人教版选择性必修第二册课后作业第一章安培力与洛伦兹力单元检测 word版含解析答案

新人教版选择性必修第二册第一章单元检测满分:100分;时间:90分钟一、选择题（本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一项符合题目要求,第7~10小题有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选不全的得2分,选错或不答的得0分）在磁场中放置一根直导线,导线的方向与磁场方向垂直。先后在导线中通入不同的电流,导线所受的安培力也不一样。下列图像表示的是导线受安培力的大小F与通过导线的电流I的关系,a、b各代表一组F、I的数据。在以下四幅图中,正确的是（）如图所示,某种物质发射的一束竖直向上的粒子流在匀强磁场中分成三束,分别沿三条路径运动,则下列说法正确的是（）沿路径1运动的粒子带负电沿路径3运动的粒子带正电沿路径2运动的粒子不带电沿路径2运动的粒子带电荷量最大如图所示为磁流体发电机的示意图,一束等离子体（含正、负离子）沿图示方向垂直射入一对磁极产生的匀强磁场中,A、B是一对平行于磁场放置的金属板,板间连入电阻R,则电路稳定后（）R中有向下的电流离子在磁场中不发生偏转A、B板聚集的电荷量基本不变

离子在磁场中偏转时洛伦兹力可能做功科研人员常用磁场来约束运动的带电粒子。如图所示,粒子源位于纸面内一边长为a的正方形中心0处,可以沿纸面向各个方向发射速率不同的同种粒子，粒子质量为m、电荷量为q、最大速率为v,忽略粒子重力及粒子间相互作用。要使粒子均不能射出正方形区域，可在此区域加一垂直纸面的m匀强磁场，则磁感应强度的最小值为()2叫B.2血叫qaqaC4九％D472皿％qaqa一通电直导线与x轴平行放置，匀强磁场的方向与xOy坐标平面平行，导线受到的安培力为F。若3nD.響F将该导线做成3圆环,放置在xOy3nD.響F将该导线做成3圆环,放置在xOy坐标平面内，如图所示，并保持通过的电流不变,两端点a、b连线也3n如图所示，厚度均匀的木板放在水平地面上，木板上放置两个相同的条形磁铁，两磁铁的N极正对在两磁铁竖直对称轴上的C点固定一垂直于纸面的长直导线，并通以垂直纸面向里的恒定电流，木板和磁铁始终处于静止状态，则()导线受到的安培力竖直向上，木板受到地面的摩擦力水平向右导线受到的安培力竖直向下，木板受到地面的摩擦力水平向左导线受到的安培力水平向右，木板受到地面的摩擦力水平向右导线受到的安培力水平向右，木板受到地面的摩擦力为零在如图所示的匀强电场和匀强磁场共存的区域内（不计重力）,电子可能沿水平方向向右做直线运动的是（）如图所示,相距为d的两平行板间同时存在匀强电场和匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向里。一质量为m、带电荷量为q的小球由下板边缘沿水平方向射入该区域，带电小球恰能在两板间做匀速圆周运动，重力加速度为g,则（）KXXL]n小球一定带负电小球一定带正电两板间电压为迎q小球在两板间的运动时间为皿qB如图所示,在直角三角形ABC区域内，存在方向垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,AC边长为3l,ZC=90°,ZA=53°。一质量为m、电荷量为+q的粒子从AB边上距A点为l的D点垂直AB射入匀强磁场，要使粒子从BC边射出磁场区域（sin53°=0.8,cos53°=0.6）,则（）粒子速率应大于塑2m粒子速率应小于型3m粒子速率应小于凹m粒子在磁场中的最短运动时间为如6qB如图所示,空间中有垂直纸面向里的匀强磁场，垂直磁场方向的平面内有一长方形区域abed,其be边长为L,ab边长为E两同种带电粒子（重力不计）以相同的速度v分别从a点和ab边上的P0点垂直射入磁场,速度方向垂直于ab边,两粒子都恰好经过e点,则下列说法中正确的是（）粒子在磁场中运动的轨迹半径为別3L3粒子从a点到e点的运动时间为些卩粒子的比荷为巫2BLP点与a点的距离为空3二、非选择题（本题共6小题,共60分）（8分）图中虚线框内存在一沿水平方向、与纸面垂直的匀强磁场。现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力,来测量磁场的磁感应强度大小,并判定其方向。所用部分器材如图所示,其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长;E为直流电源;R为电阻箱;A为电流表;S为开关。此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线。实验步骤如下:按图接线。保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态，然后用天平称出细沙质量m。1闭合开关S，调节电阻箱的阻值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D重新处于平衡状态，然后读出电流表的示数I，并用天平称出此时细沙的质量m。2用米尺测量D的底边长度L。

（1）用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小,可以得出B二。（2）判定磁感应强度方向的方法是:若,磁感应强度方向垂直纸面向外;反之,磁感应强度方向垂直纸面向里。（8分）某型号的回旋加速器的工作原理图如图甲所示,图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒（D、D）,D形盒置于真空容器中，整个装置放在电磁铁两极间的磁场中，磁场可以认为是12匀强磁场，且与D形盒盒面垂直。两盒间狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。带电粒子从粒子源A处进入加速电场（初速度不计），从静止开始加速到出口处所需的时间为t（带电粒子达到最大速度，在磁场中完成半个圆周运动后被导引出来）。已知磁场的磁感应强度大小为B,加速器接一高频交流电源，其电压为U,可以使带电粒子每次经过狭缝都能被加速，不计重力。D形盒半径R=,D内部带电粒子前三次匀速圆周运动的轨道半径之比（由内到外）为。1甲乙（7分）电磁轨道炮的加速原理如图所示。金属炮弹静置于两固定的平行导轨之间，并与导轨良好接触。开始时炮弹在导轨的一端,通过电流后炮弹会在安培力作用下加速,最后从导轨另一端的出口高速射出。已知两导轨之间的距离L=0.10m,导轨长s=5.0m,炮弹质量m=0.030kg,导轨中电流I的方向如图中箭头所示。可以认为炮弹在导轨内匀加速运动，它所在处磁场的磁感应强度大小始终为B=2.0T,方向垂直于纸面向里。若炮弹射出时的速度为v=2.0X10am/s,忽略摩擦力与重力的影响。求:（1）炮弹在两导轨间的加速度大小a;（2）炮弹作为导体受到的安培力大小F;（3）通过导轨的电流I。（10分）如图所示，在xOy平面坐标系的第三、四象限内有沿y轴正方向的匀强电场E,第一象限中的等腰直角三角形MNP区域内存在垂直坐标平面向外的匀强磁场。一个带正电的粒子以速度v=2X107m/s从Q点沿x轴正方向发射，并从0点射出，进入磁场后以垂直于PM的方向从PM边射出0

磁场。已知Q点的横坐标为-0.4m,该粒子的比荷2=2.5X109C/kg,MN平行于x轴,N点的坐标为m(0.4m,0.4m),不计粒子重力，求：Q点的纵坐标；磁场区域的磁感应强度大小B的取值范围。(12分)如图所示，在x轴上方的整个区域存在非匀强电场,P、0之间的电压为U,在x轴下方半径为a的圆形区域内有垂直于xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B,其他区域无电磁场。现有一带电粒子从P点由静止释放，沿y轴运动并从0点进入磁场，经过一段时间后从N点离开磁场。已知ZOON=120°，不计带电粒子的重力与空气阻力。1⑴判断粒子的带电性质,并比较P、0的电势高低；求带电粒子的比荷(电荷量与质量之比)；若在粒子从0点运动到N点的过程中，某时刻磁感应强度大小突然变为B',粒子不再离开磁场，求(15分)质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。如图所示,平行板电容器两极板相距为d,两板间电压为U,极板间匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直纸面向外。一束电荷量相1同、质量不同的带正电的粒子,沿电容器的中线射入电容器,沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感

应强度为B2的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点2之间的距离为Ax,粒子所带电荷量为q,且不计重力。求粒子在上面的磁场中沿直线运动时速度v的大小；求打在a、b两点的粒子的质量之差Am;试比较这两种带电粒子在下面的磁场中运动时间的大小关系,并说明理由。+TOC\o"1-5"\h\zI4i臥―|2—J■[■W■*J«•f七几J答案一、选择题A根据安培力公式F=IlB可知，当B、l一定,B与I垂直时,F与I成正比，且F-I图像的斜率表示的是Bl的乘积;磁感应强度B由磁场本身的性质决定,l表示该导线的长度，所以B与l的乘积不变，即F-I图像的斜率不变，选项A正确,B、C、D错误。C不带电的粒子在磁场中不受力,沿直线运动（路径2）,带正电的粒子在洛伦兹力作用下向左偏转（路径1）,带负电的粒子在洛伦兹力作用下向右偏转（路径3）,选项C正确,A、B、D错误。C由左手定则知，正离子向B板偏转，负离子向A板偏转，即B板带正电,A板带负电，电路稳定后,A、B板聚集的电荷量基本不变，电阻R中有向上的电流，故A、B错误,C正确；因为洛伦兹力的方向与速度方向垂直，所以洛伦兹力不可能做功，选项D错误。C由r二竺可知,m、q、B—定时,r与v成正比。加一垂直纸面的匀强磁场后，如果速度最大的带qB电粒子的轨迹半径r=2则所有粒子均不能射出正方形区域;由qvB二m兰,解得B•二如m,选项C正确,A、4rminqaB、D错误。C设通电直导线长为L,通过的电流为I,匀强磁场的磁感应强度为B,则直导线受到的安培力为F二BIL;制成圆环后，设圆环的半径为R,则3X2nR=L，解得R=Z,故a、b连线的长度d=V2R二迴，此43n3n时圆环受到的安培力F'二Bid二便二空F,选项C正确,A、B、D错误。厶3nCC点合磁场的方向竖直向上，根据左手定则可知，导线受到的安培力水平向右，选项A、B错误；根据牛顿第三定律可知,木板和磁铁组成的整体受到通电导线对其水平向左的安培力,因此木板受到地面的摩擦力的方向水平向右，选项C正确,D错误。BC若电子水平向右运动，在A图中电场力水平向左，洛伦兹力竖直向下，不可能;在B图中电子所受的电场力水平向左，洛伦兹力为零,故电子可能水平向右做匀减速直线运动;在C图中，电子所受电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向下，电子可能向右做匀速直线运动;在D图中，电子所受电场力竖直向上，洛伦兹力竖直向上，故电子不可能沿水平方向向右做直线运动。选项B、C正确,A、D错误。BC要使小球在复合场中做匀速圆周运动，必须满足重力与电场力平衡，所以电场力方向竖直向上，故小球一定带正电，选项A错误,B正确;根据mg二Eq和E=£可得mg=-q,所以U二竺士选项C正确;小球ddq在两板间的运动时间为其做匀速圆周运动周期的一半，即t=n^,选项d错误。qBAC由几何知识知BC=4l,AB=5l,BD=4l,粒子运动轨迹与BC边相切为一临界状态（如图甲），由几何知识知sin37°=旦,得R=3l。根据qvB二mE，可以求得▼二兰里,此为粒子从BC边射出的最小临界速41-R2R2m度。粒子恰能从BC边射出的另一临界状态为轨迹与AC边相切（如图乙），由几何知识知切点恰为C点，轨迹半径R=4l;再根据qvB=m^2,解得v二地，此为粒子从BC边射出的最大临界速度，选项A、C正TOC\o"1-5"\h\zRm确,B错误。粒子从BC边射出，速度的最小偏转角为37°，所以最短运动时间为t=竺_・型=竺•竺，选项d错误。min360°qB180qBACD带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，画出运动轨迹如图，从a点射入磁场的粒子，根据几何关系有L2+（V3L-R）2=R2，解得R=^1l,选项A正确;从a点入射的粒子，轨迹圆心在0，根据几何关31系可知0b=V3L-2遲L二迟L,ZbOc=60°，ZaOc=120°，从a到c运动时间t^^丁二二丄乂型二纽匹，13311360°33u09u°选项B错误；由R二叫二迴得邑二邑，选项C正确;另一粒子由P点垂直入射，在AObcqB3m2BL2中,0b/lL,Pb/lL,P与0重合，所以P点与a点的距离为创1l,选项D正确。23313二、非选择题答案⑴加2|g（4分）（2）m>m（4分）IL21解析（1）金属框所受安培力的合力等于其底边所受安培力，根据平衡条件，有|m-m|g=ILB，解得21B=|^2~m1|gG仏（2）若m>m,则金属框所受安培力的方向向下，根据左手定则可得，磁感应强度的方向垂直纸面向21外;反之，磁感应强度方向垂直纸面向里。答案V型（4分）1：V2：V1（4分）nB解析设粒子从静止开始到出口处运动了n圈，粒子在出口处的速度为v,则2nqU=2mv2,qvB二山巴,粒2R子做匀速圆周运动的周期T=^,粒子运动的总时间t=nT,联立以上各式，解得R=陀。粒子在加速qB\nB电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，由动能定理得,d内部粒子的轨道由内到外对应的速度之比为1：（2：3再根据r二竺得轨迹半径之比为1：”：仃。qB答案（1）4.0X105m/s2（2）1.2X104N（3）6.0X104A解析（1）炮弹在两导轨间做匀加速运动，有v2=2as（1分）解得a二空=4.0X105m/s2（2分）2s（2）忽略摩擦力与重力的影响,则炮弹所受的合外力为安培力,所以有F=ma（1分）解得F=1.2X104N（1分）（3）炮弹受到的安培力F=ILB（1分）解得I二_L=6.0X104A（1分）BL答案（1）-0.2m（2）见解析解析（1）粒子进入磁场后以垂直于PM的方向从PM边射出磁场,说明粒子射入磁场时速度方向也与PM垂直，则粒子从0点射出时速度方向与x轴正方向的夹角a=45°（1分）粒子到达0点时沿y轴正方向的分速度v=vtana=2X107m/s（1分）y0设粒子在电场中沿x轴方向的位移为x,沿y轴方向的位移为y,由运动学规律有y二冬t（1分）2x=vt（1分）0联立解得y=0.2m,故Q点的纵坐标为-0.2m（1分）（2）若该粒子恰好没有从PN边射出，运动轨迹如图所示，根据几何关系有R+J2R二罟仃分）解得R=2-^2m（1分）5由Bqv=m^2,其中v二-也（1分）minRCOSa解得B=（4V2+4）X10-2T（1分）min所以磁场区域的磁感应强度大