1.3洛伦兹力与现代科技基础巩固（word版含答案）

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，连接平行金属板P1和P2(板面垂直于纸面)的导线的一部分CD和另一连接电池的回路的一部分GH平行，CD和GH均在纸面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直纸面向里．当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段将受到力的作用，则(　　)
A．等离子体从右方射入时，P1板电势较高，CD受力方向背离GH
B．等离子体从右方射入时，P2板电势较高，CD受力方向指向GH
C．等离子体从左方射入时，P2板电势较高，CD受力方向背离GH
D．等离子体从左方射入时，P1板电势较高，CD受力方向指向GH
2．目前世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，图表示它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，磁场中的两块金属板A和B上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压.在图示磁极配置的情况下，金属板的电势高低和通过电阻R的电流方向分别是：（ ）
A．A板电势高，电流方向a→b
B．A板电势高，电流方向b→a
C．B板电势高，电流方向a→b
D．B板电势高，电流方向b→a
3．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是（ ）
A．离子从电场中获得能量
B．离子由加速器的边缘进入加速器
C．加速电场的周期随粒子速度增大而增大
D．离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压有关
4．如图所示，长方体发电导管的前后两个侧面是绝缘体，上下两个侧面是电阻可忽略的导体电极，两极间距为d极板面积为S，这两个电极与可变电阻R相连。在垂直前后侧面的方向上，有一匀强磁场，磁感应强度大小为B。发电导管内有电阻率为ρ的高温电离气体，气体以速度v向右流动，并通过专用管道导出。由于运动的电离气体，受到磁场的作用，将产生大小不变的电动势。若不计气体流动时的阻力，由以上条件可推导出可变电阻R等于发电管内阻时，R两端的电压和通过R的电流分别为（　　）
A． B． C． D．
5．如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况，以下说法中错误的是（　　）
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
6．质谱仪是测量带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具，如图所示，带电粒子从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几于为零。然后经过S3，沿着与磁场垂直的方向进入磁感强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。现有某种元素的三种同位素的原子核由容器A进入质谱仪，最后分别打在底片P1、 P2、P3。三个位置，不计粒子重力。则打在P3处的粒子（　　）
A．动能最大 B．动量最大 C．比荷最大 D．质量最大
7．将平行板电容器、滑动变阻器、电源按如图所示连接。若平行板电容器内存在垂直纸面向里的匀强磁场，—电子束沿垂直于电场线与磁感线方向，从左侧入射后偏向A极板，为了使电子束沿入射方向做直线运动，可采取的方法是（　　）
A．只将变阻器滑片P向b端滑动 B．只将电子的入射速度适当增大
C．只将磁场的磁感应强度适当减小 D．只将极板间距离适当减小
8．质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹，由图可知( )
A．此粒子带负电
B．下极板比上极板电势高
C．若只增大加速电压，则半径变大
D．若只增大入射粒子的质量，则半径变小
9．霍尔效应本质是运动的电荷在磁场中受洛仑兹力作用引起的偏转，这种偏转就会导致固体材料不同侧面正负电荷的堆积，从而形成电势差。在图中为使前表面处于较低的电势，则应给金属长方体中通以电流的方向为（　　）
A．沿y轴负方向 B．沿z轴负方向
C．沿z轴正方向 D．沿y轴正方向
10．回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，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，下列关于回旋加速器的说法正确的是（　　）
A．狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大
B．磁场对带电粒子的洛仑兹力对粒子不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关
C．带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍
D．用同一回旋加速器分别加速比荷不同的带电粒子，一般要调节交变电场的周期或磁场强弱
11．为测量圆柱管道内带电流体的流量，小华购置了一个电磁流量计.通过查阅相关说明书看到以下公式，已知流量Q单位为,电流单位为A，磁感应强度B单位为T，半径r单位为m，则k的单位是（ ）
A． B． C． D．
12．如图所示，垂直纸面向里的匀强磁场中有一个开口向上的绝缘半球，内壁粗糙程度处处相同，将带有正电荷的小球从半球左边最高处静止释放，小球沿半球内壁只能滑到右侧的C点处；如果撤去磁场，仍将小球从左边最高点释放，则滑到右侧能达到的最高点应是(　　)
A．仍能滑到C点 B．比C高的某处
C．比C低的某处 D．上述情况都有可能
13．如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核H和氦核He。下列说法中正确的是（　　）
A．氘核H的最大速度较大
B．它们在D形盒内运动的周期相同
C．它们的最大动能相同
D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
14．如图，一台回旋加速器，忽略带电粒子在电场中运动的时间，当电场的电压和磁感强度一定时，可把质子的速率加速到，其获得的最大能量为。那么，这台回旋加速器，能把粒子（　　）
A．加速到 B．加速到
C．最大能量增大到 D．最大能量增大到
15．如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器(带电粒子的重力不计)。速度选择器内有互相垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B，电场的场强为E。挡板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，挡板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是( )
A．质谱仪是分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D．带电粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，带电粒子的比荷越小
二、填空题（共4题）
16．磁泵是应用磁力来输送导电液体（如液态金属、血浆等）的装置，它不需要机械活动组件。图是电磁泵输送导电液体原理的示意图，绝缘管道的横截面的边长的正方形，导电液体在管中缓慢流动，在管道中取长为的部分，将它的上、下管壁做成可以导电的导体，通过电流I，并在垂直于管道和电流的方向加一个横向磁场，磁感强度为，要在管道中产生的压强，推动导电液体流动，则导电液体的流动的方向为___，电流___A。
17．如图是等离子体发电机的示意图，磁感应强度为B,两极板间距离为d，要使输出电压为U，则等离子体的速度v为______，a是电源的___极．
18．质子和粒子由静止出发经过同一加速电场加速后，沿垂直磁感线方向进入同一匀强磁场，则它们在磁场中的速度之比为_________，半径之比为_________．
19．在竖直平面内建立xOy坐标系，在坐标系的第Ⅰ象限的OyPO范围内存在如图所示正交的匀强电场和匀强磁场，PO平行于y轴；质量为m、带电荷量为q的微粒从第Ⅱ象限的a点沿xOy平面水平抛出，微粒进入电、磁场后做直线运动，并经过点；若将匀强电场方向改为竖直向上，微粒仍从a点以相同速度抛出，进入电、磁场后做圆周运动，且运动轨迹恰好与x轴和直线PQ相切。重力加速度为g。求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B；
（2）当电场方向竖直向上时，微粒在复合场中运动的过程中电势能的变化量。
三、综合题（共4题）
20．如图甲所示，粒子源能连续释放质量为m，电荷量为＋q，初速度近似为零的粒子（不计重力），粒子从正极板附近射出，经两金属板间电场加速后，沿y轴射入一个边界为矩形的匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向垂直纸面向里．磁场的四条边界分别是y ＝0，y＝a，x＝－1.5a，x＝1.5a.两金属板间电压随时间均匀增加，如图乙所示．由于两金属板间距很小，微粒在电场中运动时间极短，可认为微粒加速运动过程中电场恒定．
（1）求微粒分别从磁场上、下边界射出时对应的电压范围；
（2）微粒从磁场左侧边界射出时，求微粒的射出速度相对进入磁场时初速度偏转角度的范围，并确定在左边界上出射范围的宽度d .
21．如图甲所示，直角坐标系xOy的第一象限内存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小为E，在第四象限内有一半径为R的圆形有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外，磁场的边界刚好与x轴相切于A点，A点的坐标为，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子在A点正上方的P点由静止释放，粒子经电场加速后从A点进入磁场，经磁场偏转射出磁场后刚好经过坐标原点O，匀强磁场的磁感应强度大小为B，不计粒子的重力，求：
（1）P点的坐标；
（2）若在第三、四象限内、圆形区域外加上垂直纸面向里的匀强磁场，磁场的磁感应强度大小也为B，如图乙所示，粒子释放的位置改为A点正上方点处，点的坐标为，让粒子在点处由静止释放，粒子经电场加速后从A点进入磁场，在磁场中偏转后第一次出磁场时，交x轴于C点，则AC间的距离为多少；粒子从点到C点运动的时间为多少.
22．如图所示，一些质量为m、电荷量为+q的带电粒子从一线状粒子源射出（初速度可视为0）经过电场U加速后，粒子以一定的水平初速度从段垂直射出（S为中点），进入边长L的正方体电磁修正区内（内部有垂直面的匀强磁场B与匀强电场E）。距离正方体底部L处有一与平行的足够大平板，能吸收所有出射粒子。现以正方体底面中心O在平板的垂直投影点为原点，在平板内建立直角坐标系（其中x轴与平行）。所有带电粒子都从正方体底面离开，且从M点进来的粒子在正方体中运动的时间为。
（1）粒子射出正方体电磁修正区后的速度；
（2）若满足关系式，求从S点入射的粒子最后打到平板上的位置坐标；
（3）接（2）问，若粒子源单位时间内射出n个粒子，则单位时间内平板受到粒子的作用力为多大？
23．如图所示，在平面的第Ⅱ象限内存在沿轴负方向的匀强电场，电场强度为.第Ⅰ和第Ⅳ象限内有一个半径为的圆，其圆心坐标为，圆内存在垂直于平面向里的匀强磁场，一带正电的粒子（重力不计）以速度从第Ⅱ象限的点平行于轴进入电场后，恰好从坐标原点进入磁场，速度方向与轴成60°角，最后从点平行于轴射出磁场.点所在处的横坐标.求：
（1）带电粒子的比荷；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）粒子从点进入电场到从点射出磁场的总时间.
参考答案
1．D
2．A
3．A
4．A
5．C
6．C
7．B
8．C
9．A
10．D
11．A
12．C
13．B
14．C
15．A
16．沿管道向右 8
17． a
18． ；
19．（1）；（2）
20．（1） （2）
21．（1）；（2）2R；
22．（1）；（2）；（3）
23．（1）（2）（3）