新教材2025版高中物理單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)一安培力與洛倫茲力新人教版選擇性必修第二冊(cè)

單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(一)安培力與洛倫茲力(時(shí)間：75分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題：本題共7小題，每小題4分，共28分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的．1．關(guān)于電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力，下列說(shuō)法正確的是()A．電荷在磁場(chǎng)中肯定受洛倫茲力的作用B．電荷在電場(chǎng)中肯定受電場(chǎng)力的作用C．電荷所受電場(chǎng)力方向肯定與該處電場(chǎng)方向一樣D．電荷所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力可能都對(duì)電荷做負(fù)功2．帶電油滴以水平速度v0垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，恰做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖所示，若油滴質(zhì)量為m，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則下述說(shuō)法正確的是()A.油滴必帶正電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)B．油滴必帶負(fù)電荷，比荷eq\f(q,m)＝eq\f(g,v0B)C．油滴必帶負(fù)電荷，電荷量為eq\f(mg,v0B)D．油滴帶什么電荷都可以，只要滿意q＝eq\f(mg,v0B)3.[2024·石家莊高二檢測(cè)]如圖所示，用細(xì)繩懸掛一矩形導(dǎo)線框且導(dǎo)線框底邊水平，導(dǎo)線框通有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?從右側(cè)視察).在導(dǎo)線框的正下方、垂直于導(dǎo)線框平面有始終導(dǎo)線PQ.原PQ中無(wú)電流，現(xiàn)通以水平向左的電流，在短時(shí)間內(nèi)()A．從上往下視察導(dǎo)線框向右平移B．從上往下視察導(dǎo)線框順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．細(xì)繩受力會(huì)變得比導(dǎo)線框重力大D．導(dǎo)線框中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度變小4.正三角形ABC的三個(gè)頂點(diǎn)處分別有垂直于三角形平面的無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線中通有恒定電流，方向如圖所示，a、b、c三點(diǎn)分別是正三角形三邊的中點(diǎn)，若A、B、C三處導(dǎo)線中的電流均為I，則a、b、c三點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小關(guān)系為()A．a(chǎn)點(diǎn)最大B．b點(diǎn)最小C．c點(diǎn)最小D．b、c點(diǎn)一樣大5.將一段通電直導(dǎo)線abc從中點(diǎn)b折成120°，分別放在如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圖甲中導(dǎo)線所在平面與磁場(chǎng)的磁感線平行，圖乙中導(dǎo)線所在平面與磁場(chǎng)的磁感線垂直，若兩圖中兩導(dǎo)線所受的安培力大小相等，則甲、乙兩圖中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比eq\f(B1,B2)為()A．eq\f(\r(3),3)B．eq\f(2\r(3),3)C．eq\f(\r(3),6)D．eq\f(3\r(3),2)6.用如圖所示的回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增加為原來(lái)的4倍，可采納下列哪種方法()A．將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的2倍B．將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的4倍C．將D形金屬盒的半徑增大為原來(lái)的4倍D．將兩D形金屬盒間的加速電壓增大為原來(lái)的4倍7．[2024·全國(guó)甲卷，18]空間存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于紙面(xOy平面)向里，電場(chǎng)的方向沿y軸正方向．一帶正電的粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，從坐標(biāo)原點(diǎn)O由靜止起先運(yùn)動(dòng)．下列四幅圖中，可能正確描述該粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的是()二、多項(xiàng)選擇題：本題共3小題，每小題6分，共18分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)符合題目要求．全部選對(duì)的得6分，選對(duì)但不全的得3分，有選錯(cuò)的得0分．8．下列圖中關(guān)于磁場(chǎng)中的四種儀器的說(shuō)法正確的是()A．甲圖中回旋加速器加速帶電粒子的最大動(dòng)能與回旋加速器的半徑無(wú)關(guān)B．乙圖中不變更質(zhì)譜儀各區(qū)域的電場(chǎng)磁場(chǎng)時(shí)擊中光屏同一位置的粒子比荷相同C．丙圖中自由電荷為負(fù)電荷的霍爾元件通上如圖所示電流和加上如圖磁場(chǎng)時(shí)N側(cè)帶負(fù)電荷D．丁圖長(zhǎng)寬高分別為a、b、c的電磁流量計(jì)加上如圖所示磁場(chǎng)，若流量Q恒定，則前后兩個(gè)金屬側(cè)面的電壓與a、b無(wú)關(guān)9.如圖所示，有一混合正離子束先后通過(guò)正交的電場(chǎng)、磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅱ，假如這束正離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后偏轉(zhuǎn)半徑r相同，則它們肯定具有相同的()A．速度B．質(zhì)量C．電荷量D．比荷10.如圖所示，兩方向相反、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)被邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的等邊三角形AOC分開(kāi)，三角形內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)里，三角形頂點(diǎn)A處有一質(zhì)子源，能沿∠OAC的角平分線放射速度不同的質(zhì)子(質(zhì)子重力不計(jì))，全部質(zhì)子均能通過(guò)C點(diǎn)，質(zhì)子比荷eq\f(q,m)＝k，則質(zhì)子的速度可能為()A．BkLB．eq\f(BkL,2)C．eq\f(2BkL,3)D．eq\f(BkL,8)三、非選擇題：本題共5個(gè)小題，共54分．11．(8分)依據(jù)如圖所示進(jìn)行試驗(yàn)．(1)分別接通“1、4”和“2、3”，導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)的角度不同，說(shuō)明導(dǎo)線受到的力的大小與____________________有關(guān)．(2)上下交換磁極的位置以變更磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線受力的方向________(選填“變更”或“不變更”).(3)變更導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向________(選填“變更”或“不變更”).(4)通過(guò)試驗(yàn)說(shuō)明：安培力的方向與磁場(chǎng)方向、電流方向之間的關(guān)系滿意____________．12.(8分)如圖所示，利用電流天平可以測(cè)量勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，電流天平的右臂掛著矩形線圈，匝數(shù)為n，線圈的水平邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，bc邊處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與線圈平面垂直，當(dāng)線圈中通過(guò)電流I時(shí)，調(diào)整砝碼使兩臂達(dá)到平衡．然后使電流反向，大小不變，這時(shí)須要在左盤(pán)中增加質(zhì)量為m的砝碼，才能使兩臂達(dá)到新的平衡．(1)用已知量和可測(cè)量n、m、L、I計(jì)算B的表達(dá)式為_(kāi)_______．(2)當(dāng)n＝5，L＝10cm，I＝0.1A，m＝10g時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B＝________T．(重力加速度g取10m/s2)13.(10分)[2024·湖北石首一中高二檢測(cè)]如圖所示，虛線圓所圍區(qū)域有方向垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1T．一束帶電粒子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v＝1.6×106m/s射入磁場(chǎng)，電子束經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域后，其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成θ＝60°角．設(shè)電子質(zhì)量m＝8×10－30kg，電荷量q＝1.6×10－19C，不計(jì)粒子之間的相互作用力及所受的重力，求：(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)(1)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑R；(2)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t.14.(12分)[2024·江西贛州高二檢測(cè)]如圖所示，平行金屬導(dǎo)軌與水平面成37°角，導(dǎo)軌上端連接始終流電源，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝6V、內(nèi)阻r＝1Ω；金屬桿ab垂直放在導(dǎo)軌上，其有效長(zhǎng)度L＝1m，質(zhì)量m＝0.2kg，與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.5，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力．空間存在豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B＝2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．要使ab桿在導(dǎo)軌上保持靜止．求：滑動(dòng)變阻器R接入電路的阻值范圍．(其他電阻均不計(jì)，重力加速度g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)15．(16分)如圖所示，在xOy平面坐標(biāo)系的第三、四象限內(nèi)有沿y軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，第一象限中的等腰直角三角形MNP區(qū)域內(nèi)存在垂直坐標(biāo)平面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一個(gè)帶正電的粒子以速度v0＝2×107m/s從Q點(diǎn)沿x軸正方向放射，并從O點(diǎn)射出，進(jìn)入磁場(chǎng)后以垂直于PM的方向從PM邊射出磁場(chǎng)．已知Q點(diǎn)的橫坐標(biāo)為－0.4m，該粒子的比荷eq\f(q,m)＝2.5×109C/kg，MN平行于x軸，N點(diǎn)的坐標(biāo)為(0.4m，0.4m).不計(jì)粒子重力，求：(1)Q點(diǎn)的縱坐標(biāo)；(2)磁場(chǎng)區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B的取值范圍．單元素養(yǎng)評(píng)價(jià)(一)安培力與洛倫茲力1．解析：當(dāng)電荷靜止或速度方向與磁場(chǎng)平行時(shí)，電荷在磁場(chǎng)中不受洛倫茲力，A錯(cuò)誤；電荷在電場(chǎng)中肯定受到電場(chǎng)力的作用，B正確；正電荷所受電場(chǎng)力方向與該處電場(chǎng)方向相同，負(fù)電荷所受電場(chǎng)力方向與該處電場(chǎng)方向相反，C錯(cuò)誤；電荷所受的電場(chǎng)力可能對(duì)電荷做負(fù)功，電荷所受的洛倫茲力對(duì)電荷肯定不做功，D錯(cuò)誤．答案：B2．解析：油滴水平向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，其所受的洛倫茲力必向上與重力平衡，故帶正電荷，其電荷量為q＝eq\f(mg,v0B)，A正確，B、C、D錯(cuò)誤．答案：A3．解析：由安培定則推斷出通電導(dǎo)線Q在線框處的磁場(chǎng)方向從外向里，依據(jù)左手定則，知外側(cè)電流受安培力向左，內(nèi)側(cè)電流受安培力向右，從上往下看，導(dǎo)線框?qū)⒛鏁r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故AB錯(cuò)誤；線框沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度后，靠近導(dǎo)線PQ處的邊的電流的方向向左，由左手定則可知，其受到的安培力的方向向下，所以整體受力向下，在細(xì)繩受力會(huì)變得比導(dǎo)線框重力大，故C正確；線框沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小角度后，電流Q產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向從外向里穿過(guò)線框，依據(jù)安培定則，線框表示磁場(chǎng)的方向也是從外向里，所以穿過(guò)線框的磁通量增大，則線框中心的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大．故D錯(cuò)誤．故選C.答案：C4．解析：通電導(dǎo)線會(huì)在四周產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱與到導(dǎo)線的距離有關(guān)．對(duì)于a點(diǎn)，A導(dǎo)線和B導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反，設(shè)C導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，所以a點(diǎn)的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2；對(duì)于b點(diǎn)，B導(dǎo)線和C導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，設(shè)B導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，而A導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，則此處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為eq\r(4Beq\o\al(2,1)＋Beq\o\al(2,2))；對(duì)于c點(diǎn)，A導(dǎo)線和C導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等(均為B1)，方向相同，B導(dǎo)線在此處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2，則此處的合磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為eq\r(4Beq\o\al(2,1)＋Beq\o\al(2,2))，所以b、c點(diǎn)處磁感應(yīng)強(qiáng)度一樣大，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤．答案：D5．解析：設(shè)導(dǎo)線的總長(zhǎng)為2L，通過(guò)導(dǎo)線的電流為I，題圖甲中導(dǎo)線受到的安培力大小為ILB1＋I(xiàn)LB1cos60°＝eq\f(3,2)ILB1，題圖乙中導(dǎo)線受到的安培力的大小為I·2LB2cos30°＝eq\r(3)ILB2，依據(jù)題意，即有eq\f(3,2)ILB1＝eq\r(3)ILB2，則有eq\f(B1,B2)＝eq\f(2\r(3),3)，B正確．答案：B6．解析：在磁場(chǎng)中由牛頓其次定律得evB＝meq\f(v2,R)①質(zhì)子的最大動(dòng)能Ekm＝eq\f(1,2)mv2②解①②式得Ekm＝eq\f(e2B2R2,2m)要使質(zhì)子的動(dòng)能增加為原來(lái)的4倍，可以將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的2倍或?qū)蒁形金屬盒的半徑增大為原來(lái)的2倍，故B、C項(xiàng)錯(cuò)，A正確；質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)，故D項(xiàng)錯(cuò)．答案：A7．解析：帶正電粒子從原點(diǎn)O由靜止釋放，在電場(chǎng)力作用下，獲得向上的速度后，會(huì)受到向左的洛倫茲力，故粒子向左側(cè)偏轉(zhuǎn)，解除A、C選項(xiàng)；當(dāng)粒子再回到x軸時(shí)，電場(chǎng)力整體做功為零，洛倫茲力始終不做功，故此時(shí)速度為零，以后會(huì)重復(fù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)，不行能運(yùn)動(dòng)到x軸下方，故B正確，D錯(cuò)誤．答案：B8．解析：回旋加速器加速帶電粒子的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度和回旋加速器的半徑共同確定，A錯(cuò)誤；質(zhì)譜儀是一種利用磁偏轉(zhuǎn)檢測(cè)帶電粒子比荷的設(shè)備，以同樣速度進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子擊中光屏同一位置，則說(shuō)明粒子的比荷相同，B正確；丙圖中自由電荷為負(fù)電荷的霍爾元件通上如圖所示電流和加上如圖磁場(chǎng)時(shí)，由左手定則可知，負(fù)電荷所受洛倫茲力向左，因此N側(cè)帶負(fù)電荷，C正確；最終正、負(fù)離子會(huì)受到電場(chǎng)力和洛倫茲力而平衡，即：qvB＝eq\f(U,b)q，而流量Q＝vbc，聯(lián)立可得U＝eq\f(QB,c)，前后兩個(gè)金屬側(cè)面的電壓與流量Q、磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及c有關(guān)，與a、b無(wú)關(guān)，D正確．答案：BCD9．解析：離子束在區(qū)域Ⅰ中不偏轉(zhuǎn)，肯定是qE＝qvB，v＝eq\f(E,B)，A正確；進(jìn)入?yún)^(qū)域Ⅱ后，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑相同，由r＝eq\f(mv,qB)知，因v、B相同，只能是比荷相同，故D正確，B、C錯(cuò)誤．答案：AD10．解析：質(zhì)子帶正電，且經(jīng)過(guò)C點(diǎn)，其軌跡有多種可能，如圖所示，全部圓弧所對(duì)圓心角均為60°，所以質(zhì)子運(yùn)行半徑為r＝eq\f(L,n)(n＝1，2，3…)，質(zhì)子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，依據(jù)洛倫茲力供應(yīng)向心力可得qvB＝meq\f(v2,r)，解得v＝eq\f(qBr,m)＝eq\f(kBL,n)(n＝1，2，3…)，故A、B、D正確，C錯(cuò)誤．答案：ABD11．答案：(1)導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度(2)變更(3)變更(4)左手定則12．解析：(1)設(shè)左、右砝碼質(zhì)量分別為m1、m2，線圈質(zhì)量為m0，當(dāng)線圈通過(guò)如題圖所示方向的電流時(shí)，依據(jù)平衡條件有m1g＝(m0＋m2)g－nILB①當(dāng)線圈通過(guò)的電流反向時(shí)，依據(jù)平衡條件有(m1＋m)g＝(m0＋m2)g＋nILB②聯(lián)立①②解得B＝eq\f(mg,2nIL).(2)代入數(shù)據(jù)得B＝eq\f(mg,2nIL)＝eq\f(0.01×10,2×5×0.1×0.1)T＝1T.答案：(1)B＝eq\f(mg,2nIL)(2)113．解析：(1)電子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力供應(yīng)向心力，有qvB＝meq\f(v2,R)，解得R＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(8×10－30×1.6×106,1.6×10－19×1)m＝8.0×10－5m.(2)設(shè)電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期為T，則T＝eq\f(2πR,v)＝eq\f(2πm,qB)，由幾何關(guān)系可知電子做圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)過(guò)的角度α＝θ，所以電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t＝eq\f(θ,2π)T＝eq\f(mθ,qB)，代入數(shù)據(jù)解得t＝eq\f(5π,3)×10－11s＝5.2×10－11s.答案：(1)8.0×10－5m(2)5.2×10－11s14．解析：設(shè)金屬桿受最大靜摩擦力沿導(dǎo)軌平面對(duì)上時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻為R1，金屬桿受力如圖1所示．由平衡條件可知，沿導(dǎo)軌方向有Fcos37°＋f＝mgsin37°，垂直于導(dǎo)軌方向有FN＝mgcos37°＋Fsin37°，安培力的大小F＝I1LB，最大靜摩擦力f＝μFN，由閉合電路歐姆定律可得I1＝eq\f