1.4洛伦兹力与现代技术 同步练习(Word版含答案)

1.4洛伦兹力与现代技术同步练习2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．一个质子穿过某一空间而未发生偏转，下列说法中错误的是（ ）
A．可能存在电场和磁场，它们的方向与质子运动方向相同
B．此空间可能有磁场，方向与质子运动速度的方向平行
C．此空间可能只有磁场，方向与质子运动速度的方向垂直
D．此空间可能有正交的电场和磁场，它们的方向均与质子速度的方向垂直
2．如图所示，在容器A中有同一种元素的两种同位素正粒子，它们的初速度几乎为0，粒子可从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后第一种同位素粒子打到照相底片D上的M点，第二种同位素粒子打到照相底片D上的N点。不计同位素粒子重力。量出M点、N点到S3的距离分别为x1、x2，则第一种与第二种同位素粒子在磁场中运动的时间之比为（　　）
A． B． C． D．
3．如图所示，在MNPQ间同时存在匀强磁场和匀强电场，磁场方向垂直纸面水平向外，电场在图中没有标出．一带电小球从α点射入场区，并在竖直平面内沿直线运动至b点，则小球（ ）
A．一定带正电
B．受到电场力的方向一定水平向右
C．从α到b过程中，克服电场力做功
D．从α到b过程中可能做匀加速运动
4．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，如图所示，设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是（　　）
A．质子在匀强磁场每运动一周被加速一次
B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关
C．质子被加速后的最大速度不可能超过2fR
D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子
5．用回旋加速器分别加速粒子和质子时，若磁场相同，则加在两个D形盒间的交变电压的频率应不同，其频率之比为（　　）
A．1：1 B．1∶3 C．1：2 D．2∶1
6．回旋加速器是利用较低电压的高频电源使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器，工作原理如图．下列说法正确的是（ ）
A．粒子由A0运动到A1比粒子由A2运动到A3所用时间少
B．在D形盒半径和磁感应强度一定情况下，同一粒子获得的动能与交流电源电压有关
C．粒子的能量由电场提供
D．高频电源的周期与被加速带电粒子做匀速圆周运动的周期无关
7．下列说法正确的是 （ ）
A．美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器
B．彩色电视机的颜色由红、绿、紫三色组成
C．黑白显示器可以改装成彩色显示器
D．直线加速器比回旋加速器加速粒子的速度大
8．回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示。带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。一个用于加速质子（电荷量为，质量为）的回旋加速器，其形盒半径为，垂直形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为，接在形盒上的高频电源频率为。下列说法正确的是（ ）
A．质子被加速后的最大速度不可能超过
B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关
C．质子在回旋加速器中的运动时间与加速电场的电压大小无关
D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速粒子
9．如图所示，平行板电容器的两个极板与水平方向成θ角，极板间距为d，两极板M、N与一直流电源相连，且M板接电源正极，MN间电势差为U，现有一带电粒子以初速度v0进入并恰能沿图中所示水平直线从左向右通过电容器．若将电容器撤走，在该区域重新加上一个垂直于纸面的匀强磁场，使该粒子仍以原来初速度进入该区域后的运动轨迹不发生改变，则所加匀强磁场的磁感应强度方向和大小正确的是
A．垂直于纸面向里,
B．垂直于纸面向里,
C．垂直于纸面向外,
D．垂直于纸面向外,
10．如图所示，空间内有一长方形区域，区域内存在平行于纸面方向的匀强电场（图中未画出），O、e分别为边、边的中点，边的长度，且边的长度为边长度的2倍，以边为直径的半圆内有垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场（边界上无磁场）。一质量为、电荷量为的带电粒子以速度沿垂直于边的方向从O点垂直于磁场射入电磁场区域，带电粒子刚好沿直线射出，不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　）
A．电场强度大小为，方向平行于边向下
B．若完全相同的粒子从的中点以相同速度沿垂直于边的方向射入磁场区域，粒子将从中点离开长方形区域
C．若撤去电场仅剩磁场，粒子将从b点离开长方形区域
D．若撤去磁场仅剩电场，粒子将从边中点离开长方形区域
11．如图所示，4个斜面相同且绝缘，图乙、图丙、图丁分别处在不同方向的匀强电场中，完全相同的4个带正电小球从斜面上的O点以相同的初速度0同时水平抛出，从图甲开始到图丁，落在斜面上所用时间分别为t1、t2、t3、t4、此时动能分别为Ek1、Ek2、Ek3、Ek4，则
A．t1< t4 B．t2=t3 C．EK1= EK2 D．Ek3>Ek4
12．如图所示，在Oxyz坐标系所在的空间中，可能存在匀强电场或匀强磁场，也可能两者都存在或都不存在。现有一质量为m带正电q的点电荷沿z轴正方向射入此空间中，发现它做速度为v0的匀速直线运动。不计重力。以E和B分别表示电场强度和磁感应强度，电场和磁场的分布有可能是（　　）
A．E＝0，B≠0， B的方向与x轴平行，B的大小可任意
B．E≠0，B＝0， E的方向与z轴平行，E的大小可任意
C．E≠0，B≠0， B和E的方向都平行于xy平面，且互相垂直
D．E≠0，B≠0， B和E的方向都平行于yz平面，且互相垂直
13．为了测量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、部分别为、、，在右两端开口在垂直于上下底面方向加磁感应强度为的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管道从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压，电压为，若用表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（ ）
A．若污水中正离子多于负离子，则前表面比后表面电势高
B．若污水中离子浓度变化，电压表示数将随之而变化
C．电压表示数与、金属板面积成正比
D．若污水水位略微降低，仍可用此装置测算污水流动速率
14．如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若，，在不计重力的情况下，则分别打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是（ ）
A．甲、乙、丙、丁
B．甲、丁、乙、丙
C．丁、乙、丙、甲
D．甲、丁、丙、乙
15．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，则下列说法正确的是（ ）
A．要增大带电粒子射出时的动能，需增大电场的加速电压
B．粒子是从电场中获得能量的
C．粒子在磁场中的转速越来越大
D．只要磁感应强度及D形金属盒半径趋于无限大，粒子获得的能量就可以无限大
二、填空题（共4题）
16．利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷． ( )
17．如图为电磁流量计的示意图，圆管用非磁性材料制成，匀强磁场方向如图所示。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上a、b两点间的电势差U就可以知道管中液体的流量——单位时间内流过管道横截面的液体体积Q。已知圆管直径为d，磁感应强度为 B，设管中各处液体的流速v相同。可推得：Q与v的比例系数为_______，Q与U的关系式为：Q＝_______。
18．如图所示，为一回旋加速器的示意图，其核心部分为处于匀强磁场中的D形盒，两D型盒之间接交流电源，并留有窄缝，离子在窄缝间的运动时间忽略不计．已知D形盒的半径为R，在D1部分的中央A处放有离子源，离子带正电，质量为m、电荷量为q，初速度不计．若磁感应强度的大小为B．忽略离子的重力等因素．加在D形盒间交流电源的周期T=_____；离子加速后可获得的最大动能Em=_____;
19．霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图1所示，在一矩形半导体薄片的P，Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M，N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足UH＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图1所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与______(填“M”或“N”)端通过导线相连．
(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示．根据表中数据在图2中画出UH—I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为______×10－3V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字).
(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图3所示的测量电路，S1，S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)．为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向________(填“a”或“b”)，S2掷向________(填“c”或“d”)．为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中．在保持其它连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件________和________(填器件代号)之间．
三、综合题（共4题）
20．如图所示，坐标空间中有场强为E的匀强电场，和磁感应强度为B的匀强磁场，Y轴为两种场的分界线，图中虚线为磁场区域的右边界，现有一质量为m，电荷量为-q的带电粒子从电场中坐标位置（-L，O）处，以初速度v0沿X轴正方向开始运动，且已知（重力不计）。试求：
（1）带电粒子进入磁场时速度的大小？
（2）若要使带电粒子能穿越磁场区域而不再返回电场中，磁场的宽度d应满足的条件？
21．在如图所示的x-o-y坐标系中，y>0的区域内存在着沿y轴正方向、场强为E的匀强电场，y<0的区域内存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．一带电粒子从y轴上的P（0，h）点以沿x轴正方向的初速度射出，恰好能通过x轴上的D（d，0）点．已知带电粒子的质量为m，带电量为 – q．h、d、q均大于0，不计重力的影响．
（1）若粒子只在电场作用下直接到达D点，求粒子初速度的大小v0；
（2）若粒子在第二次经过x轴时到达D点，求粒子初速度的大小v0；
22． 如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系，y轴沿竖直方向。在x=L到x=2L之间存在竖直向上的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，一个比荷为k的带电微粒从坐标原点以一定的初速度沿+x方向抛出，进入电场和磁场后恰好在竖直平面内做匀速圆周运动，离开电场和磁场后，带电微粒恰好沿+x方向通过x轴上x=3L的位置，已知匀强磁场的磁感应强度为B，重力加速度为g。求：
（1）电场强度E的大小；
（2）带电微粒初速度v0的大小。
23．如图所示，在xoy坐标系内存在一个以（a，0）为圆心、半径为a的圆形磁场区域，方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B；另在y轴右侧有一方向向左的匀强电场，电场强度大小为E，分布于y≥a的范围内．O点为质子源，其出射质子的速度大小相等、方向各异，但质子的运动轨迹均在纸面内。已知质子在磁场中的偏转半径也为a，设质子的质量为m、电量为e，重力及阻力忽略不计。求：
（1）出射速度沿x轴正方向的质子，到达y轴所用的时间；
（2）出射速度与x轴正方向成30°角（如图中所示）的质子，到达y轴时的位置；
（3）质子到达y轴的位置坐标的范围。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
2．C
3．C
4．C
5．C
6．C
7．A
8．A
9．C
10．D
11．C
12．C
13．D
14．B
15．B
16．√
17．
18．
19． （1）M （2） 1.5(1.4～1.6) （3）bc， S1(或S2)， E
20．（1）　（2）
21．（1）（2）
22．（1）E＝ ；（2）v0＝
23．（1）；（2）y=a+Ba；（3）（a，a+2Ba）
答案第1页，共2页