高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 磁场对运动电荷的作用力课后测评

1.2磁场对运动电荷的作用力专题复习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．物理关系式不仅反映了物理量之间的关系，也确定了单位间的关系，现有物理量单位：（米）、（秒）、（牛）、（瓦）、（库）、（安）、（欧）和（特），由它们组合成的单位与电压单位（伏）等效的是（ ）

A． B． C． D．

2．洛伦兹力使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列各图中均标有带正电荷粒子的运动速度、洛伦兹力及磁场B的方向，虚线圆表示粒子的轨迹，其中可能正确的是(　　)

A． B． C． D．

3．关于带电粒子在匀强磁场中的运动，下列说法正确的是（　　）

A．带电粒子飞入匀强磁场后，一定做匀速圆周运动

B．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，速度一定不变

C．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，洛伦兹力的方向总和运动方向垂直

D．带电粒子飞入匀强磁场后做匀速圆周运动时，加速度一定保持不变

4．从太阳或其他星体上放射出的宇宙射线中含有大量的高能带电粒子，这些高能粒子流到达地球会对地球上的生命带来危害，但是由于地球周围存在磁场，地磁场能改变宇宙射线中带电粒子的运动方向，对地球上的生命起到保护作用，如图，那么（   ）

A．地磁场对宇宙射线的阻挡作用各处相同

B．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最强，赤道附近最弱

C．地磁场对垂直射向地球表面的宇宙射线的阻挡作用在南、北两极最弱，赤道附近最强

D．地磁场会使沿地球赤道平面内射来的宇宙射线中的带电粒子向两极偏转

5．如图所示，地面上方存在竖直向下的匀强磁场（不考虑地磁场影响），一带正电小球从高处由静止释放，则其落地时间与无磁场时相比

A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定

6．关于运动电荷、通电导线所受磁场力的方向，下列判断正确的是（　　）

A． B．

C． D．

7．下列说法正确的是（　　）

A．由真空中点电荷的场强公式可知，当r趋近于零时，其电场强度趋近于无限大

B．电场强度的定义式适用于任何电场

C．由安培力公式可知，一小段通电导体在某处不受安培力，说明此处一定无磁场

D．洛伦兹力方向一定垂直带电粒子的运动方向，但不一定垂直于磁感应强度方向

8．关于洛伦兹力，下列说法正确的是（       ）

A．洛伦兹力方向与磁场方向一定平行

B．洛伦兹力方向与磁场方向一定垂直

C．运动电荷在磁感应强度不为零的地方，一定受洛伦兹力作用

D．运动电荷在某处不受洛伦兹力作用，该处的磁感应强度一定为零

9．下列对电场和磁场的认识，正确的是（　　）

A．电场线和磁感线是为了形象描述场的强弱和方向而人为引入的

B．磁感线类似电场线，它总是从磁体的N极出发，到S极终止

C．在电场中的电荷一定受到电场力的作用，在磁场中的运动电荷一定受到磁场力的作用

D．电场和磁场都是假想的，不是客观存在

10．关于洛仑兹力，下列说法正确的是（   ）

A．带电粒子在磁场中运动时，一定受到洛仑兹力的作用

B．若带电粒子经过磁场中某点时所受洛仑兹力为零，则该点的磁感应强度一定为零

C．洛仑兹力对运动电荷一定不做功

D．洛仑兹力对运动电荷做功不一定为零

11．以下说法中正确的是

A．通电直导线在磁场中受到的安培力方向与磁场方向平行

B．带电粒子在匀强磁场中运动受到的洛伦兹力对粒子做正功

C．磁感线可以形象地描述各点的磁场强弱和方向，磁感线上每一点的切线方向都和小磁针在该点静止时N极所指的方向一致

D．放置在磁场中1m长的导线，通过1安的电流，受到的安培力为1N时，该处磁感应强度就是1T

12．带电荷量为的不同粒子垂直匀强磁场方向运动时会受到洛伦兹力的作用。下列说法中正确的是（　　）

A．只要速度大小相同，所受洛伦兹力就相同

B．洛伦兹力方向一定与电荷速度方向垂直，磁场方向一定与电荷运动方向垂直

C．如果把改为，且速度反向、大小不变，则此时其所受洛伦兹力的大小、方向均不变

D．粒子在只受洛伦兹力作用时运动的动能、速度均不变

13．若“西电东送”中采用高压直流输电，输电电流方向自西向东，电流所在处地磁场方向由南向北，则输电线中自由电子受地磁场力的方向（          ）

A．向上 B．向下 C．向南 D．向北

14．如图所示，为洛伦兹力演示仪的结构示意图。由电子枪产生电子束，玻璃泡内充有稀薄气体，在电子束通过时能够显示电子的径迹。当通有恒定电流时前后两个励磁线圈之间产生匀强磁场，磁场方向与两个线圈中心的连线平行。电子速度的大小和磁感应强度可以分别通过电子枪的加速电压U和励磁线圈的电流I来调节。适当调节U和I，玻璃泡中就会出现电子束的圆形径迹。通过下列调节，一定能让圆形径迹半径减小的是（ ）

A．减小U，增大I B．增大U，减小I

C．同时减小U和I D．同时增大U和I

15．如图所示，在真空中，水平导线中有恒定电流I通过，导线的正下方有一质子初速度方向与电流方向相同，则质子可能的运动情况是　　

A．沿路径a运动 B．沿路径b运动 C．沿路径c运动 D．沿路径d运动

二、填空题（共4题）

16．如图所示为一束粒子沿Ob方向垂直射入垂直纸面向里的匀强磁场，在磁场中分为a、b、c三束，其中a、c发生偏转，b不发生偏转，不计粒子的重力，判断各粒子的电性：a带________电，b带________电，c带________电（填正电、负电或不带电）

17．磁体和___________的周围都存在着磁场，磁场对___________的作用力叫洛伦兹力。

18．如图所示为一束粒子沿Ob方向垂直射入垂直纸面向里的匀强磁场，在磁场中分为a、b、c三束，其中a、c发生偏转，b不发生偏转，不计粒子的重力，判断各粒子的电性：a带______电，c带_____电。

19．物体的带电量是一个不易测得的物理量，某同学设计了如下实验来测量带电物体所带电量．如图（a）所示，他将一由绝缘材料制成的小物块A放在足够长的木板上，打点计时器固定在长木板末端，物块靠近打点计时器，一纸带穿过打点计时器与物块相连，操作步骤如下，请结合操作步骤完成以下问题：

（1）为消除摩擦力的影响，他将长木板一端垫起一定倾角，接通打点计时器，轻轻推一下小物块，使其沿着长木板向下运动．多次调整倾角θ，直至打出的纸带上点迹_，测出此时木板与水平面间的倾角，记为θ0．

（2）如图（b）所示，在该装置处加上一范围足够大的垂直纸面向里的匀强磁场，用细绳通过一轻小定滑轮将物块A与物块B相连，绳与滑轮摩擦不计．给物块A带上一定量的正电荷，保持倾角θ0不变，接通打点计时器，由静止释放小物块A，该过程可近似认为物块A带电量不变，下列关于纸带上点迹的分析正确的是(        )

A．纸带上的点迹间距先增加后减小至零

B．纸带上的点迹间距先增加后减小至一不为零的定值

C．纸带上的点迹间距逐渐增加，且相邻两点间的距离之差不变

D．纸带上的点迹间距逐渐增加，且相邻两点间的距离之差逐渐减少，直至间距不变

（3）为了测定物体所带电量q，除θ0、磁感应强度B外，本实验还必须测量的物理量有(       )

A．物块A的质量M

B．物块B的质量m

C．物块A与木板间的动摩擦因数μ   

D．两物块最终的速度v

（4）用重力加速度g，磁感应强度B、θ0和所测得的物理量可得出q的表达式为______．

三、综合题（共4题）

20．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，带电荷量均为q，试求出图中带电粒子所受洛伦兹力的大小，并说明洛伦兹力的方向。

（1） （2）

（3） （4）

21．对于同一物理问题，常常可以从宏观与微观两个不同角度进行分析研究，宏观规律是由微观机理所决定，找出二者的内在联系，从而更加深刻地理解其物理本质。如图所示，一段横截面积为S的直导线，单位体积内有n个自由电子，自由电子电量为e。该导线通有电流时，假设自由电子定向移动的速率均为v。

(1)请根据电流的公式，推导电流微观表达式I；

(2)原子中的电子绕原子核的运动可以等效为环形电流。设氢原子的电子以速率v在半径为r的圆周轨道上绕核运动，电子的电荷量为e，等效电流有多大？

(3)如图所示，将图示导线放在匀强磁场中，电流方向垂直于磁感应强度B，导线所受安培力大小为，导线内自由电子所受洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。

22．导线中自由电子的定向移动形成电流，电流可以从宏观和微观两个角度来认识。

（1）一段通电直导线的横截面积为S，它的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常数位NA。导线中每个带电粒子定向运动的速率为υ，粒子的电荷量为e，假设每个电子只提供一个自由电子。

①推导该导线中电流的表达式；

②如图所示，电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，在宏观上表现为导线所受的安培力。按照这个思路，请你尝试由安培力的表达式推导出洛伦兹力的表达式。

（2）经典物理学认为金属导体中恒定电场形成稳恒电流。金属导体中的自由电子在电场力的作用下，定向运动形成电流。自由电子在定向运动的过程中，不断地与金属离子发生碰撞。碰撞后自由电子定向运动的速度变为零，将能量转移给金属离子，使得金属离子的热运动更加剧烈，这就是焦耳热产生原因。

某金属直导线电阻为R，通过的电流为I。请从宏观和微观相结合的角度，证明：在时间t内导线中产生的焦耳热为Q=I2Rt（可设电子与离子两次碰撞的时间间隔t0,碰撞时间忽略不计，其余需要的物理量可自设）。

23．试判断图示的带电粒子刚进入磁场时所受到的洛伦兹力的方向。

参考答案：

1．D

2．C

3．C

4．C

5．C

6．C

7．B

8．B

9．A

10．C

11．C

12．C

13．A

14．A

15．B

16．     正     不带     负

17．     电流（通电导线）     运动电荷

18．     正     负

19．     间距相等（或均匀）     D     BD    

20．

(1)图中因为⊥B，所以，，方向与v垂直斜向上；

(2)图中v与B的夹角为，取与B垂直的分量，故

方向垂直于纸面向里；

(3)图中由于与B平行，所以带电粒子不受洛伦兹力；

(4)图中与B垂直，故，方向与的方向垂直斜向左上方。

21．

(1)通过导体横截面的电荷量

由电流的定义式

可得，电流微观表达式

(2)电子绕核旋转一周时间：

等效电流

(3)安培力：

通过导体横截面自由电子个数

洛伦兹力的矢量和在宏观上表现为安培力，则洛伦兹力

22．（1）①

②导线受安培力大小

F安=BIL。

长L的导线内总的带电粒子数

N=nSL

又

I=

电荷定向运动时所受洛伦兹力的矢量和，表现为导线所受的安培力，即

Nf=F安

联立以上三式可以推导出洛伦兹力的表达式

f=evB

（2）方法1：

设金属导体长为L，横截面积为S，两端电压为U，导线中的电场强度

E=

设金属导体中单位体积中的自由电子数为n，则金属导体中自由电子总数

设自由电子的带电量为e，连续两次碰撞时间间隔为t0，定向移动的平均速度为υ，则一次碰撞的能量转移

一个自由电子在时间t内与金属离子碰撞次数为

金属导体中在时间t内全部自由电子与金属离子碰撞，产生的焦耳热

又

U=IR

联立解以上各式推导得

方法2：

设金属导体长为L，横截面积为S，两端电压为U，导线中的电场强度

E=

设金属导体中单位体积中的自由电子数为n，则金属导体中自由电子数

在纯电阻电路中，电流做的功等于焦耳热，即Q=W

电流做的功等于电功率乘时间

W=Pt

电功率等于电场力对长为L的导线中所有带电粒子做功功率的总和

自由电子受的电场力

F=Ee

又

U=IR

联立解以上各式推导得

23．