1.3洛伦兹力与现代科技同步练习（word版含答案）

1.3洛伦兹力与现代科技同步练习
一、选择题（共15题）
1．如图所示的真空环境中，匀强磁场方向水平、垂直纸面向外，磁感应强度B=2.5T；匀强电场方向水平向左，场强E=N/C．一个带负电的小颗粒质量m=3.0×10 7kg，带电荷量q=3.0×10 6C，带电小颗粒在这个区域中刚好做匀速直线运动．（g取10m/s2）．则（ ）
A．这个带电小颗粒一定沿与水平方向成30°向右下方做匀速直线运动
B．若小颗粒运动到图中P点时，把磁场突然撤去，小颗粒将做匀加速直线运动
C．这个带电小颗粒做匀速直线运动的速度大小为0.4 m/s
D．这个带电小颗粒做匀速直线运动的速度大小为0.8 m/s
2．如图所示的虚线框为一长方形区域，该区域内有一垂直于纸面向里的匀强磁场，一束电子以不同的速率从O点垂直于磁场方向、沿图中方向射入磁场后，分别从a、b、c三点射出磁场，比较它们在磁场中的运动时间ta、tb、tc，其大小关系是（　　）
A．tatc D．ta3．如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的长和宽都为a和b，内有带电量为q的某种自由运动电荷，该导电材料单位体积内这种自由运动电荷的数量为n。导电材料置于方向垂直于其前表面向外的匀强磁场中，内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的恒定电流时，测得导电材料上表面电势低于下表面电势，上下表面之间的电压大小为U。由此可得，恒定电流的大小和自由运动电荷的电性正负分别为（　　）
A．，负 B．，正 C．，负 D．，正
4．如图所示，已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后，水平进入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B的复合场中（E和B已知），小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动，则下列说法中错误的是（　　）
A．小球可能带正电
B．小球做匀速圆周运动的半径为r=
C．小球做匀速圆周运动的周期为T=
D．若电压U增大，则小球做匀速圆周运动的周期不变
5．带电油滴以水平速度v0垂直进入磁场，恰做匀速直线运动，如图所示，若油滴质量为m，磁感应强度为B，（　　）
A．油滴必带正电荷，电荷量为
B．油滴必带正电荷，比荷
C．油滴必带负电荷，电荷量为
D．油滴带什么电荷都可以，只要满足q＝
6．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两极相连接的两个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，D形盒半径为R．用该回旋加速器加速质子（质量数为1，核电荷数为1）时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电周期为T。（粒子通过狭缝的时间忽略不计）则（ ）
A．质子在D形盒中做匀速圆周运动的周期为2T
B．质子被加速后的最大速度可能超过
C．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关
D．不改变B和T，该回旋加速器也能用于加速α粒子（质量数为4，核电荷数为2）
7．1930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．离子回旋周期逐渐增大
B．离子由加速器的边缘进入加速器
C．离子从磁场中获得能量
D．离子从电场中获得能量
8．霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应，人们利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器．这类磁传感器测出的是磁感应强度沿轴线方向的分量．如图（1）所示，陈同学将磁传感器调零后探究条形磁铁附近的磁场，计算机显示磁感应强度为正，他接下来用探头同样的取向研究长直螺线管（电流方向如图（2）所示）轴向的磁场，以螺线管中心点为坐标原点，沿轴线向右为x轴正方向，建立坐标系．下列图像可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
9．如图所示是霍尔元件的工作原理图，该霍尔元件的工作面的左右长度为a，前后宽度为b，上、下两个工作面之间的距离为h。在人大附中操场水平放置该霍尔元件，给元件通入图示方向的恒定电流I，并使电流方向从南向北，在C、D两侧面接一个理想电压表。则下列判断中正确的是（　　）
A．电压表的正接线柱一定要与元件侧面C相连
B．其他条件不变，仅增大工作面宽度b，电压表示数会增大
C．其他条件不变，仅增大元件的长度a，电压表示数不变
D．根据电压表读数UCD及题中已知量a、b、h、I可以测得操场地磁场的竖直方向磁感应强度
10．如图所示，为质谱仪的工作原理示意图，速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
C．图中打在胶片A1A2上的粒子带负电
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小
11．下图为质谱仪的工作原理示意图，一束带电粒子以一定的速度进入速度选择器，速度选择器内是相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁感应强度和电场强度的大小分别为和，粒子通过速度选择器的狭缝后，进入磁感应强度为的偏转磁场，最后打在底片上两处，测得，不计粒子重力。由此可知
A．粒子带负电，磁感应强度垂直纸面向外 B．打在两处的粒子的比荷之比为1：2
C．打在两处的粒子的速度之比为1：2 D．打在两处的粒子在磁场中的运动时间之比为1：1
12．如图是重离子回旋加速器示意图，所谓重离子，是指重于2号元素氦并被电离的粒子。重离子回旋加速器的核心部分是两个相距很近的金属形盒，分别和高频交流电源相连接，在两个形盒的窄缝中产生匀强电场使重离子加速，则下列说法正确的是（　　）
A．电场和磁场变化周期相同，交替进行使重离子加速
B．呈电中性的粒子也能使用回旋加速器加速
C．不改变其他条件只减小电场电压则重离子在形盒中运动时间变长
D．保持形盒中磁场不变，要加速比荷较大的重离子所需的交流电源的周期一定较大
13．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U．若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是 ( )
A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高
C．污水流量Q与U成正比，与a、b无关
D．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大
14．如图所示，在竖直向上的匀强电场中，一根不可伸长的轻质绝缘细绳，一端系着一个带电小球，另一端固定于O点，小球在竖直平面内做匀速圆周运动，最高点为a，最低点为b。不计空气阻力，则（　　）
A．小球带负电
B．电场力跟重力是一对平衡力
C．小球从a点运动到b点的过程中，电势能减小
D．运动过程中小球的机械能守恒
15．如图所示为质谱仪的结构图，该质谱仪由速度选择器与偏转磁场两部分组成，已知速度选择器中的磁感应强度大小为、电场强度大小为，荧光屏下方匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为。三个带电荷量均为、质量不同的粒子沿竖直方向经速度选择器由荧光屏上的狭缝进入偏转磁场，最终打在荧光屏上的、、，相对应的三个粒子的质量分别为、、（粒子的质量均位置），忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用。则下列说法正确的是（　　）
A．如果板带正电，则速度选择器中磁场方向垂直纸面向里
B．打在位置的粒子速度最大
C．打在位置的粒子质量最大
D．如果，则
二、填空题（共4题）
16．如图所示，一个质量为m、电荷量为e的粒子从容器A下方的小孔S，无初速度地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片M上．则粒子进入磁场时的速率v＝____________ ，粒子在磁场中运动的时间t＝_____________，粒子在磁场中运动的轨道半径r＝______________．
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，在x轴上方有垂直于xy平面向里的匀强磁场，磁感应强度为B；在x轴下方有沿y轴负方向的匀强电场，场强为E．一质量为m，电量为-q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方向射出．射出之后的第三次到达x轴时，它与点O的距离为L．则该粒子射出时的速度为v＝______，运动的总路程s＝_______（重力不计）．
19．霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，广泛应用于测量和自动控制等领域。在电动自行车中有多处用了霍尔传感器，最典型的是测速、调速转把、断电刹把以及电动车无刷电机和霍尔助力传感器等。实验表明，当磁场不太强时，霍尔电压、电流和磁感应强度的关系，式中的比例系数称为霍尔系数。已知金属板电流是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向移动速度为，电量为，金属板单位体积中电子的个数为，磁感应强度，金属板厚度为，宽度为。则
（1）达到稳定状态时，金属板上侧面的电势_______下侧面的电势（填“高于”、“低于”或“等于”）
（2）电子所受的洛仑兹力的大小为_______。
（3）金属板上下两面之间的电势差（霍尔电压）的大小为______。
（4）霍尔系数_______。
三、综合题（共4题）
20．如图，一个质子p和一个α粒子分别从容器A下方的小孔S，无初速地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，MN为磁场的边界．已知质子的比荷为，α粒子的电荷量是质子的2倍，质量数是质子的4倍，求：
(1)质子进入磁场时的速率v；
(2)α粒子在磁场中运动的时间t；
(3)质子和α粒子各自进出磁场的位置间距离之比。
21．如图所示，半径为R的圆形区域内存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，方向垂直纸面向外，磁场区的右侧有竖直向下的匀强电场，电场区足够宽，且电场的左边界与磁场区相切，足够长的水平荧光屏PQ与磁场区相切于P点。从P点以相同的速率v射出两个相同的带正电的粒子a、b，两粒子初速度方向的夹角θ=30°，其中粒子a的初速度竖直向上、两粒子经磁场偏转后均水平离开磁场进入电场。已知匀强电场的场强E=Bv，不计粒子重力及粒子间相互作用。求：
（1）带电粒子的比荷；
（2）两粒子打到荧光屏上的亮点之间距离；
（3）粒子b整个运动过程所用的时间。
22．直角坐标系中，第四象限有与X轴正方向相同的匀强电场；另一匀强电场在第一象限，其方向与Y轴正方向相同，在第二和第三象限其电场方向与Y轴负方向相同．同时在X轴的正半轴有垂直纸面向里的匀强磁场．如图所示，现一质量m、电量q的电荷从A点以速度v，与Y轴正向成30°夹角进入该直角坐标系中．先做直线运动，接着在第一象限恰好做匀速圆周运动，且与X轴垂直相交于B点，后在第二象限发生偏转与X轴负半轴交于C点．已知重力加速度为g．求：
（1）第四象限的电场强度大小与第二象限的电场强度大小的比值？
（2）B点的纵坐标？
（3）电荷从B点运动到C的时间？
23．某空间存在一竖直向下的匀强电场和圆形区域的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，如图所示．一质量为m，带电量为+q的粒子，从P点以水平速度v0射入电场中，然后从M点沿半径射入磁场，从N点射出磁场．已知，带电粒子从M点射入磁场时，速度与竖直方向成30°角，弧MN是圆周长的1/3，粒子重力不计．求：
（1）电场强度E的大小．
（2）圆形磁场区域的半径R．
（3）带电粒子从P点到N点，所经历的时间t．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
2．C
3．D
4．A
5．A
6．C
7．D
8．A
9．C
10．B
11．B
12．C
13．C
14．B
15．D
16．
17．
18． ; ;
19． 低于
20．(1)；(2)；(3)1：
21．（1）；（2）；（3）
22．（1）E1﹕E2=；（2）y=；（3）；
23．（1） ．（2） ．（3）
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