1.3洛伦兹力与现代科技基础巩固-2021-2022学年高二下学期物理沪教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）

1.3洛伦兹力与现代科技基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，在立方体区域内有垂直于abcd平面向上的匀强磁场，现有一负离子不计重力以速度v垂直于adhe平面向右飞入该区域，为使粒子能在该区域内沿直线运动，需在该区域内加一匀强电场，则匀强电场的方向为　　
A．垂直abfe平面向里 B．垂直adhe平面向左
C．垂直abfe平面向外 D．垂直adhe平面向右
2．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是与电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，下列说法正确的是（　　）
A．增大电场的加速电压，其他保持不变 B．减少磁场的磁感应强度，其他保持不变
C．减小狭缝间的距离，其他保持不变 D．增大D形金属盒的半径，其他保持不变
3．初速度为零的带有相同电量的两种粒子，它们的质量之比为m1∶m2=1∶4，使它们经过同一加速电场后，垂直进入同一个匀强磁场中作匀速圆周运动，则它们所受向心力之比F1∶F2等于（ ）
A．2∶1 B．1∶2 C．4∶1 D．1∶4
4．关于下列四幅课本上的插图的说法正确的是（　　）
A．图甲是速度选择器示意图，由图可以判断出带电粒子的电性，不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
B．图乙是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出A极板是发电机的正极
C．图丙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越大
D．图丁是回旋加速器示意图，要使粒子飞出加速器时的动能增大，可仅增加电压U
5．如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1，一束等离子体以一定速度垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨，固定在垂直于导轨平面斜向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是（　　）
A．金属板P可视为电源的正极
B．两金属板间形成的电势差只与磁感应强度B1大小有关
C．等离子体喷入金属板间的速度
D．等离子体喷入金属板间的速度
6．如图所示，有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，金属块的厚度为d，高为h，当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时，由于磁场力的作用，金属块的上下两表面M、N间的电压为U，则金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为 （电子的电量为e）
A． B．
C． D．
7．1931年，著名的英国物理学家狄拉克认为，既然电有基本电荷——电子存在，磁也应有基本磁荷——磁单极子存在，这样，电磁现象的完全对称性就可以得到保证．他从理论上用极精美的数学物理公式预言，磁单极子是可以独立存在的，其周围磁感线呈均匀辐射状分布，类似于孤立的点电荷的电场线．如图，以某一磁单极子N为原点建立如右图示o-xyz坐标系，z为竖直方向，则一带负电微粒可以在此空间作圆周运动的平面为
A．一定是z>0且平行于xoy的平面
B．一定是在xoy平面
C．一定是z<0且平行于xoy的平面
D．只要是过坐标原点O的任意平面内均可
8．如图所示，在xOy平面的第Ⅱ象限内有半径为R的圆分别与x轴，y轴相切于P，Q两点，圆内存在垂直于xOy平面向外的匀强磁场，在第I象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为E．一带正电的粒子（不计重力）以速率v0从P点射入磁场后恰好垂直y轴进入电场，最后从M（3R，0）点射出电场，出射方向与x轴正方向夹角α=45°，则
A．带电粒子在磁场中运动的轨道半径为1.5R
B．磁场的磁感应强度大小为
C．带电粒子的比荷为
D．带电粒子运动经过y轴时纵坐标值为R
9．一个带正电的小球穿在一根绝缘的粗糙直杆上，杆与水平方向成θ角，所在空间存在竖直向上的匀强电场和垂直于杆且斜向上的匀强磁场，如图所示，小球沿杆向下运动，通过a点时速度是4m/s，到达c点时速度减为零，b是ac的中点，在小球运动过程中（ ）
A．小球通过b点的速度为2m/s
B．小球的电势能的增加量一定大于重力势能的减少量
C．绝缘直杆对小球的作用力垂直于小球的运动方向
D．到达c点后小球可能沿杆向上运动
10．如图所示，两平行金属板水平放置，板长和板间距均为L，两板间接有直流电源，极板间有垂直纸面向外的匀强磁场。一带电微粒从板左端中央位置以速度垂直磁场方向水平进入极板，微粒恰好做匀速直线运动。若保持板不动，让板向下移动0.5L，微粒从原位置以相同速度进入，恰好做匀速圆周运动，则该微粒在极板间做匀速圆周运动的时间为（　　）
A． B． C． D．
11．如图所示为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速．已知D型盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q.下列说法错误的是（ ）
A．质子的最大速度不超过2πRf
B．质子的最大动能为
C．增大B，并适当增大f，可增大质子的最大速度
D．电压U越大，质子的最大动能越大
12．如图所示，有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中，磁感应强度B，金属块的厚度为d，高为h，当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时，由于磁场力的作用，金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为（上下两面M、N上的电压为U）（ ）
A．U B． C． D．U
13．如图所示，两个倾角分别为30°和60°的光滑斜面固定于水平地面上，并处于磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，两个质量均为m、电荷量均为q的带正电小滑块甲和乙分别从两个斜面顶端由静止释放，运动一段时间后，两小滑块都将飞离斜面（斜面足够长），在此过程中（　　）
A．在斜面上运动的时间，甲比乙短
B．飞离斜面瞬间的速度，甲比乙大
C．在斜面上运动过程中的加速度大小，甲和乙相等
D．在斜面上运动过程中的重力平均功率，甲和乙相等
14．如图所示，回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能被加速，两个D形金属盒中有垂直于盒面的匀强磁场。两D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略，若A处粒子源产生的质子在回旋加速器中被加速，下列说法正确的是（　　）
A．质子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等
B．若只增大交流电压，则质子从回旋加速器中射出时的动能变大
C．若只增大D形盒的半径，则质子从回旋加速器中射出时的动能保持不变
D．若只增大D形盒中磁感应强度，其他条件不变，此装置仍能对质子正常加速
15．如图所示，一质量为m＝0.10 g、带电荷量q＝1.6×10－3 C的带负电滑块(可看作质点)以初速度v0＝5 m/s由水平面上的A点向右滑动，到达C点后恰好能通过半径为R＝0.5 m的光滑半圆轨道的最高点D，已知水平轨道AC与半圆轨道相切于C点，整个装置处在垂直纸面向里、磁感应强度B＝0.50 T的匀强磁场中，重力加速度g＝10 m/s2，则(　　)
A．滑块运动到最高点D时的速度大小为1.25 m/s
B．滑块运动到最高点D时的速度大小为m/s
C．滑块从C运动到D的过程中，机械能不守恒
D．滑块从A到C的过程中克服阻力做的功为2×10－4 J
二、填空题（共4题）
16．如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外．一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点．不计粒子重力．则M、N两个极板中电势较高的是____ 极板，加速电场的电压为____ ，PQ之间的距离为________．
17．如图所示，两平行金属板和之间的距离为d、电压为U，板间存在磁感应强度为的匀强磁场.一个质量为m，电荷量为q的带正电粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动.粒子通过两平行板后从O点进入另一磁感应强度为的匀强磁场中，在洛伦兹力的作用下，粒子做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在挡板MN上的A点，不计粒子重力，那么粒子的速度大小v=________，O、A两点间的距离x=_______。
18．如图所示，质量是m的小球带有正电荷，电荷量为q，小球中间有一孔套在足够长的绝缘细杆上。杆与水平方向成θ角，与球的动摩擦因数为μ，此装置放在沿水平方向、磁感应强度为B的匀强磁场中。若从高处将小球无初速释放，已知重力加速度为g，小球下滑过程中加速度的最大值为______________和运动速度的最大值为______________。
19．如图所示，在y轴竖直向上的直角坐标系中，电场、磁场的分布情况如下：
①在0＜y＜a的区域内，存在沿x轴负向的匀强电场和垂直xOy平面向里的匀强磁场；
②在y＜0区域内，存在沿y轴正向的匀强电场；
③在y＜y1区域内（y1未知），同时存在垂直xOy平面向外的匀强磁场；
各区域的电场、磁场强弱相同。一质量为m、电量为q带正电的小球，从xOy平面内的P点以初速度v0向右抛出。小球进入0＜y＜a的复合场区沿直线运动，恰好过坐标原点，方向如图与x轴正向成45°斜向下。如果小球能够第二次到达O点，重力加速度为g，求：
（1）电场强度E和磁感应强度B；
（2）P点到y轴的垂直距离；
（3）小球两次通过O点经历的时间t。
三、综合题（共4题）
20．如图所示为依据回旋加速器原理设计的一个小型粒子加速器的原理示意图，区域Ⅰ和区域Ⅱ分别存在匀强磁场B1和B2。在宽度为L的区域Ⅲ内存在一个水平方向的匀强电场E，通过调整方向使进入区域Ⅲ的粒子持续加速。在图中A位置有一个带正电的粒子由静止释放，粒子经过两次电场加速后最终垂直区域Ⅰ的边缘AE射出(粒子质量为m，带电量为q，不计重力和阻力)。求：
(1)粒子进入区域Ⅰ和区域Ⅱ的速度之比；
(2)区域Ⅰ和区域Ⅱ的磁场强度之比；
(3)已知区域Ⅰ的场强B1＝B，求从粒子释放到区域Ⅰ边缘飞出的总时间。
21．在现代科学实验和技术设备中经常用电场或磁场控制带电粒子的运动．如图甲所示的装置由两部分构成，电子枪部分实现对电子加速，由偏转电场实现对电子的偏转．金属丝附近的电子被加速后，沿着中心线O O′进入偏转场．已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子重力及电子间的相互作用力，设电子刚刚离开金属丝时的速度为零．
(1)电子枪的加速电压为，求电子从金属板小孔穿出时的速度v0的大小；
(2)设平行板两板间距为d，两板长度均为L，两平行板板间所加电压为，求电子射出偏转电场时在垂直于板面方向偏移的距离；
(3)如何实现对电子精准控制，是设计者十分关心的问题．请你回答
①如果只改变偏转电场的电压，能使电子穿过平行板，分析电压的取值范围；
②如果在两板间加磁场控制该电子(如图乙所示)，仍能使电子穿过平行板，分析所加匀强磁场的磁感应强度B取值范围．
22．如图，直角坐标系xOy中，在第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场；在第三、第四象限内分别有方向垂直于坐标平面向里和向外的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q（q>0）的粒子从y轴上P点（0、h）以初速度v0垂直于y轴射入电场，再经x轴上的Q点沿与x轴正方向成45°角进入磁场。粒子重力不计。
（1）求匀强电场的场强大小E；
（2）要使粒子能够进入第三象限，求第四象限内磁感应强度B的大小范围；
（3）若第四象限内磁感应强度大小为，第三象限内磁感应强度大小为，且第三、第四象限的磁场在y=-L（L>2h）处存在一条与x轴平行的下边界MN（图中未画出），则要使粒子能够垂直边界MN飞出磁场，求L的可能取值。
23．如图所示，M、N为两块带等量异种电荷的平行金属板，两板间电压可取从零到某一最大值之间的各种数值．静止的带电粒子带电荷量为＋q，质量为m（不计重力），从点P经电场加速后，从小孔Q进入N板右侧的匀强磁场区域，磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外，CD为磁场边界上的一绝缘板，它与N板的夹角为θ＝45°，孔Q到板的下端C的距离为L，当M、N两板间电压取最大值时，粒子恰垂直打在CD板上，求：
（1）粒子在磁场中的轨道半径r1
（2）两板间电压的最大值Um；
（3）粒子在磁场中运动的最长时间tm。
参考答案
1．A
2．D
3．A
4．C
5．D
6．A
7．A
8．C
9．D
10．A
11．D
12．B
13．B
14．A
15．D
16．M
17．
18．gsinθ
19．（1），；（2）；（3）
20．(1)∶1　(2)1∶　(3)
21．(1) (2) (3) ﹤﹤,
22．（1）；（2）；（3）
23．（1） ；（2）；（3）；