第一單元 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用（基礎(chǔ)夯實(shí)）-高二物理教科版（2019）選擇性必修第二冊(cè)單元鞏固檢測(cè)

第一單元磁場(chǎng)對(duì)電流的作用（基礎(chǔ)夯實(shí)）—高二物理教科版（2019）選擇性必修第二冊(cè)單元鞏固檢測(cè)（試卷滿分：100分；考試時(shí)間：60分鐘）一、選擇題：本題共12小題，共60分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，第1~8題只有一項(xiàng)符合題目要求，每小題5分；第9~12題有多項(xiàng)符合題目要求，全部選對(duì)得5分，選對(duì)但不全得2分，選錯(cuò)得0分。1.如圖所示，四根相同長(zhǎng)直導(dǎo)線處于正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上，O為正方形的中心，導(dǎo)線中均通有方向垂直紙面向里、大小相同的電流。若將其中一根導(dǎo)線中的電流反向，中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為；若將其中兩根導(dǎo)線中的電流反向，中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可能為()A. B. C. D.2.科學(xué)史上，有一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)方程是。如圖，讓核和X核從S點(diǎn)沿圖示垂直于磁場(chǎng)的方向進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，若僅考慮磁場(chǎng)對(duì)核的洛倫茲力，則在磁場(chǎng)中()A.核和X核的徑跡均在Ⅰ區(qū)B.核的徑跡在Ⅱ區(qū)，X核的徑跡在Ⅰ區(qū)C.核和X核運(yùn)動(dòng)的半徑之比一定為17:8D.核和X核運(yùn)動(dòng)的周期之比一定為17:83.如圖所示，一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q、不計(jì)重力的帶電粒子從x軸上的P點(diǎn)以速度v沿與x軸正方向成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并恰好垂直于y軸從Q點(diǎn)射出第一象限。已知，則()A.粒子帶正電B.粒子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為C.勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為D.粒子在第一象限中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為4.如圖所示為回旋加速器的示意圖。兩個(gè)靠得很近的D形金屬盒處在與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一組核從加速器的A處由靜止開(kāi)始加速，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后從加速器出口C處射出。已知D型盒的半徑為R，高頻交變電源的電壓為U、頻率為f，氘核質(zhì)量為m。下列說(shuō)法正確的是()A.氘核在D形盒中運(yùn)動(dòng)時(shí)間與加速電壓U無(wú)關(guān)B.氘核的最大動(dòng)能為C.氘核第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為D.若要加速粒子，交流電的頻率f不需要改變5.如圖所示，絕緣水平面上，虛線左側(cè)有垂直于水平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)、右側(cè)有垂直水平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，由相同材料粗細(xì)均勻的金屬棒組成的正三角形線框ABC固定在水平面上，線框關(guān)于虛線對(duì)稱，通過(guò)A、B兩點(diǎn)給線框通入大小為I的恒定電流，正三角形的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，則線框受到的安培力大小為()A.0 B. C. D.6.質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，大量帶正電的粒子，從容器A下方小孔飄入加速電場(chǎng)，從飛出后，經(jīng)沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打到照相底片D上。則粒子打到底片時(shí)，距越遠(yuǎn)的粒子()A.速度越大 B.動(dòng)量越大 C.動(dòng)能越小 D.比荷越小7.如圖所示，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，為其左邊界，磁場(chǎng)中沿磁場(chǎng)方向放置一表面涂有熒光材料、底面半徑為R的圓柱體，電子打到圓柱體表面時(shí)熒光材料會(huì)發(fā)出熒光，且被圓柱體吸收。圓柱體的底面圓心O到磁場(chǎng)邊界的距離為。一平行電子束以垂直邊界向右的初速度射入磁場(chǎng)，已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，則圖示截面圓上發(fā)光部分的長(zhǎng)度等于()A. B. C. D.8.如圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，圖中虛線為磁場(chǎng)的邊界，其中段是半徑為R的四分之一圓弧，、的延長(zhǎng)線通過(guò)圓弧的圓心，長(zhǎng)為R。一束質(zhì)量為m、電荷量為的粒子，在紙面內(nèi)以不同的速率從O點(diǎn)垂直射入磁場(chǎng)，已知所有粒子均從圓弧邊界射出，其中為如圖所示的圓弧邊界上的兩點(diǎn)，不計(jì)粒子間的相互作用和重力。則下列分析中正確的是()A.所有粒子所用最短時(shí)間為B.所有粒子所用最短時(shí)間為C.從M點(diǎn)射出粒子的速率一定小于從N點(diǎn)射出粒子的速率D.從M點(diǎn)射出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間大于從N點(diǎn)射出粒子所用時(shí)間9.一個(gè)半徑為R的金屬圓環(huán)懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端，圓環(huán)中通有大小恒定的電流，圓環(huán)下半部分處在垂直于圓環(huán)平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，圓環(huán)靜止時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為F，如圖甲所示；現(xiàn)將圓環(huán)緩慢向下移動(dòng)0.6R，圓環(huán)靜止時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.2F，如圖乙所示。下列判斷正確的是()A.圓環(huán)中電流沿順時(shí)針?lè)较?B.圓環(huán)中電流沿逆時(shí)針?lè)较駽.圓環(huán)的重力大小為1.6F D.圓環(huán)的重力大小為2F10.如圖所示，真空區(qū)域有邊界為MN、PQ的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里，MN、PQ的間距為l。α粒子和氫核先后從A點(diǎn)沿著與MN夾角θ為的方向射入磁場(chǎng)中，都剛好沒(méi)能從PQ邊界射出磁場(chǎng)。不計(jì)粒子重力，α粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和速度大小分別為和，氫核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和速度大小分別為和，則()A.，B.，C.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為 D.粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為11.圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，O為其圓心，ab、cd和ef為其三條直徑，其中cd和ef的夾角，兩個(gè)比荷大小相等，帶有異種電荷的粒子和先后在a點(diǎn)沿aO的連線方向以不同的初速度射入磁場(chǎng)，分別從c點(diǎn)和d點(diǎn)離開(kāi)磁場(chǎng)，兩粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑分別為和，運(yùn)動(dòng)時(shí)間分別為和，不計(jì)粒子重力，以下說(shuō)法正確的是()A. B. C. D.12.自1929年勞倫斯提出回旋加速器的原理以來(lái)，已經(jīng)歷了整整一個(gè)世紀(jì)。如圖，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D型盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場(chǎng)，使帶電粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D型盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，下列說(shuō)法正確的是()A.帶電粒子從磁場(chǎng)中獲得能量B.加速電壓越大，粒子離開(kāi)時(shí)的速度越大C.加速氘核和α粒子所需的交流電頻率相同D.僅增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可增大粒子離開(kāi)時(shí)的最大速度二、實(shí)驗(yàn)探究題，共16分。13.（8分）某校一物理興趣小組為了探究通電導(dǎo)線受力與什么因素有關(guān)，設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)。（1）甲同學(xué)為了探究安培力大小的影響因素，分別接通“1、4”和“1、2”，發(fā)現(xiàn)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)。（選填“電流I”或“導(dǎo)線在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度”）（2）乙同學(xué)為了探究安培力方向的影響因素，只上下交換磁極的位置以改變磁場(chǎng)方向，導(dǎo)線受力的方向_________（選填“改變”或“不改變”）。（3）若交換磁極的位置同時(shí)改變導(dǎo)線中電流的方向，導(dǎo)線受力的方向_________（選填“改變”或“不改變”）。14.（8分）在教材圖演示實(shí)驗(yàn)中，改變磁鐵方向即改變磁場(chǎng)方向，觀察不同情況下電子偏轉(zhuǎn)方向，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記入表中。磁場(chǎng)方向電子運(yùn)動(dòng)方向電子偏轉(zhuǎn)方向_________________________試用左手定則判定電子受到的洛倫茲力方向與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。三、計(jì)算題，共24分。15.（12分）如圖所示，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里，MN、PQ為磁場(chǎng)的邊界，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挾葹閐。一束電荷量為e的帶電粒子以速度v垂直磁場(chǎng)邊界射入磁場(chǎng)中，穿出磁場(chǎng)時(shí)速度方向與磁場(chǎng)右邊界夾角為45°。不考慮電荷之間的相互作用力，求：（1）粒子的電性；（2）穿越磁場(chǎng)時(shí)的軌道半徑；（3）該粒子的質(zhì)量；（4）穿越磁場(chǎng)的時(shí)間。16.（12分）如圖，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為m、電荷量為的帶電粒子從圓周上的M點(diǎn)沿直徑MON方向射入磁場(chǎng)。若粒子射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為，離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度方向偏轉(zhuǎn)90°；若射入磁場(chǎng)時(shí)的速度大小為，離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)速度方向偏轉(zhuǎn)60°，不計(jì)重力，求：粒子兩次進(jìn)入磁場(chǎng)的速度與之比。

答案以及解析1.答案：C解析：設(shè)每根導(dǎo)線在O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，若將其中一根導(dǎo)線中的電流反向，則中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為解得若將其中兩根導(dǎo)線中的電流反向，則有兩種情況，第一種情況如圖中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為第二種情況如圖中心O處的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0。故選C。2.答案：D解析：AB.核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，所以X為質(zhì)子，根據(jù)左手定則可知，在S點(diǎn)兩粒子均受到豎直向下的洛倫茲力，其徑跡均在Ⅱ區(qū)，故AB錯(cuò)誤；C.根據(jù)洛倫茲力提供向心力有所以由于兩粒子的速度大小未知，所以不能確定半徑大小關(guān)系，故C錯(cuò)誤；D.粒子運(yùn)動(dòng)的周期為所以運(yùn)動(dòng)的周期之比一定為17:8，故D正確。故選D。3.答案：C解析：A.根據(jù)左手定則可知，該粒子帶負(fù)電，故A錯(cuò)誤；B.做出粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示由幾何關(guān)系可得解得故B錯(cuò)誤；C.根據(jù)洛倫茲力充當(dāng)向心力有解得故C正確；D.根據(jù)幾何關(guān)系可知粒子在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)過(guò)的圓心角為，而粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期將代入可得由此可得粒子在第一象限內(nèi)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間故D錯(cuò)誤；故選C。4.答案：D解析：AB.氘核最大速度則獲得的最大動(dòng)能為加速的次數(shù)為解得由于D形盒的半徑R不變，氘核做圓周運(yùn)動(dòng)周期T不變，加速電壓U越大，加速次數(shù)N越少，氘核在D形盒中運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短，AB錯(cuò)誤；C.根據(jù)解得解得C錯(cuò)誤；D.根據(jù)解得因?yàn)榱Ｗ优c氘核的比荷相同，粒子與氘核在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的頻率相同，所以加速粒子，交流電的頻率f不需要改變，D正確。5.答案：D解析：假設(shè)電流從A點(diǎn)流到B點(diǎn)，因材料粗細(xì)均勻的金屬棒組成，設(shè)線框總阻為R，則邊ACB電阻為，則邊AB電阻為，由題圖知，邊ACB電阻與邊AB電阻并聯(lián)，則邊ACB流過(guò)電流為，邊AB流過(guò)電流為，所受安培力如圖所示，，由幾何關(guān)系知與夾角為，則故選D。6.答案：D解析：D.帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的動(dòng)能，則，帶電粒子在磁場(chǎng)中，由牛頓第二定律，聯(lián)立可知距越遠(yuǎn)的粒子軌跡半徑越大，，速度越比荷越小，故D正確；A.又根據(jù)，知帶電粒子的比荷越小，速度越小，故A錯(cuò)誤；B.帶電粒子的動(dòng)量為，故無(wú)法判斷動(dòng)量大小，故B錯(cuò)誤；C.在加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理可得帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的動(dòng)能為，無(wú)法判斷帶電量的大小關(guān)系，故無(wú)法判斷動(dòng)能大小，故C錯(cuò)誤。故選D。7.答案：C解析：由洛倫茲力提供向心力得粒子半徑由圖可知，截面圓上發(fā)光部分的長(zhǎng)度等于，故選C。8.答案：B解析：C.粒子受到的洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律可得解得粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1所示：由圖可知，從M點(diǎn)射出粒子的圓周半徑更大，則速率更大，故A錯(cuò)誤;ABD.采用伸縮圓的方法得到粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示：粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同，粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間由幾何關(guān)系可知，弦切角等于圓心角的一半，當(dāng)弦切角越小，運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短，根據(jù)軌跡圖可知，當(dāng)弦與bc圓弧邊界相切時(shí)，入射速度為的方向與弦的夾角最小，由幾何關(guān)系可得：所以所以從圓弧bc射出的所有粒子中，運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短粒子軌跡圓心在b點(diǎn)，根據(jù)幾何關(guān)系可知軌跡對(duì)應(yīng)的圓心角為120°，所以粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為由上圖可知，M點(diǎn)射出的粒子所對(duì)的圓弧的圓心角小于從N點(diǎn)射出的粒子所對(duì)的圓弧的圓心角，從M點(diǎn)射出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間小于從N點(diǎn)射出粒子所用時(shí)間，故AD錯(cuò)誤、B正確。故選B。9.答案：BD解析：AB.由題可知，圓環(huán)緩慢向下移動(dòng)，圓環(huán)的安培力有效長(zhǎng)度減小，安培力減小，示數(shù)變大，說(shuō)明安培力方向向上，根據(jù)左手定則可知，電流沿逆時(shí)針?lè)较?，故A錯(cuò)誤，B正確;CD.根據(jù)平衡可知，，解得，故C錯(cuò)誤，D正確。故選BD。10.答案：BD解析：根據(jù)題意可知α粒子和氫核在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示由幾何關(guān)系可得解得粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為則有由洛倫茲力提供向心力可得可得則有故選BD。11.答案：AD解析：粒子沿半徑入射必沿半徑出射，作輔助線如圖所示，因?yàn)?，可得兩個(gè)粒子入射時(shí)的弦切角分別為，，因?yàn)閳A心角等于圓周角一半，可以知道從c點(diǎn)射出的粒子的偏轉(zhuǎn)角為106°，同理，從d點(diǎn)射出的粒子的偏轉(zhuǎn)角為74°，又因?yàn)榱Ｗ拥谋群上嗤詢闪Ｗ拥闹芷谙嗤瑒t，A正確，B錯(cuò)誤；由幾何關(guān)系可得半徑之比為，C錯(cuò)誤，D正確。12.答案：CD解析：A.洛倫茲力對(duì)帶電粒子不做功，則帶電粒子從電場(chǎng)中獲得能量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B.粒子從加速器中離開(kāi)時(shí)滿足解得則粒子離開(kāi)時(shí)的速度與加速電壓無(wú)關(guān)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C.所加交流電壓的頻率等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率，即因氚核和α粒子的比荷相同，可知加速氘核和α粒子所需的交流電頻率相同，選項(xiàng)C正確；D.根據(jù)可知，僅增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度可增大粒子離開(kāi)時(shí)的最大速度，選項(xiàng)D正確。故選CD。13.答案：(1)導(dǎo)線在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度(2)改變(3)不改變解析：（1）分別接通“1、4”和“1、2”，則磁場(chǎng)中的通電導(dǎo)線的長(zhǎng)度不同，實(shí)驗(yàn)中觀察到導(dǎo)線偏轉(zhuǎn)的角度不同，說(shuō)明導(dǎo)線受到的力的大小與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度有關(guān)；（2）只上下交換磁極的位置，磁場(chǎng)方向與原來(lái)的方向相反，將觀察到導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向相反，說(shuō)明導(dǎo)線受力的方向改變；（3）交換磁極的位置同時(shí)改變導(dǎo)線中電流的方向，將觀察到導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向與原來(lái)的相同，說(shuō)明導(dǎo)線受力的方向不改變。14.答案：向下；向上解析：由圖可知，電子束是向下偏轉(zhuǎn)的。圖中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，電子在磁場(chǎng)中的受力方向與同方向運(yùn)動(dòng)的正電荷的受力方向相反，用左手定則判定的電子受到的洛倫茲力的方向與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。由圖可知，電子束是向上偏轉(zhuǎn)的。圖中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外