得由几何关系可知，粒子运动轨迹的长度为则粒子的运动时间为故选C。11.答案：CD解析：由右手螺旋定则可知，若a、b两导线的电流方向相同，在矩形线框上、下边处产生的磁场方向相反，由于矩形线框上、下边的电流方向也相反，则矩形线框上、下边所受的安培力相同，所以不可以平衡，则要使矩形线框静止，a、b两导线的电流方向相反，故CD正确.12.答案：BCD解析：根据题意，如果通电导线所受磁场力为零，则说明电流方向与磁场方向平行，说明该区域同时存在的另一匀强磁场，并且与B的合磁场的磁感应强度方向沿导线方向，如图所示由三角形定则可知，当与合磁场（通电导线）垂直时，具有最小值，则有则另一匀强磁场的磁感应强度大小满足故选BCD。13.答案：BC解析：AB.如果粒子顺时针转动，则电场力与洛伦兹力都背向圆心，没有力来提供向心力，所以粒子是逆时针转动，A错误，B正确；CD.粒子做匀速圆周运动，设粒子电荷量为q，质量为m，速率为v，轨道半径为r，中心电荷的电荷量为Q，磁感应强度为B，有，当电量都变为原来3倍后，有，联立求得，可知开始时粒子受到洛伦兹力是库仑力的4倍，C正确，D错误。故选BC。14.答案：BC解析：AC.由洛伦兹力提供向心力可得当时，即粒子从D形盒的边缘射出时的速度大小为粒子射出时的动能为所以粒子射出时的动能与加速电压无关，故A错误，C正确;B.粒子在动加速器中每加速一次，获得动能为粒子在加速器中的加速次数为粒子在动加速器中运动的时间为则仅增大，粒子在加速器中运动的时间变短，故B正确;D.要保证粒子在回旋加速度中不断加速，应满足交变电源的频率与粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率相等，即交变电源的频率为故D错误。故选BC。15.答案：CD解析：A.根据左手定则，粒子2带正电，A错误；BC.根据得若减小磁场的磁感应强度，粒子2的运动半径增大，有可能打在Q点；而粒子1做直线运动，不带电，不会改变运动轨迹，B错误，C正确；D.速度相同，则粒子3的运动半径更大，则粒子3比荷小于粒子2比荷，D正确。故选CD。16.答案：（1）负电（2）（3）（4）解析：（