2024-2025学年高二物理选择性必修第二册（粤教版）第一章测评卷

第一章测评卷(满分:100分)一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)1.关于带电粒子在匀强磁场中的运动,不考虑其他场力(重力)作用,下列说法正确的是()A.可能做匀速直线运动 B.可能做匀变速直线运动C.可能做匀变速曲线运动 D.只能做匀速圆周运动2.如图所示,空间的某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场,一个带电粒子以某一初速度由A点进入该区域沿直线运动,从C点离开该区域;如果该区域只有电场,则粒子从B点离开该区域;如果该区域只有磁场,则粒子从D点离开该区域.设粒子在上述3种情况下,从A点到B点,从A点到C点和A点到D点所用的时间分别是t1、t2和t3,比较t1、t2和t3的大小,则(粒子重力忽略不计)()A.t1=t2=t3 B.t2<t1<t3C.t1=t2<t3 D.t1=t3>t23.如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其正中央的上方固定一根长直导线,导线与条形磁铁垂直.给导线通以垂直纸面向里的电流,用FN表示条形磁铁对桌面的压力,用f表示桌面对条形磁铁的摩擦力,则导线通电后与通电前相比较()A.FN减小,f=0B.FN减小,f≠0C.FN增大,f=0D.FN增大,f≠04.(2024广东中山模拟预测)下列装置中都涉及磁场的具体应用,关于这些装置的说法正确的是()A.图甲为回旋加速器,增加电压U可增大粒子的最大动能B.图乙为磁流体发电机,可判断出A极板比B极板电势低C.图丙为质谱仪,打到照相底片D同一位置粒子的电荷量相同D.图丁为速度选择器,特定速率的粒子从左、右两侧沿轴线进入后都做直线运动5.初速度为v0的电子,沿平行于通电长直导线的方向射出,直导线中电流方向与电子的初速度方向如图所示,则()A.电子将向右偏转,速率不变B.电子将向左偏转,速率改变C.电子将向左偏转,速率不变D.电子将向右偏转,速率改变6.月球上的磁场极其微弱,通过探测器拍摄电子在月球磁场中的运动轨迹,可分析月球磁场的强弱分布情况,探测器通过月球表面a、b、c、d四个位置时,拍摄到的电子运动轨迹照片如图所示.设电子速率相同,且与磁场方向垂直,则可知四个位置的磁场从强到弱的排列正确的是()A.Bb→Ba→Bd→Bc B.Bd→Bc→Bb→BaC.Bc→Bd→Ba→Bb D.Ba→Bb→Bc→Bd7.如图所示,正六边形abcdef区域内有垂直于纸面的匀强磁场.一带正电的粒子从f点沿fd方向射入磁场区域,当速度大小为vb时,从b点离开磁场,在磁场中运动的时间为tb,当速度大小为vc时,从c点离开磁场,在磁场中运动的时间为tc,不计粒子重力,则()A.vb∶vc=1∶2,tb∶tc=2∶1B.vb∶vc=2∶1,tb∶tc=1∶2C.vb∶vc=2∶1,tb∶tc=2∶1D.vb∶vc=1∶2,tb∶tc=1∶2二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分.在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求.全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)8.圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场,三个质量和电荷量都相同的带电粒子a、b、c,以不同的速率沿着AO方向对准圆心O射入磁场,其运动轨迹如图所示.若带电粒子只受磁场力的作用,则下列说法正确的是()A.a粒子速率最大B.c粒子速率最大C.a粒子在磁场中运动的时间最长D.它们做圆周运动的周期Ta<Tb<Tc9.如图所示,在匀强磁场B的区域中有一光滑斜面体,在斜面体上放置一根长为L、质量为m的导线,当通以如图所示方向的电流后,导线恰能保持静止,则磁感应强度B满足()A.B=mgsinαIL,方向垂直斜面向上 B.B=C.B=mgtanαIL,方向竖直向下 D.B=10.磁流体发电机的示意图如图所示.平行金属板a、b之间存在匀强磁场,将一束等离子体(即高温下电离的气体,含有大量等量正、负离子)垂直于磁场的方向喷入磁场,金属板a、b间便会产生电压.如果把金属板a、b与用电器相连接,用电器电阻为R,金属板a、b等效直流电源的两个电极.若磁场的磁感应强度为B,离子入射速度为v,金属板a、b间距为d,两金属板间等离子体的等效电阻为r.稳定时,下列判断正确的是()A.a是电源的正极,b是电源的负极B.带负电的离子在两金属板间受到的洛伦兹力方向向下C.只减小等离子体的入射速度v,电源的电动势减小D.用电器中的电流为Bdv三、非选择题(本题共5小题,共54分)11.(6分)如图所示,在x轴的上方(y≥0)存在着垂直于纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.在原点O有一个离子源向x轴上方的各个方向发射出质量为m,电荷量为q的正离子(不计重力),速率都为v.对那些在xOy平面内运动的离子,在磁场中可能到达的最大x、y值为x=,y=.

12.(9分)(2024广东佛山高二阶段练习)某兴趣小组的同学们设计了利用磁传感器霍尔元件来测量匀强磁场的磁感应强度的实验方案,其原理图如图所示.已知该霍尔元件的载流子为电子,电荷量为e,匀强磁场垂直于霍尔元件上下两面竖直向上,霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、c,单位体积中自由电子的个数为n,实验中从右向左通过霍尔元件的电流为I.(1)用电压表测量M、N间的电压时,电压表的正接线柱应与(选填“M”或“N”)相接,正确连接后测得的电压为U.

(2)电子(载流子)匀速通过霍尔元件的过程中,垂直于M、N方向受到的电场力大小为.(用U、e及题中涉及的物理量符号表示)

(3)同学们经过分析可知,匀强磁场的磁感应强度大小为.(用U、e及题中涉及的物理量符号表示)

13.(10分)如图所示,金属梯形框架导轨放置在竖直平面内,顶角为θ,底边ab长为l,垂直于梯形平面有一个磁感应强度大小为B的匀强磁场.在导轨上端再放置一根水平金属棒cd,其质量为m,导轨上接有电源,使abcd构成回路,回路电流恒为I,cd恰好静止.已知金属棒和导轨之间接触良好,不计摩擦阻力,重力加速度为g,求:(1)cd所受的安培力;(2)cd与ab边之间的高度差h.14.(13分)如图所示,abcd是一个边长为L的正方形,它是磁感应强度为B的匀强磁场横截面的边界线.一带电粒子从ad边的中点O与ad边成θ=30°角且垂直于磁场方向射入.若该带电粒子所带电荷量为q、质量为m(重力不计),则该带电粒子在磁场中飞行时间最长是多少?若要带电粒子飞行时间最长,带电粒子的速度必须符合什么条件?15.(16分)如图所示,与水平面成45°角的平面MN将空间分成Ⅰ和Ⅱ两个区域.一质量为m、电荷量为q(q>0)的粒子以速度v0从平面MN上的P0点水平向右射入Ⅰ区.粒子在Ⅰ区运动时,只受到大小不变、方向竖直向下的电场作用,电场强度大小为E;在Ⅱ区运动时,只受到匀强磁场的作用,磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里.粒子的重力可以忽略.求粒子首次从Ⅱ区离开时到出发点P0的距离.答案：1.A带电粒子在匀强磁场中运动时所受的洛伦兹力跟速度方向与磁场方向的夹角有关,当速度方向与磁场方向平行时,它不受洛伦兹力作用,又不受其他力作用,这时它将做匀速直线运动,故A正确.因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直,改变速度方向,因而同时也改变洛伦兹力的方向,故洛伦兹力是变力,粒子不可能做匀变速运动,故B、C错误.只有当速度方向与磁场方向垂直时,带电粒子才做匀速圆周运动,故D错误.2.C只有电场时,粒子做类平抛运动,水平方向为匀速直线运动,故t1=t2;只有磁场时粒子做匀速圆周运动,速度大小不变,但沿AC方向的分速度越来越小,故t3>t2,综上所述可知,选项C正确.3.C由于条形磁铁在导线所在处的磁感应强度方向水平向左,由左手定则知,条形磁铁对通电导线的作用力竖直向上,由牛顿第三定律可知,通电导线对条形磁铁的作用力竖直向下,使条形磁铁与桌面间的压力变大;由于通电导线对条形磁铁的作用力竖直向下,因此条形磁铁没有水平运动趋势,f=0,故C正确.4.B图甲为回旋加速器,粒子做圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,有qvB=mv2R,得v=qBRm,对于同一个粒子,增大磁感应强度和回旋加速器半径可以增大粒子的速度,从而增大其动能,与电压U无关,故A错误;图乙为磁流体发电机,根据左手定则可以判断,带正电的粒子向B极板聚集,则B极板为正极,A极板比B极板电势低,故B正确;图丙为质谱仪,粒子由加速电场加速,有Uq=12mv2,粒子做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,有qvB=mv2R,联立解得R=1B2Umq,粒子经过相同的加速电场和偏转磁场,所以打到同一位置的粒子的比荷相同,故C错误;图丁为速度选择器,粒子只能从左向右运动才符合原理,5.A由右手定则可知导体右侧磁场垂直纸面向里,由左手定则可知电子受洛伦兹力方向水平向右,所以电子向右偏;由于洛伦兹力不做功,所以电子速率不变.A正确.6.D电子在磁场中做匀速圆周运动,由题图可知在a、b、c、d四图中电子运动轨迹的半径大小关系为Rd>Rc>Rb>Ra,由半径公式R=mvqB可知,半径越大,磁感应强度越小,所以Ba>Bb>Bc>Bd,D正确7.A如图所示,设正六边形的边长为l,当带电粒子的速度为vb时,其圆心在a点,轨道半径r1=l,转过的圆心角θ1=23π.当带电粒子的速率为vc时,其圆心在O点(即fa、cb延长线的交点),故轨道半径r2=2l,转过的圆心角θ2=π3,根据qvB=mv2r,得v=qBrm,故vbvc=r1r2=12.由T=2πrv得T=2π8.BC由于三个带电粒子的质量、电荷量均相同,在同一个磁场中,根据qvB=mv2r,可得r=mvqB,当速度越大时、轨道半径越大,选项A错误,B正确;由T=2πmqB及t=θ2πT可知,三粒子运动周期相同,a在磁场中运动的偏转角最大,9.BCD当磁场方向垂直斜面向上时,安培力沿斜面向下,导体棒不可能静止在斜面上,故选项A错误;当磁场方向垂直斜面向下时,mgsinα=BIL,得B=mgsinαIL,故选项B正确;当磁场方向竖直向下时,mgtanα=BIL,得B=mgtanαIL,故选项C正确;当磁场方向水平向左时,mg=BIL,得B=10.CD根据左手定则,正离子受到的洛伦兹力方向向下,负离子受到的洛伦兹力方向向上,因此a是电源的负极,b是电源的正极,故A、B错误;根据平衡条件,有qvB=qEd,解得电源的电动势E=Bdv,只减小等离子体的入射速度v,电源的电动势也减小,故C正确;根据闭合电路欧姆定律,可得用电器中的电流为I=BdvR+r,11.答案2解析正离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,其偏转方向为顺时针方向,射到y轴上最远的离子是沿x轴负方向射出的离子.而射到x轴上最远的离子是沿y轴正方向射出的离子.这两束离子可能到达的最大x、y值恰好是圆周的直径,轨迹如图所示.d=2R=2mvqB12.答案(1)M(2)eUb(3)解析(1)根据左手定则,电子向N偏转,N带负电,故电压表的正接线柱应与M相接.(2)垂直于M、N方向受到的电场力大小为F=eE=eUb(3)通过霍尔元件的电流为I=neSv=nebcv霍尔元件稳定后,有evB=F匀强磁场的磁感应强度大小为B=UnecI13.答案(1)mg,方向竖直向上(2)mg解析(1)由平衡条件知,Fcd=mg,方向竖直向上.(2)设金属棒接入回路的长度为d,则BId=mg,可得d=mg设ab边与O点的垂直距离为H由几何关系知,l解得h=d-在三角形Oab中,tanθ联立解得h=mgBI14.答案5πm3qB解析从题设的条件中,可知带电粒子在磁场中只受洛伦兹力作用,它做匀速圆周运动,粒子带正电,由左手定则可知它将向ab方向偏转,带电粒子可能的轨道如下图所示(磁场方向没有画出),这些轨道的圆心均在与v方向垂直的OM上.带电粒子在磁场中运动,洛伦兹力提供向心力,有qvB=mv2r,运动的周期为T=2由于带电粒子做匀速圆周运动的周期与半径和速率均没有关系,这说明了它在磁场中运动的时间仅与轨迹所对的圆心角大小有关.由图可以发现带电粒子从入射边进入,又从入射边飞出,其轨迹所对的圆心角最大,那么,带电粒子从ad边飞出的轨迹中,与ab相切的轨迹的半径也就是它所有可能轨迹半径中的临界半径r0:r>r0,在磁场中运动时间是变化的,r≤r0,在磁场中运动的时间是相同的,也是在磁场中运动时间最长的.由上图可知,三角形O2EF和三角形O2OE均为等边三角形,所以有∠OO2E=π3轨迹所对的圆心角为a=2π-π运动的时间t=Ta由图还可以得到r0+r02=L2得v≤qBL带电粒子在磁场中飞行时间最长是5πm3qB;带电粒子的速度应符合条件15.答案2解析带