2020-2021学年人教版高二物理(选修3-1)专题复习：安培力和洛伦兹力含答案解析

【最新】人教版高二物理（选修3-1）专题复习：安培力和洛

伦兹力

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题

1．关于电荷所受电场力和洛伦兹力，正确的说法是（）

A．电荷在磁场中一定受洛伦兹力作用

B．电荷在电场中一定受电场力作用

C．电荷所受的电场力一定与该处电场方向一致

D．电荷所受的洛伦兹力不一定与磁场方向垂直

2．如图所示，某区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B．一正方形刚性线圈，边长为L，匝数为n，线圈平面与磁场方向垂直，线圈的一半在磁场内．某时刻，线圈中通过大小为I的电流，则此线圈受到的安培力大小为（）

A B．1

2 nBIL

C．nBIL D

3．下列各图中，运动电荷的速度方向、磁感应强度方向和电荷的受力方向之间的关系正确的是()

A．B．

C．D．

4．如图所示，在光滑水平面上一轻质弹簧将挡板和一个条形磁铁连接起来，此时磁铁对水平面的压力为F1，现在磁铁左上方位置固定一根导体棒，当导体棒中通以垂直纸面向里的电流后，磁铁对水平面的压力为F2，则以下说法正确的是

A．弹簧长度将变长

B．弹簧长度将不变

C．F1>F2

D．F1

5．如图所示，将通电线圈(电流方向沿图中箭头方向)悬挂在磁铁N极附近，磁铁处于水平位置和线圈在同一平面内，且磁铁的轴线经过线圈圆心，线圈将()

A．转动同时靠近磁铁B．转动同时离开磁铁

C．不转动，只靠近磁铁D．不转动，只离开磁铁

6．如图所示，放在台秤上的条形磁铁两极未知，为了探明磁铁的极性，在它中央的正上方固定一根导线，导线与磁铁垂直，给导线通以垂直与纸面向外的电流，则

A．如果台秤的示数增大，说明磁铁左端是北极

B．如果台秤的示数增大，说明磁铁右端是北极

C．无论如何台称的示数都不可能变化

D．以上说法都不正确

二、多选题

7．图中装置可演示磁场对通电导线的作用．电磁铁上下两磁极之间某一水平面内固定两条平行金属导轨，L是置于导轨上并与导轨垂直的金属杆．当电磁铁线圈两端a、b，导轨两端e、f，分别接到两个不同的直流电源上时，L便在导轨上滑动．下列说法正确的是

A．若a接正极，b接负极，e接正极，f接负极，则L向右滑动

B．若a接正极，b接负极，e接负极，f接正极，则L向右滑动

C．若a接负极，b接正极，e接正极，f接负极，则L向左滑动

D．若a接负极，b接正极，e接负极，f接正极，则L向左滑动

8．如图所示，带正电的小球通过绝缘柄固定在A处，匀强磁场方向垂直纸面向里．则有关洛伦兹力的分析，正确的是

A．若将匀强磁场向右水平平移，由于带电小球静止，所以它不受洛伦兹力作用

B．若将匀强磁场向右水平平移，小球会受到洛伦兹力作用，其方向向上

C．若将匀强磁场向右水平平移，小球会受到洛伦兹力作用，其方向向下

D．若磁场沿垂直纸面的方向平移，则小球不受洛伦兹力作用

三、填空题

9．“上海光源”发出的光，是接近光速运动的电子在磁场中做曲线运动改变运动方向产生的电磁辐射．若带正电的粒子以速率v0进入匀强磁场后，在与磁场垂直的平面内做半径为mv0/qB的匀速圆周运动(见图)，式中q为粒子的电荷量，m为其质量，B 为磁感应强度，则其运动的角速度ω＝____________.粒子运行一周所需要的时间称为回旋周期．如果以上情况均保持不变，仅增大粒子进入磁场的速率v0，则回旋周期_____________(填“增大”、“不变”或“减小”)．

10．如图所示，用细棉线悬挂一水平放置的导线，已知匀强磁场的方向垂直纸面向外，

磁感应强度大小为B，电流从左往右，大小为I，通电导线长为L，导线处于静止．则通电导线受到安培力大小为F=_____．如果只减小电流，导线受到的安培力将_____，细棉线受到的拉力将_____．（填“增大”、“减小”或“不变”）

四、解答题

11．如图所示，质量为m，带电荷量为q的小球，在倾角为的光滑斜面上由静止开始下滑，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，若带电小球下滑后某个时刻对斜面的压力恰好为零，问：

（1）小球带电性质如何？

（2）此时小球下滑的速度和位移分别是多大？

12．如图所示，电源电动势E=2 V，r=0.5 Ω，竖直导轨宽L=0.2 m，导轨电阻不计。另有一金属棒ab，质量m=0.1 kg，电阻R=0.5 Ω，它与轨道间的动摩擦因数μ=0.4，金属棒靠在导轨的外面。为使金属棒静止不下滑，施加一个与纸面夹角为30°且方向向里的匀强磁场，g取10 m/s2。求：

（1）磁场的方向；

（2）磁感应强度B的取值范围。

13．如图，两平行金属导轨间的距离L=0.4 m，金属导轨所在的平面与水平面夹角θ=37°，在导轨所在空间内，分布着磁感应强度B=0.5 T、方向垂直于导轨平面的匀强磁场．金属导轨的一端接有电动势E=6.0 V、内阻r=0.5Ω的直流电源．现把一个质量m=0.05 kg 的导体棒ab垂直放在金属导轨上，导体棒静止．导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻R=2.5 Ω，金属导轨电阻不计，g取10 m/s2．已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：（1）通过导体棒的电流大小；

（2）导体棒受到的安培力大小；（3）导体棒受到的摩擦力大小．

参考答案

1．B

【详解】

A．当电荷的运动方向与磁场方向平行，则电荷不受洛伦兹力．故A错误．

B．电荷在电场中一定受到电场力作用．故B正确．

C．正电荷所受电场力一定与该处电场方向一致，负电荷所受电场力一定与该处电场方向相反．故C错误．

D．电荷所受的洛伦兹力一定与磁场方向垂直．故D错误．

2．D

【详解】

，每一匝线圈都要受到安培力，则线圈所受的安培力

.

A

，与结论不相符，选项A错误；

B．1

2

nBIL，与结论不相符，选项B错误；

C．nBIL，与结论不相符，选项C错误；

D，与结论相符，选项D正确；

3．B

【详解】

带电粒子在磁场中运动时，所受洛伦兹力方向由左手定则进行判断．

根据左手定则可知：

A．图中洛伦兹力方向应该向上；错误

B．图中电荷的速度方向、磁场方向和电荷的受力方向之间的关系符合左手定则；正确CD．图中电荷运动方向与磁场方向在一条线上，不受洛伦兹力；错误

【点睛】

本题考查判断洛伦兹力的方向，容易题．注意带电粒子在磁场中的运动受洛伦兹力的条件及安培定则的应用．

4．C

【解析】

画出导体棒所在处的磁感线方向，如图；

用左手定则可判断出条形磁铁对导体棒的安培力斜向右下方，由牛顿第三定律可知，导体棒对条形磁铁的安培力斜向左上方，所以弹簧长度将变短，F N1>F N2，选项BC正确，AD错误；故选BC.

5．A

【详解】

线圈通有顺时针电流，并处于N极的附近，根据左手定则可得，线圈右边安培力方向垂直纸面向里，所以线圈转动；由右手螺旋定则可知，线圈向外一面为S极，因为异名磁极相互吸引，线圈靠近磁铁；所以线圈转动并同时靠近磁铁。

A．转动同时靠近磁铁。故A符合题意。

B．转动同时离开磁铁。故B不符合题意。

C．不转动，只靠近磁铁。故C不符合题意。

D．不转动，只离开磁铁。故D不符合题意。

6．A

【解析】

A、B、如果台秤的示数增大，说明电流对磁铁的作用力向下，根据牛顿第三定律得到磁体对电流的安培力向上，根据左手定则，电流所在位置磁场向右，故磁体左侧为N极，右侧为S极，故B错误，A正确；由AB分析可得CD均错误；故选A.

7．BD

【详解】

AB．若a接正极，b接负极，根据安培定则，电磁铁产生竖直向上的磁场．e接负极，f接正极，由左手定则可判断出L所受安培力向右，则L向右滑动，当e接正极而f接负极时则L向左滑动，选项A错误B正确；

CD．若a接负极，b接正极，根据安培定则，电磁铁产生竖直向下的磁场．e接负极，f接正极，由左手定则可判断出L所受安培力向左，则L向左滑动，同理可知e接正极时L向右滑动，选项C错误D正确；

8．CD

【解析】

【详解】

ABC ．若将匀强磁场向右水平平移，则带电小球相对磁场向左运动，根据左手定则可得小球受到竖直向下的洛伦兹力，AB 错误，C 正确；

D ．若磁场沿垂直纸面的方向平移，小球相对磁场的运动方向也垂直纸面，所以不垂直磁场，故小球不受洛伦兹力作用，D 正确．

故选CD.

9． 不变

【解析】由洛伦兹力提供向心力： 2qvB mr ω=，代入已知数据解得： qB m ω=

，由周期公式： 2m T qB

π=,可知粒子运动周期与速度无关，故周期不变。 10．BIL 减小 减小

【解析】

由安培力定义式F =BIL 可得，导线受到的安培力为BIL ，如果只减小电流，导线受到的安培力将减小；

导体棒受到安培力F ，由左手定则可知安培力竖直向下，两条棉线拉力总和为T ，大小等于重力和安培力之和：T =F +mg ，故若拉力减小则棉线的拉力减小．

点睛：由安培力定义式F=BIL 可得导线受到的安培力；进而分析电流引起的安培力变化；对导体棒受力分析可知棉线的拉力变化．

11．（1）正电 （2）cos mg qB α，2222cos 2sin m g q B αα

【解析】

（1）由受力分析可得，带电粒子所受磁场力方向垂直于全面向上，由左手定则可得，此粒子带正电．

当粒子与斜面间没有压力时有cos qvB mg α= 解得此时粒子的速度为cos mg v qB

α= 在整个运动过程中粒子的加速度为sin a b α=

由公式22v ax =得

带电粒子在斜面上的位移为2222cos 2sin m g x q B αα

= 12．（1）斜向下 （2）3.0T≤B≤16.3T

【解析】试题分析：导体棒受重力、轨道的弹力、安培力和摩擦力处于平衡，根据受力平衡，判断出安培力的方向，从而得出磁感应强度的方向．摩擦力的方向可能向上，也有可能向下，根据共点力平衡求出安培力的大小，从而得出B 的大小

解：（1）以静止的金属棒为研究对象，受力分析可知，要使金属棒静止，通电金属棒所受安培力一定要有向左的分量，由左手定则判定磁场方向应斜向下．

（2）受力分析根据共点力平衡可得

解得B=5T

答：（1）磁场的方向斜向下；

（2）磁感应强度B 的大小为5T

【点评】解决本题的关键会将立体图转换为平面图，利用共点力平衡求出安培力，从而得出磁感应强度

13．（1）2.0A ；（2）0.4N ；（3）0.1N

【详解】

（1）导体棒、金属导轨和直流电源构成闭合电路，根据闭合电路欧姆定律有： 6.0A 2.0A 2.50.5

E I R r ===++ （2）导体棒受到的安培力大小：

F =BIL =0.5×2×0.4=0.4N

根据左手定则，方向平行斜面向上；

（3）导体棒所受重力沿斜面向下的分力

F 1=mg sin37°=0.3N ，

由于F 1小于安培力，故导体棒受沿斜面向下的摩擦力f ；

根据共点力平衡条件，有：

mg sin37°+f =F

解得：f =0.1N