2024版高中同步新教材选择性必修第二册人教物理备课资源01-磁场对通电导线的作用力

2024版高中同步新教材选择性必修第二册人教物理备课资源第一章安培力与洛伦兹力1磁场对通电导线的作用力基础过关练题组一安培力的方向1.(2023河北沧州期末)电磁炮利用电磁系统中的安培力对金属炮弹进行加速,使其达到打击目标所需的巨大动能,如图甲所示。简化原理图如图乙所示,磁场方向垂直于轨道平面向上,则当弹体中通过如图乙所示的电流时,炮弹加速度的方向为()A.水平向左B.水平向右C.垂直于纸面向外D.垂直于纸面向里2.(2022广东肇庆期末)下列情景中,关于通电导线在磁场中所受安培力的方向判断正确的是()ABCD题组二直导线安培力大小的计算3.(2023山西运城联考)如图所示,在匀强磁场中水平放置的U形导线框中接有电源,磁场方向竖直向下,磁感应强度大小为B,导线框宽为d,一导体棒与虚线成θ角放置,通过的电流为I,则导体棒所受安培力的大小和方向分别为()A.BId,方向平行于导线框向右B.BIdsinθC.BIdsinθ,方向垂直于导体棒向左D.BIdcosθ4.【多选题】(2023河北邯郸期末)如图所示的四幅图中,导体棒的长度均为L,磁场的磁感应强度大小均为B,在各导体棒中通有大小相同的电流I。下列选项正确的是()A.图甲中导体棒所受的安培力大小为0B.图乙中导体棒所受的安培力大小为0C.图丙中导体棒所受的安培力大小为32D.图丁中导体棒所受的安培力大小为225.(2022重庆一模)在匀强磁场中,一段长为0.6m的直导线通有1A的电流,该段通电导线在磁场中所受安培力大小为F,电流方向与磁场方向夹角为θ,F与θ的函数关系图像如图所示,则磁场的磁感应强度大小为()A.0B.0.02TC.0.04TD.0.06T题组三导体的有效长度问题6.(2022河北九师联盟联考)如图所示,固定的“W”形导线有部分在磁场中,O1A、O2C与磁场边界MN垂直,ACDE为等腰梯形,下底AC长为L,上底ED长为0.6L,AE中点P和CD的中点Q在磁场的边界上,导线平面与磁场垂直,磁场的磁感应强度大小为B,给导线通入大小为I的恒定电流,则导线受到的安培力大小为()A.0.2BILB.0.4BILC.0.6BILD.0.8BIL7.【经典题】(2023河北邯郸大名第一中学阶段测试)如图所示,材料相同、粗细均匀的金属丝构成的正方形线框ABCD固定在垂直于纸面向里的匀强磁场中,线框平面与磁感应强度方向垂直,A、B两点连接在直流电源两端,已知AB边受到的安培力大小为F,则整个线框受到的安培力的合力大小为()A.43FB.4C.23FD.28.(2021广东深圳中学期末)如图所示,纸面内A、B两点之间连接有四段导线:ACB、ADB、AEB、AFB,四段导线的粗细相同、材料相同;匀强磁场垂直于纸面向里。现给A、B两端加上恒定电压,则下列说法正确的是()A.四段导线受到的安培力的方向不同B.四段导线受到的安培力的大小相等C.ADB段受到的安培力最大D.AEB段受到的安培力最小题组四磁电式电流表9.(2023福建三明一中阶段测试)如图甲为磁电式电流表的结构,图乙为极靴和铁质圆柱间的磁场分布,线圈a、b两边通以图示方向电流,线圈两边所在处的磁感应强度大小相等。则下列选项正确的是()A.该磁场为匀强磁场B.线圈将逆时针转动C.线圈平面总与磁场方向垂直D.图示位置线圈a边所受安培力向上

能力提升练题组一安培力作用下导体运动方向的判断1.【经典题】(2023江苏南通统考)直导线a、b相互垂直,a可以自由移动和转动,b固定。当a、b通有如图所示的电流后,从上往下看,a的运动情况是()A.逆时针方向转动,同时下降B.逆时针方向转动,同时上升C.顺时针方向转动,同时下降D.顺时针方向转动,同时上升2.(2023重庆巴蜀中学期末)如图所示,把轻质导线圈用绝缘细线悬挂起来,其附近有一条形磁铁,该磁铁的轴线穿过导线圈的圆心,且与线圈平面垂直,现保持条形磁铁不动,而在线圈中通以如图所示的电流,则()A.线圈保持不动B.线圈向左偏转且有向外扩张的趋势C.线圈向左偏转且有向内收缩的趋势D.线圈向右偏转且有向内收缩的趋势3.【经典题】(2023吉林白城期末)如图所示为某新型电磁船的实物图和俯视图,MM'、NN'为固定在船底的平行金属板,海水可以在它们之间贯穿而过。船上装有产生强磁场的装置,可在两平行金属板间海水中的虚线框内产生强磁场。直流电源接在M、N间,导电的海水在磁场作用下即可推动该船运动。闭合开关S后,要使船前进,虚线框中的磁场方向应该是()A.竖直向上B.竖直向下C.水平向左D.水平向右题组二安培力的矢量性4.(2023河北邢台期末)如图所示,三根长直通电导线中的电流大小相同,通过b、d处导线的电流方向垂直于纸面向里,通过c处导线的电流方向垂直于纸面向外,a点为b、d两点连线的中点,ac垂直于bd,且ab=ad=ac,则c处导线受到的安培力方向()A.由a指向cB.由c指向aC.由a指向bD.由a指向d5.(2021河南洛阳期末)如图所示,由粗细均匀的金属导线围成的一个边长为L的正方形线框abcd,线框的四个顶点均位于一个圆形区域的边界上,ac为圆形区域的一条直径,ac上方和下方分别存在大小均为B且方向相反的匀强磁场。现给线框接入从a点流入、d点流出的大小为I的恒定电流,则金属线框受到的安培力F的大小为()A.22BLIB.BLIC.2BLI6.【经典题】(2023福建三明一中阶段测试)如图甲所示为安装在某特高压输电线路上的一个六分导线间隔棒,图乙为其截面图。间隔棒将6条输电导线分别固定在一个正六边形的顶点a、b、c、d、e、f上,O为正六边形的中心。已知通电导线在周围形成磁场的磁感应强度与电流大小成正比,与到导线的距离成反比,某瞬时,6条输电导线中通过垂直于纸面向外、大小相等的电流,其中a处导线中的电流对b处导线中电流的安培力大小为F,该时刻()A.O点的磁感应强度方向垂直于cf向下B.b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场的磁感应强度方向沿aO,由a指向OC.c处导线所受安培力方向沿Oc,由O指向cD.a处导线所受安培力大小为2.5F题组三安培力作用下导体的静态平衡问题7.(2023山东烟台期末)倾角为θ=37°的固定斜面上水平放置一根质量为m=0.1kg、长度L=1m的通电金属杆,金属杆中电流I方向如图所示,金属杆处在磁感应强度大小为B=0.5T、方向垂直于斜面向下的匀强磁场中,已知金属杆与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,要使金属杆与斜面保持相对静止,则金属杆中电流I的大小可能为()A.0.3AB.0.8AC.2.5AD.3.2A8.【经典题】(2023山西太原统考)如图,长度为L、电阻为R、质量为m的均匀导线弯折成一闭合正三角形线框abc,并用一绝缘细线挂在力传感器下方,用此装置可以测量匀强磁场的磁感应强度B。测量时,将abc完全置于匀强磁场中,同时让其平面与磁场方向垂直。将a、b接到电源两端,同时调节电源的电压,发现力传感器示数为0时,ab两端的电压为U,重力加速度为g。由此可以判定()A.a接高电势时B=3mgR2B.a接高电势时B=2mgR3C.b接高电势时B=3mgR2D.b接高电势时B=mgR2UL题组四安培力作用下导体的动态平衡问题9.(2022四川遂宁模拟预测)如图所示,竖直平面内有三根轻质细绳,绳1水平,绳2与水平方向成60°角,O为结点,绳3的下端拴接一质量为m、长度为l的导体棒,棒垂直于纸面静止,整个空间存在竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。现向导体棒通入方向向里、大小由零缓慢增大到I0的电流,可观察到导体棒缓慢上升到绳3与绳1所处的水平面成30°角时保持静止。已知重力加速度为g。在此过程中,下列说法正确的是()A.绳1受到的拉力先增大后减小B.绳2受到的拉力先增大后减小C.绳3受到的拉力最大值为3mgD.导体棒中电流I0的值为310.(2022四川成都石室中学阶段检测)如图所示,两根光滑导轨平行放置,导轨所在平面与水平面间的夹角为θ,一质量为m、长为L的导体棒ab垂直于导轨放置,整个装置处于垂直于斜面向上的匀强磁场中。当导体棒ab中通有方向从a到b的恒定电流I时,磁场的方向由垂直于斜面向上沿逆时针转至水平向左的过程中,导体棒始终静止,则磁感应强度的大小(重力加速度为g)()A.先增大后减小B.先减小后增大C.可能为mgsinθ题组五安培力作用下牛顿第二定律、动能定理的应用11.【多选题】(2022河南顶尖名校联考)光滑的金属轨道分水平段和圆弧段两部分,O点为圆弧的圆心。两金属轨道之间的宽度为0.5m,匀强磁场方向如图,磁感应强度大小为0.5T。质量为0.05kg、长为0.5m的金属细杆置于金属轨道上的M处。当在金属细杆内通以大小为2A、方向向里的恒定电流时,金属细杆可以由静止开始向右运动。已知N、P为轨道上的两点,ON竖直,OP水平,且MN=OP=1m,重力加速度g取10m/s2,则下列说法正确的是()A.金属细杆运动到圆弧轨道时受到重力、支持力、安培力B.金属细杆运动到P处时的速度大小为5m/sC.金属细杆运动到P处时安培力的瞬时功率为0D.金属细杆运动到P处时对每一条轨道的作用力大小为1.5N12.一质量m=0.05kg的金属条放在相距d=0.02m的两金属轨道上,如图所示。现让金属条以v0=5m/s的初速度从AA'进入水平轨道,再由CC'进入半径r=0.05m的竖直圆轨道,完成圆周运动后,再回到水平轨道上,除圆轨道光滑外,其余部分轨道均粗糙,运动过程中金属条始终与轨道垂直。已知由外电路控制,流过金属条的电流大小始终为I=5A,方向如图所示,整个轨道处于水平向右的匀强磁场中,磁感应强度B=1T,A、C之间的距离L=0.2m,金属条恰好能完成竖直面内的圆周运动。(重力加速度g取10m/s2)(1)求金属条到达竖直圆轨道最高点时的速度;(2)求金属条与水平粗糙轨道间的动摩擦因数;(3)若将CC'右侧的金属轨道在DD'处向上垂直弯曲,已知CC'与DD'相距0.06m,金属条在弯曲处无能量损失,试求金属条能上升的最大高度。

答案与分层梯度式解析第一章安培力与洛伦兹力1磁场对通电导线的作用力基础过关练1.A2.B3.D4.AD5.C6.A7.A8.C9.B1.A根据左手定则,炮弹受到水平向左的安培力,故炮弹所受合外力水平向左,则炮弹加速度的方向水平向左,故选A。2.B由左手定则可知,A中通电导线受到的安培力竖直向上;B中通电导线受到的安培力斜向右上方且与磁场垂直;C中通电导线受到的安培力水平向右;D中导体棒受到的安培力水平向右。故选B。方法技巧判断安培力方向要四定一定:定磁场的方向。可根据实际情况利用安培定则判断。二定:定电流方向。三定:定磁场方向与电流方向的关系,是垂直、平行,还是有夹角θ(0°<θ<90°)。当磁场方向与电流方向平行时导线不受安培力作用。四定:定左手。伸左手时,使磁感线垂直进入掌心,四指指向电流方向,大拇指指向就是安培力方向。3.D导体棒中电流方向与磁场方向垂直,导体棒受到的安培力大小为F=BIL=BIdcosθ,由左手定则可知4.AD图甲中,导体棒与磁场平行,所以导体棒所受安培力为零,A正确;图乙中,导体棒与磁场垂直,导体棒所受安培力的大小为F2=BIL,B错误;图丙中,导体棒与磁场垂直,导体棒所受安培力的大小为F3=BIL,C错误;图丁中,导体棒与磁场成45°角,导体棒所受安培力的大小为F4=BILsin45°=22BIL,5.C当电流方向与磁场方向垂直时,导线所受安培力大小为F=BIL,由题图知,当θ=π2rad时安培力为F=0.024N,由题意可知,电流大小为I=1A,导线长为L=0.6m,可知磁感应强度大小为B=FIL=0.04T6.A设等腰梯形的底角为θ,导线在磁场中的有效长度为L有效=xAPcosθ+xQCcosθ=0.2L,则导线受到的安培力大小为F=BIL有效=0.2BIL,选项A正确。7.AADCB边与AB边并联接在电路中,电阻之比为3∶1,所以通过的电流之比是1∶3,且ADCB边在磁场中的有效长度等于AB边长度,因为AB边受到的安培力大小为F,即F=B·34ILAB,所以ADCB边受到的安培力大小为F'=B·14ILAB=13F,由左手定则知两力方向相同,则整个线框受到的安培力的合力大小为F安=F+F'=4方法技巧本题可将导线框等效成一段直导线,其长度等于正方形的边长LAB,通过的电流为I,则F安=BILAB,由题目条件知F=B·34ILAB,联立得F安=438.C由题意可知,这四段导线的有效长度相同,均等于AB的长度;四段导线的粗细相同、材料相同,ADB段最短,所以ADB段电阻最小,AEB段的电阻小于AFB段电阻;给A、B两端加上恒定电压,这四段导线并联,所以ADB段中电流最大,AEB段中电流大于AFB段中电流。由安培力公式F=BIL可知,ADB段受到的安培力最大,AEB段受到的安培力大于AFB段受到的安培力。由左手定则可知,这四段导线受到的安培力的方向相同。故选C。9.B根据磁感线分布可知,该磁场不是匀强磁场,A错误;根据左手定则,图示位置线圈a边所受安培力向下,线圈b边所受安培力向上,则线圈将逆时针转动,B正确,D错误;根据磁感线分布可知,线圈平面总与磁场方向平行,C错误。故选B。易混易错磁电式电流表内磁场的磁感线辐向分布,磁感线不平行,可知磁场不是匀强磁场。能力提升练1.A2.B3.A4.A5.A6.D7.B8.B9.D10.C11.AC1.A由安培定则可知,直导线b在周围产生的磁场方向如图所示。选取两个特殊位置进行分析,初始位置,由左手定则可知,导线a左侧所受安培力方向垂直于纸面向外,右侧所受安培力方向垂直于纸面向里,从上往下看导线a逆时针方向转动;转过90°时,导线a中的电流方向垂直于纸面向里,此时导线a所受安培力向下,即导线a逆时针方向转动,同时下降。故选A。2.B根据条形磁铁周围的磁场特点分析线圈最高点和最低点处的磁场,将磁场沿水平向右和竖直方向分解,结合左手定则,竖直方向的磁场对线圈有向左的安培力,水平向右的磁场对线圈的安培力使线圈扩张,因此线圈向左偏转且有向外扩张的趋势。故选B。方法技巧如图,把环形电流等效为条形磁铁,可见两条形磁铁N、S极相互吸引,则线圈靠近磁铁。3.A要使船前进,船受到海水的作用力应向左,根据力的作用是相互的,海水受到向右的安培力,根据左手定则,虚线框中的磁场方向应竖直向上。故选A。4.A根据安培定则,b处导线在c点产生的磁场方向斜向左下方,d处导线在c点产生的磁场方向斜向左上方,如图所示。根据左手定则,c处导线受到b处导线产生的磁场的作用力沿着b、c连线斜向右下方,受到d处导线产生的磁场的作用力沿d、c连线斜向左下方,合力竖直向下,A正确,B、C、D错误。故选A。5.A由电阻定律可知,abcd支路与ad支路的电阻之比为3∶1,两部分电路并联,总电流为I,由并联电路的特点可知,流过abcd支路的电流为14I,流过ad支路的电流为34I,ab、bc、cd边受到的安培力大小都是14BIL,ad边受到的安培力大小为34BIL。由左手定则可知,ad边受到的安培力方向竖直向上,ab边受到的安培力方向水平向右,bc边受到的安培力方向竖直向下,cd边受到的安培力方向水平向右,ab与cd边所受安培力的合力大小为12BIL,方向水平向右,bc与ad边所受安培力的合力大小为12BIL,方向竖直向上,则线框所受安培力F=6.D思路点拨可画图确定b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场的磁感应强度方向,进而得出其大小。注意通电导线在周围形成磁场的磁感应强度与到导线的距离成反比这一关键条件,理清图中的几何关系。根据安培定则,a、d处两条导线在O点产生的磁场的磁感应强度等大反向,b、e处两条导线在O点产生的磁场的磁感应强度等大反向,c、f处两条导线在O点产生的磁场的磁感应强度等大反向,所以O点的磁感应强度为零,A错误;根据安培定则,b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场的磁感应强度方向如图所示,设b处导线在a处产生的磁场的磁感应强度大小为B,则f处导线在a处产生的磁场的磁感应强度大小为B,c、e处导线在a处产生的磁场的磁感应强度大小为33B,d处导线在a处产生的磁场的磁感应强度大小为B2,根据磁感应强度的叠加可知,b、c、d、e、f处5根导线在a处产生磁场的磁感应强度方向垂直于aO斜向左下方,合磁感应强度大小为2.5B,根据左手定则和安培力公式可知,a处导线所受安培力方向沿aO,由a指向O,大小为2.5F,B错误,D正确;同理可得c处导线所受安培力方向沿Oc,由c指向O方法技巧本题可依据“同向电流相互吸引”这一结论,判断某导线所受安培力的合力方向。7.B根据左手定则,金属杆所受安培力沿斜面向上。若要使金属杆恰不上滑,则BLImax=mgsinθ+μmgcosθ,解得Imax=2A;若要使金属杆恰不下滑,则BLImin+μmgcosθ=mgsinθ,解得Imin=0.4A。因此,要使金属杆与斜面保持相对静止,金属杆中电流范围为0.4A≤I≤2A,故选B。方法技巧求解安培力作用下物体静态平衡问题的步骤8.Bab两端的电压为U,通过ab的电流I1=3UR,通过acb的电流I2=3U2R。力传感器示数为0,则三角形线框abc所受安培力竖直向上,且有mg=BI1·L3+BI2·L3=3BUL2R,解得B=2mgR39.D对整体分析,重力大小和方向不变,绳1、2弹力方向不变,根据左手定则,安培力水平向右逐渐增大,由平衡条件得,水平方向F1=F2cos60°+BIl;竖直方向F2sin60°=mg,电流逐渐变大,则F1增大、F2不变,故A、B错误。当电流增大到I0时,安培力与重力的合力最大,即绳3的拉力最大,sin30°=mgF3,绳3拉力的最大值为F3=2mg,故C错误。对导体棒受力分析得tan30°=mgBI0l,解得方法技巧处理动态平衡问题常用的方法图解法对研究对象的任一状态进行受力分析,根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下的力的矢量图,然后根据有向线段的长度变化判断各个力的变化情况解析法适用于求解矢量直角三角形或正交分解类问题,列出三角函数表达式,然后利用表达式分析力的变化情况相似三角形法适用于求解一般形状矢量三角形问题,做法是在受力分析的基础上作出力的矢量三角形,由力的三角形与几何三角形相似,求解问题10.C解题关键(1)解本题的关键是根据磁场的变化特点,画出导体棒的受力分析图,根据力的平行四边形边长的变化分析力的大小变化。(2)利用平衡条件求出安培力的极值,进而判断磁感应强度的范围。根据左手定则,可以判断出初始状态下导体棒受到沿斜面向上的安培力FA,受力分析可知导体棒受到重力mg、支持力FN和安培力FA,三力平衡,从图中可以看出,在磁场方向变化的过程中,安培力FA逐渐逆时针转动,且FA逐渐变大,由于FA=BIL,其中电流I和导体棒的长度L均不变,故磁感应强度逐渐变大,故A、B错误;当磁场方向垂直于斜面向上时,根据左手定则可知,安培力FA方向沿斜面向上,此时安培力最小,最小值FAmin=mgsinθ,则Bmin=mgsinθIL,当磁场方向水平向左时,安培力方向竖直向上,此时安培力最大,最大值FAmax=mg,则Bmax=mgIL<mg11.AC金属细杆运动到圆弧轨道时受到重力、支持力、安培力,选项A正确;设金属细杆运动到P处时的速度大小为v,从M到P过程,由动能定理得-mgR+BIL(MN+OP)=12mv2,解得v=25m/s,选项B错误;金属细杆运动到P处时,安培力的方向为水平向右,速度方向为竖直向上,安培力方向与速度方向垂直,故此时安培力的瞬时功率为0,选项C正确;在P处,设每一条轨道对细杆的作用力大小为N,由牛顿第二定律得2N-BIL=mv2R,代入数据解得N=0.75N,由牛顿第三定律得细杆运动到P处时对每一条轨道的作用力大小为N'=N=0.12.答案(1)155m/s(2)512(3)0解析(1)由于金属条恰好能完成竖直面内的圆周运动,可知在最高点时金属条对轨道的压力为零。根据牛顿第二定律得BId+mg=mv代入数据解得v=155(2)对金属条从开始运动至到达圆轨道最高点的过程,根据动能定理得-(BId+mg)·2r-μ(BId+mg)L=12mv2-12代入数据解得μ=5(3)对金属条从开始运动至到达最高点的过程,根据动能定理得-μ(BId+mg)(L+LCD)-(BId+mg)hm=0-12m代入数据解得hm=0.1m第一章安培力与洛伦兹力2磁场对运动电荷的作用力基础过关练题组一洛伦兹力的方向1.【经典题】(2021辽宁葫芦岛协作体联考)带电粒子进入磁场时速度的方向和磁感应强度的方向如图所示,则粒子在磁场中受到的洛伦兹力垂直纸面向里的是()ABCD2.(2022广东广州六中期末)太阳风(含有大量高能质子与电子)射向地球时,地磁场改变了其中带电粒子的运动方向,从而使很多粒子到达不了地面。另一小部分粒子则可能会在两极汇聚,从而形成炫丽的极光。如图所示,质子运动到P处时受到的洛伦兹力方向()A.向北B.向南C.向东D.向西3.(2023重庆巴蜀中学阶段测试)如图所示,有四根长直导线a、b、c、d垂直于纸面放置,它们位于正方形的四个顶点上,其中a、b、d中的电流方向垂直于纸面向里,c中的电流方向垂直于纸面向外,且四根导线中的电流大小相同。现有一带负电的粒子从正方形中心O点沿垂直于纸面的方向向里运动,它所受洛伦兹力的方向是()A.向上B.向下C.向左D.向右4.【经典题】(2023重庆外国语学校期末)如图所示,在正方体的四条沿y轴方向的棱上,分别固定四根通有等大电流I0的等长导线。正方体的中心P处有不断沿各个方向喷射带正电粒子的粒子源,关于粒子刚被喷出时所受到的洛伦兹力的方向,下列说法中正确的是()A.初速度方向沿x轴正方向,其所受的洛伦兹力方向沿z轴正方向B.初速度方向沿x轴正方向,其所受的洛伦兹力方向沿y轴正方向C.初速度方向沿y轴正方向,其所受的洛伦兹力方向沿z轴负方向D.初速度方向沿y轴正方向,其所受的洛伦兹力方向沿x轴正方向题组二安培力、电场力、洛伦兹力的比较5.(2023广东广州从化中学期末)下列说法正确的是()A.安培力和电场力的方向均可用左手定则判断B.电荷所受电场力一定与该处电场方向在同一直线上,电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直C.电荷在电场中一定受电场力作用,电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用D.安培力和洛伦兹力本质上都是磁场对运动电荷的作用,安培力可以对通电导线做功,洛伦兹力对运动电荷也做功6.【多选题】(2021浙江温州新力量联盟期末)根据所学知识判断图中正确的是()7.【经典题】【多选题】(2023吉林长春外国语学校期末)如图所示,一段长为L的导体水平放置,若导体单位体积内有n个自由电子,电子的电荷量为e,定向移动平均速率为v,导体横截面积为S。下面说法正确的是()A.导体中电流为I=neSvLB.导体中自由电子个数为N=nSLC.导体放置在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的磁场中,导体所受安培力F安=BneSvLD.导体放置在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的磁场中,导体中每个电子所受洛伦兹力F洛=evB题组三电子束的偏转8.(2023广东清远期末)如图所示,电子枪射出的电子束进入示波管,在示波管正下方有竖直放置的通电环形导线,则示波管中的电子束将()A.向下偏转B.向上偏转C.向纸外偏转D.向纸内偏转9.(2023安徽滁州定远中学阶段测试)如图为电视机显像管的偏转线圈示意图,线圈中心O处的黑点表示电子枪射出的电子束,方向垂直纸面向外。当偏转线圈中的电流方向如图所示时,电子束将()A.向左偏转B.向上偏转C.向下偏转D.不偏转10.【经典题】如图所示为显像管的原理示意图,当没有磁场时电子束将打在荧光屏正中央的O点。安装在管颈的偏转线圈可以产生磁场,使电子束发生偏转。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向,如果要使电子束打在荧光屏上的位置由a点逐渐移动到b点,图中哪种变化的磁场能够使电子发生上述偏转()能力提升练题组一洛伦兹力的大小和方向1.(2021北京一零一中学月考)两个带电粒子以相同的速度沿垂直磁感线的方向进入同一匀强磁场,两粒子质量之比为1∶4,电荷量之比为1∶2,则两带电粒子所受洛伦兹力之比为()A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶42.【多选题】(2022福建南靖二中阶段练习)在如图所示的各图中,匀强磁场的磁感应强度大小均为B,带电粒子的速率均为v、电荷量均为q,则下列各图中带电粒子所受洛伦兹力的大小表达正确的是()A.图(1)中洛伦兹力大小为qvBsin30°B.图(2)中洛伦兹力大小为qvBsin30°C.图(3)中洛伦兹力大小为0D.图(4)中洛伦兹力大小为qvB3.(2022陕西宝鸡月考)如图所示,三根相互平行的固定长直导线L1、L2和L3垂直纸面放置,直导线与纸面的交点及坐标原点O分别位于边长为a的正方形的四个顶点。L1与L3中的电流均为2I,方向均垂直纸面向里,L2中的电流为I,方向垂直纸面向外。已知在电流为I的长直导线的磁场中,距导线r处的磁感应强度B=kIr,其中k为常数。某时刻有一电子正好经过原点O且速度方向垂直纸面向外,速度大小为v,电子电荷量为e,则该电子所受洛伦兹力()A.方向与y轴正方向成45°角,大小为3B.方向与y轴负方向成45°角,大小为5C.方向与y轴正方向成45°角,大小为5D.方向与y轴负方向成45°角,大小为3题组二带电体在洛伦兹力作用下的运动4.(2023北京人大附中期末)在如图所示的空间中,存在匀强电场,同时存在沿x轴负方向的匀强磁场。一电子在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动。据此可以判断出()A.电场沿z轴负方向,运动过程中电子的电势能不变B.电场沿z轴正方向,运动过程中电子的电势能增大C.电场沿x轴正方向,运动过程中电子的电势能不变D.电场沿x轴正方向,运动过程中电子的电势能增大5.【经典题】【多选题】(2023广东广州华南师大附中期末)如图所示,质量为m的带电绝缘小球(可视为质点)用长为l的绝缘细线悬挂于O点,在悬点O下方有匀强磁场。现把小球拉离平衡位置后从A点由静止释放,则下列说法中正确的是()A.小球从A至C和从D至C到达C点时,速度大小相等B.小球从A至C和从D至C到达C点时,细线的拉力大小相等C.小球从A至C和从D至C到达C点时,加速度相同D.小球从A至C和从D至C过程中,运动快慢一样6.【多选题】(2023广东江门物理竞赛)如图所示,一根长直导线经小孔O竖直穿过粗糙的绝缘水平面,导线中通有方向向下的恒定电流I,a、b两点连线的延长线过O点。一带正电小物块P在a点时的速度为v0,方向沿直线ab,关于小物块的运动下列说法正确的是()A.小物块开始做曲线运动B.小物块开始做直线运动C.小物块所受的支持力开始增大D.小物块所受的摩擦力开始变小7.(2023山东菏泽阶段测试)如图所示,一根足够长的光滑绝缘杆MN,与水平面的夹角为37°,固定在竖直平面内,磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场充满杆所在的空间,杆与磁场方向垂直。质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时,对杆有垂直杆向下的压力作用,压力大小为0.4mg。已知小环的电荷量为q,重力加速度大小为g,sin37°=0.6。则小环滑到P处时的速度大小vP为()A.mg5qBB.2mg58.【经典题】【多选题】(2023福建福州期末)质量为m、带电荷量为q的小物块,从倾角为θ的绝缘斜面上由静止下滑,物块与斜面间的动摩擦因数为μ,整个斜面置于方向垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度大小为B,如图所示。重力加速度大小为g。若带电小物块下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零,下列说法中正确的是()A.小物块一定带负电荷B.小物块在斜面上运动时做匀加速直线运动,且加速度大小为gsinθ-μgcosθC.小物块在斜面上运动时做加速度增大、速度也增大的变加速直线运动D.小物块在斜面上下滑过程中,小物块对斜面压力为零时的速率为mg题组三电磁技术的应用(速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件)9.(2023北京一零一中学期末)如图所示为一速度选择器,内有一磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,一束粒子流以速度v水平射入,为使粒子流经过磁场时不偏转(不计重力),则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场,关于这个电场场强大小和方向的说法中,正确的是()A.大小为Bv,粒子带正电时,B.大小为Bv,粒子带负电时,C.大小为Bv,方向向下,与粒子带何种电荷无关D.大小为Bv,方向向上,与粒子带何种电荷无关10.【经典题】(2022辽宁丹东期末)一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量带正、负电的粒子)喷入磁场,A、B两板间便产生电压。如果把A、B和负载连接,A、B就是一个直流电源的两个电极。若A、B两板相距为d,板间的磁场按匀强磁场处理,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场,等效内阻为r,负载电阻为R。下列说法正确的是()A.A板带正电,B板带负电B.磁流体发电机的电动势是BvC.磁流体发电机的总功率为BD.磁流体发电机的输出功率为B11.【多选题】(2022陕西宝鸡期末)如图所示,图甲为常用的一种电磁流量计,其原理可以简化为图乙模型。某次实验时,液体内含有大量正、负离子,从直径为d的圆柱形容器右侧以速度v流入,从左侧流出。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。流量值Q等于单位时间内通过容器横截面的液体的体积,M、N间电势差为U。实验稳定后,下列说法正确的是()A.测得M、N间电势差U=BvdB.测得M、N间电势差U=-BvdC.测得液体流量Q=BdD.测得液体流量Q=π12.【经典题】【多选题】(2023湖南长沙阶段测试)如图所示,在一个很小的矩形半导体薄片上(导电粒子是自由电子),制作四个电极E、F、M、N,它就成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定的电流I,同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场,则薄片中的电荷就在洛伦兹力的作用下,沿着与电流和磁场都垂直的方向移动,使M、N间出现了电压,称为霍尔电压UH。当磁场方向和电流方向如图所示时,关于霍尔电压,下列说法正确的是()A.将磁场方向和电流方向同时反向,电极N的电势低于电极M的电势B.将磁场方向变为与薄片的上下表面平行,UH不变C.电流和磁场方向如图所示时,电极N的电势高于电极M的电势D.在电流和磁场一定时,薄片的厚度越大,则UH越小

答案与分层梯度式解析第一章安培力与洛伦兹力2磁场对运动电荷的作用力基础过关练1.C2.C3.B4.D5.B6.BD7.BCD8.A9.C10.AC根据左手定则可知,A、B选项中粒子所受洛伦兹力方向竖直向上,C选项中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向里,D选项中粒子所受洛伦兹力方向垂直纸面向外。故选C。方法技巧确定洛伦兹力方向的一般思路(1)明确磁场的方向及分布;(2)明确粒子的电性以及运动方向;(3)应用左手定则确定洛伦兹力的方向。2.C根据左手定则,结合题图可知此时该质子受到的洛伦兹力方向向东,选项C正确。3.B根据安培定则,a、c两导线在O点产生磁场的磁感应强度方向均向左,b导线在O点产生磁场的磁感应强度方向向上,d导线在O点产生磁场的磁感应强度方向向下。由于四根导线中的电流大小相同,则b、d导线在O点产生的磁场互相抵消,所以O点处的磁感应强度方向向左。根据左手定则,带负电的粒子所受洛伦兹力方向向下。故选B。4.D解题关键沿y轴负方向看,画出侧视图,将立体图转化成平面图。根据图中四根长导线中电流的方向,结合安培定则可知,四根长导线中的电流在P处产生的合磁场方向沿z轴正方向。带正电粒子初速度方向沿x轴正方向时,根据左手定则,其所受的洛伦兹力方向沿y轴负方向,A、B错误;带正电粒子初速度方向沿y轴正方向时,根据左手定则,其所受的洛伦兹力方向沿x轴正方向,C错误,D正确。故选D。5.B安培力的方向可用左手定则判断,但电场力的方向不能用左手定则判断,A错误;电荷所受电场力一定与该处电场方向在同一直线上,电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直,B正确;电荷在电场中一定受电场力作用,电荷在磁场中静止或其运动方向与磁场方向平行时不受洛伦兹力,C错误;安培力可以对通电导线做功,但洛伦兹力对运动电荷不做功,D错误。故选B。6.BD正电荷所受电场力方向与电场强度的方向相同,A错误;根据左手定则可知,运动负电荷所受的洛伦兹力方向竖直向下,B正确;根据右手螺旋定则可知通电螺线管外部上面的磁场方向为从左向右,则小磁针N极指向右侧,C错误;根据左手定则可知,电流所受的安培力方向与电流方向垂直,指向左下方,D正确。7.BCD根据电流的定义,导体中电流为I=qt=Svtnet=neSv,A错误;导体中自由电子个数为N=nV=nSL,B正确;导体放置在垂直于纸面向外、磁感应强度为B的磁场中,导体所受安培力F安=BIL=BneSvL,C正确;导体放置在垂直纸面向外、磁感应强度为B的磁场中,根据洛伦兹力公式,每个电子所受洛伦兹力F洛=8.A由安培定则,环形电流在示波管中产生的磁场方向垂直纸面向里,电子束由左向右运动,由左手定则,电子受到的洛伦兹力方向向下,则电子束向下偏转。故选A。方法技巧判断电子束偏转方向的方法(1)明确电子束的实质是电子流,电子带负电;(2)明确磁场的方向,应用左手定则时,要让磁感线垂直穿过掌心;(3)左手四指应指向电子运动的反方向。9.C根据安培定则,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向右的,如图所示。根据左手定则,由里向外射出的电子束受到的洛伦兹力向下,故电子束向下偏转。故选C。10.A电子束开始时向上偏转,根据左手定则可以得知,磁场的方向垂直纸面向外,即方向为负,且逐渐减小;后来电子束又向下偏转,根据左手定则可以得知,磁场方向垂直纸面向里,即方向为正,且逐渐增大。故选A。能力提升练1.C2.BCD3.D4.A5.ACD6.BD7.B8.AC9.D10.C11.BD12.AD1.C带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时,所受洛伦兹力F=qvB,v、B相同时,F与电荷量q成正比,与质量无关,C项正确。2.BCD图(1)中粒子所受洛伦兹力F=qvB,A错误;图(2)中粒子速度方向与磁场方向的夹角为30°,粒子所受洛伦兹力F=qvBsin30°,B正确;图(3)中粒子速度方向与磁场方向平行,粒子不受洛伦兹力,C正确;图(4)中粒子所受洛伦兹力F=qvB,D正确。故选B、C、D。3.DL1、L2、L3三根导线中的电流在原点O处产生磁场的磁感应强度大小分别为B1=k2Ia、B2=kI2a、B3=k2Ia,方向如图,则三根导线中的电流在O处产生合磁场的磁感应强度大小为B=2B1-B2=32kI2a,方向与y轴正方向成45°角。电子经过原点O且速度方向垂直纸面向外,速度大小为v,据左手定则知,其所受洛伦兹力方向与y轴负方向成45°4.A电子在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动,由左手定则,受到的洛伦兹力沿z轴负方向,则受到的电场力沿z轴正方向,由于电子带负电,所以电场沿z轴负方向,电子运动方向与所受电场力垂直,电场力不做功,电势能不变。故选A。5.ACD模型构建圆周运动模型假设小球带正电,在最低点C,合力提供向心力,F合=F向=mv2小球进入磁场后受到洛伦兹力作用,方向与速度方向垂直,洛伦兹力对小球不做功,只有重力做功,机械能守恒,所以小球从A至C和从D至C到达C点时,速度大小相等;到达C点时加速度为a=v2l,方向都由C指向O,加速度相同;小球从A至C和从D至C过程中,任一时刻减少的重力势能都转化为动能