高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第二册1.2 洛伦兹力课堂检测

这是一份高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第二册1.2 洛伦兹力课堂检测，共17页。试卷主要包含了如图，矩形区域等内容，欢迎下载使用。

1．如图所示，实线边界上方有匀强磁场，a．c间是半圆边界，两侧是水平直边界，在左侧水平边界b点处有一粒子源，竖直向上以不同速率将相同带正电粒子垂直射入磁场，且，已知粒子在磁场中的运动周期为T，不计粒子重力及粒子间相互作用。则粒子在磁场中运动的最短时间为（ ）
A．B．C．D．
2．如图，在坐标系的第一和第二象限内存在磁感应强度大小分别为B和B．方向均垂直于纸面向外的匀强磁场。一质量为m．电荷量为q（q>0）的粒子垂直于x轴射入第二象限，随后垂直于y轴进入第一象限， 最后经过x轴离开第一象限。粒子在第一象限和第二象限中运动的时间之比为（ ）
A．1∶2B．2∶1C．3∶4D．3∶2

3．2016年诺贝尔物理学奖颁发给了三位美国科学家，以表彰他们将拓扑概念应用于物理研究所做的贡献。我们知道，按导电性能不同传统材料大致可分为导体和绝缘体两类，而拓扑绝缘体性质独特，它是一种边界上导电．体内绝缘的新型量子材料。例如，在通常条件下石墨烯正常导电，但在温度极低．外加强磁场的情况下，其电导率（即电阻率的倒数）突然不能连续改变，而是成倍变化，此即量子霍尔效应（关于霍尔效应，可见下文注释）。在这种情况下，电流只会流经石墨烯边缘，其内部绝缘，导电过程不会发热，石墨烯变身为拓扑绝缘体。但由于产生量子霍尔效应需要极低温度和强磁场的条件，所以其低能耗的优点很难被推广应用。2012年10月，由清华大学薛其坤院士领衔的中国团队，首次在实验中发现了量子反常霍尔效应，被称为中国“诺贝尔奖级的发现”。量子反常霍尔效应不需要外加强磁场，所需磁场由材料本身的自发磁化产生。这一发现使得拓扑绝缘材料在电子器件中的广泛应用成为可能。注释：霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中，当磁场方向与电流方向垂直时，导体将在与磁场．电流垂直的方向上形成电势差。根据以上材料推断，下列说法正确的是（ ）
A．拓扑绝缘体导电时不具有量子化的特征
B．霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力无关
C．在量子反常霍尔效应中运动电荷不再受磁场的作用
D．若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题
4．光滑绝缘水平面上垂直穿过两根长直导线，俯视图如图所示，两根导线中通有大小相同，方向相反的电流，电流方向如图所示，水平面上一带电滑块（电性未知）以某一初速沿两导线连线的中垂线入射，运动过程中滑块始终未脱离水平面，下列说法正确的是（ ）
A．小球将做匀速直线运动
B．小球将先做减速运动后做加速运动
C．小球将向左做曲线运动
D．小球将向右做曲线运动
5．物理中电偶极子模型可视为竖直固定的等量异种点电荷，电量大小均为q．间距为2d．如图所示粒子（质量为m，电量为2e，重力不计）从两电荷垂直平分线上某点a开始水平向右运动，轨迹如图中实线所示，，则下列说法中正确的是（ ）
A．粒子在C点时电势能比A位置时大
B．粒子从A到C过程中速率先增大后减小
C．粒子在C点时加速度大小为
D．要使粒子沿着虚线做匀速直线运动，可以加一垂直纸面向里的匀强磁场物
6．阴极射线从阴极射线管中的阴极发出，在其间的高电压下加速飞向阳极，如图所示。若要使射线向上偏转，所加磁场的方向应为（ ）
A．平行于纸面向下
B．平行于纸面向上
C．垂直于纸面向外
D．垂直于纸面向里
7．如图，矩形区域（含边界）内存在方向垂直于矩形面向里．磁感应强度大小为的匀强磁场，矩形的长和宽分别为和，矩形长边的中点有一粒子发射源S，从S可分别发射出方向垂直于指向和方向沿Sb的不同速率的粒子。若粒子的质量均为．电荷量均为．不计粒子的重力及粒子间的相互作用力。则（ ）
A．从边射出的粒子的速率范围是
B．从边射出的粒子的速率范围是
C．从边射出的粒子的速率范围是
D．从边射出的粒子的速率范围是
8．如图所示，在x轴上方存在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，x轴下方存在垂直纸面向外的磁感应强度为的匀强磁场。一质量为m．电荷量为－q的粒子从原点O沿与x轴成角斜向上方射入磁场，且在x上方运动半径为R，粒子重力忽略不计。则（ ）
A．粒子经偏转一定能回到原点O
B．粒子在x轴上方和下方两磁场中运动的半径之比为2：1
C．粒子完成一次周期性运动的时间
D．粒子完成一次周期性运动，沿x轴前进2R
9．如图所示为一种新型的电磁船的俯视图，MN．PQ为固定在船上的竖直平行金属板，直流电源接在M．P之间，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。闭合开关S后，电流通过海水从N流向Q，若船受到海水的反冲向左运动，虚线框中的磁场方向应该（ ）
A．竖直向下B．竖直向上C．水平向左D．水平向右
10．光滑水平面中，平行四边形区域之外有垂直纸面向里（磁场未画出）的有界匀强磁场，磁感应强度为B，现有一质量为m，电荷量为q（）的粒子从A点沿垂直于边以某一速度射入平行四边形区域中，并从边上的E点垂直进入磁场，结果粒子恰好可通过平行四边形的某一顶点，已知，，，，关于此粒子的运动过程，下列说法正确的是（ ）
A．粒子在磁场中转过的圆心角不可能为
B．粒子在磁场中运动的时间不可能为
C．粒子不可能再次通过A点
D．粒子的速度可能为
11．如图所示，半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，质量为m．带电荷量为q的正电荷（重力忽略不计）以速度v沿正对着圆心O的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角。则磁场的磁感应强度大小为（ ）
A. B. C. D.
12．如图所示，在平面直角坐标系xOy的第一象限中，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应强度为B，一带电粒子以一定的速度平行于x轴正方向从y轴上的a处射入磁场，粒子经磁场偏转后恰好从坐标原点O射出磁场。现使同一带电粒子以方向不变．大小变为原来的4倍的速度，仍从y轴上的a处射入磁场，经过t0时间射出磁场，不计粒子所受的重力，则粒子的比荷为（ ）
A．B．C．D．

13．如图所示，有一圆形区域磁场（边界无磁场），磁场方向垂直圆面向里，现有一带电荷量为q．质量为m．速度大小相同的粒子源位于M点，可以沿圆面向磁场内各个方向射入磁场。已知磁场的磁感应强度大小为B，所有粒子射出磁场边界的位置均处于某一段弧长为圆周长六分之一圆弧上，不计粒子的重力，则此粒子速度的大小和所有粒子在磁场中运动的可能时间范围是（ ）
A．粒子的速度大小为
B．粒子的速度大小为
C．所有粒子在磁场中运动的可能时间范围是
D．所有粒子在磁场中运动的可能时间范围是
14．如图所示物体带正电，与斜面的动摩擦因数为，斜面足够长且所在空间均有图示方向的匀强磁场。现给物体一个沿斜面向，上的初速度，使物体沿斜面向上运动。下列说法正确的是（ ）
A．物体不可能停在斜面上
B．物体向上运动时加速度越来越小，最后停在斜面上
C．物体在斜面上运动的过程中，加速度将一直增大
D．物体可能匀速向上运动
15．磁场中某区域的磁感线如图所示，下列说法中正确的是（ ）
A．a．b两处的磁感应强度大小
B．a．b两处的磁感应强度大小
C．一通电直导线分别放在a．b两处，所受的安培力大小一定有FaD．一电荷分别静止在a．b两处均受洛伦兹力，且大小一定有fa参考答案与试题解析
1．【答案】B
【解析】【来源】安徽省合肥市第六中学2020-2021年高二（下）6月物理试题
如图所示
从b点向圆边界做切线bd与圆相切与d点，几何关系可得，若从d点离开，bd与初速度方向夹角最小为，运动时间最短，根据对称性，离子在磁场中转过的圆心角为，因此最短时间为。
故选B。
2．【答案】C
【解析】
设带电粒子进入第二象限的速度为v，在第二象限和第一象限中运动的轨迹如图所示，对应的轨迹半径分别为R1和R2，由洛伦兹力提供向心力有
可得
带电粒子在第二象限中运动的时间为
在第一 象限中运动的时间为
又由几何关系有
则粒子在磁场中运动的时间之比为
故选C。
3．【答案】D
【解析】【来源】2021届北京市顺义区高三（下）第二次统练物理试题
A．由题意知石墨烯变身为拓扑绝缘体，其电导率（即电阻率的倒数）突然不能连续改变，而是成倍变化，具有量子化的特征，选项A错误；
B．霍尔效应是指将载流导体放在匀强磁场中，当磁场方向与电流方向垂直时，粒子在洛伦兹力作用下，发生偏转，从而导致在与磁场．电流垂直的方向上形成电势差，所以霍尔效应与运动电荷在磁场中所受的洛伦兹力有关，选项B错误；
C．量子反常霍尔效应虽然不需要外加强磁场，所需磁场由材料本身的自发磁化产生，所以运动电荷仍受磁场的作用，选项C错误；
D．由题意当电流只会流经石墨烯边缘时，其内部绝缘导电过程不会发热，即变成为拓扑绝缘体，所以若将拓扑绝缘材料制成电脑芯片有望解决其工作时的发热问题，选项D正确。
故选D。
4．【答案】A
【解析】【来源】2021届河北省衡水中学高三（下）高考密卷物理试题（二）
根据安培定则，在两直导线连线的垂直平分线上各点的磁感应强度与速度方向平行，故小球不受洛仑兹力，重力和支持力平衡，故合力为零，小球将在水平面内沿速度方向做匀速直线运动；
故选A。
5．【答案】C
【解析】【来源】2021届重庆市沙坪坝区八中高三（下）高考模拟考试物理试题（八）
AB．A到C过程电场力做正功，动能增加，电势能减小，故C点电势能比A位置时小，速率一直增加,故AB错误；
C．C点时场强
则加速度
故C正确；
D．根据等量异种电荷的电场分布可知，虚线上电场强度大小是变化的，所以粒子受到的电场力是变化的，要使粒子沿着虚线做匀速直线运动，需要加的磁场不可能是匀强磁场，故D错误。
故选C。
6．【答案】C
【解析】【来源】甘肃省武威市民勤县第四中学2020-2021学年高二（下）期中物理试题（实验班）
阴极射线带负电，从阴极射向阳极，若要使射线向上偏转，根据左手定则可知，所加磁场的方向应为垂直于纸面向外。
故选C。
7．【答案】B
【解析】【来源】2021届四川省眉山市高三（下）第三次诊断考试理综物理试题
A．由左手定则可判断，只有沿Sb方向发射的粒子才能从bc边射出，当恰好从c点射出时速度v1最小，轨迹如图所示
由洛伦兹力作为向心力可得
解得
故从边射出的粒子的速率范围是
A错误；
B．沿Sb方向射出的粒子恰好与cd相切时，轨迹如图所示
由洛伦兹力作为向心力可得
解得
故当满足
时，沿Sb方向射出的粒子能从cd边射出，当满足
时，沿垂直于射出的粒子能从cd边射出，故从边射出的粒子的速率范围是
B正确；
C．沿垂直于射出的粒子恰好打到a点时，轨迹如图所示
类比B的分析可知，从a点射出的粒子速度为
故从边射出的粒子的速率范围是
C错误；
D．只有沿垂直于射出的粒子才能从ab边射出，结合C的分析可知，从边射出的粒子的速率范围是
D错误。
故选B。
8．【答案】C
【解析】【来源】辽宁省2021届高考物理模拟冲刺卷5
A．根据左手定则判断可知，负电荷在第一象限和第四象限所受的洛伦兹力方向不同，粒子在第一象限沿顺时针方向旋转，而在第四象限沿逆时针方向旋转，不可能回到原点O，故A错误；
B．粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得
解得
知粒子圆周运动的半径与B成反比，则粒子在x轴上方和下方两磁场中运动的半径之比为1：2，故B错误；
C．负电荷在第一象限轨迹所对应的圆心角为，在第一象限轨迹所对应的圆心角也为，粒子圆周运动的周期为
保持不变，在一个周期内，粒子在第一象限运动的时间为
同理，在第四象限运动的时间为
完在成一次周期性运动的时间为
故C正确；
D．根据几何知识得，粒子完成一次周期性运动，即粒子第二次射入x轴上方磁场时，沿x轴前进距离为
故D错误。
故选C。
9．【答案】A
【解析】【来源】2021届海南省海口市第一中学高三（下）5月物理试题
闭合开关S后，电流通过海水从N流向Q，且船向左运动，海水所受的安培力方向向右，根据牛顿第三定律可知，船体所受的安培力方向向左，再根据左手定则，可知，磁场方向竖直向下，故A正确BCD错误。
故选A。
10．【答案】D
【解析】【来源】”2021届“超级全能生高三（下）5月联考物理试题（甲卷）
B．粒子由A点从边上的E点垂直进入磁场，根据几何关系可知
粒子从E射出恰好通过C点时有
根据
可得
转过的圆心角为
在磁场中运动的时间为
粒子从E射出恰好通过D点时有
转过的圆心角为
在磁场中运动的时间
B错误；
ACD．当粒子通过D点继续运动，在边上距D点L的位置进入平行四边形，此时圆心角为。当粒子运动的速度为时，根据
轨道半径为
粒子将从之间垂直于进入平行四边形区域后做匀速运动，垂直边射出进入磁场后做匀速圆周运动，可通过A点，此时转过的圆心角为
AC错误D正确。
故选D。
11．【答案】B
【解析】
【分析】
【详解】设电荷运动的轨道半径为r，由几何关系可得
由洛伦兹力做为向心力可得
联立可得，B正确。
故选B。
12．【答案】C
【解析】
带电粒子射入匀强磁场后做匀速圆周运动，粒子第一次射入磁场时，由几何关系可知，轨迹半径为
解得
粒子第二次射入磁场时，根据轨道半径公式
可知粒子轨迹半径为2a，由几何关系可知，粒子第二次在磁场中的偏转角为
因此
由
可得
所以C正确；ABD错误；
故选C。
13．【答案】D
【解析】【来源】2021届安徽省滁州市定远县重点中学高三（下）押题卷物理试题（七）
粒子射出磁场边界的位置距离M点最远的位置到M点的距离为粒子运动轨迹的直径，故有
根据洛伦兹力做向心力可得
所以，粒子速度大小
粒子在磁场中运动时间最长对应粒子在磁场中运动做完整的圆周运动，故粒子在磁场中运动最长的时间
故D正确ABC错误。
故选D。
14．【答案】A
【解析】
物体沿斜面向上运动，所以垂直于斜面方向
沿着斜面方向
物体向上减速，速度减小，洛伦兹力减小，则N增大，所以加速度变大。故物体沿斜面向上做加速度增大的减速运动。速度减为零后，由于，所以物体将沿斜面向下加速，此时
物体向下加速，速度增大，洛伦兹力增大，则N增大，故加速度减小。所以物体将沿斜面向下做加速度减小的加速运动，最后匀速。
故选A。
15．【答案】B
【解析】【来源】2021届重庆市沙坪坝区八中高三（下）高考模拟考试物理试题（八）
AB．由磁感线的疏密可知，，故B正确，A错误；
CD．由于未说明导线方向与磁场方向的关系，故安培力大小无法判断；静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力，故CD错误。
故选B。