第3节洛伦兹力的应用 同步练习（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第3节洛伦兹力的应用 同步练习（Word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 892.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-13 15:22:40 | ||
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文档简介
2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册第一章第3节洛伦兹力的应用
巩固拔高练习
一、单选题
1． 如图所示，OM的左侧存在范围足够大、磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，ON（在纸面内）与磁场方向垂直且∠NOM=60°，ON上有一点P，OP=L。P点有一粒子源，可沿纸面内各个方向射出质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（不计重力），速率为 ，则粒子在磁场中运动的最短时间为（ ）
A． B． C． D．
2． 美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，利用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，由此，人类在获得高能粒子方面前进了一大步。如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在MN板间，两虚线中间区域无电场和磁场，带正电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．D形盒中的磁场方向垂直于纸面向外
B．加速电场方向需要做周期性的变化
C．增大板间电压，粒子最终获得的最大动能不变
D．粒子每运动一周半径的增加量都相等
3． 如图所示，一质量为、带电荷量的带负电滑块（可看作质点）以初速度由水平面上的A点向右滑动，到达C点后恰好能通过半径为的光滑半圆轨道的最高点D，已知水平轨道与半圆轨道相切于C点，整个装置处在垂直纸面向里、磁感应强度的匀强磁场中，重力加速度，则（ ）
A．滑块运动到最高点D时的速度大小为
B．滑块运动到最高点D时的速度大小为
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
4． 霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B=B0+kz（B0、k均为常数，且k＞0）。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图所示），当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则（ ）
A．磁感应强度B越大，霍尔元件的前、后表面的电势差U越大
B．k越大，传感器灵敏度（）越高
C．如图中的霍尔元件，上表面电势高
D．电流越大，霍尔元件的上、下表面的电势差U越小
5． 如图所示，OA，OB为相互垂直的有界匀强磁场边界，磁场磁感应强度，方向垂直纸面向里，S为粒子源，可向磁场内各个方向均匀发射比荷的带正电粒子，速度。PQ为一长度为的荧光屏，已知，不考虑粒子间的相互作用，粒子重力忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
A．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为
B．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为
C．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为10 cm
D．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为
6． 霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在某款手机中，常用霍尔元件来控制开启或关闭运行程序。如图所示是一霍尔元件的示意图，磁场方向垂直霍尔元件工作面，霍尔元件宽为d（M，N间距离），厚为h（图中上下面间距离），当通以图示方向电流时，MN两端将出现电压UMN，则（ ）
A．M、N两端电压UMN仅与磁感应强度B有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则MN两端电压UMN<0
C．若增大h，则MN两端电压UMN一定增大
D．通过控制磁感应强度B可以改变MN两端电压UMN
7． 如图所示，两平行金属板、水平放置，上极板带正电下极板带负电，两极板间存在匀强电场和匀强磁场（图中未画出）.现有一个带电粒子在两平行板间，沿水平方向做匀速直线运动后，从点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在挡板上的A点，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ）
A．金属板、间的磁场垂直纸面向外
B．只要具有相同动能的粒子都一定能在两平行板间做匀速直线运动
C．另一个与该粒子具有相同比荷的带电粒子，在两平行板间也一定能做匀速直线运动
D．若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷
8． 如图所示，在半径为R的圆形区域内（圆心为O）有匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面（未画出）。一群具有相同比荷的负离子以相同的速率由P点在纸平面内沿不同方向射入磁场中，发生偏转后又飞出磁场，若离子在磁场中运动的轨道半径大于R，则下列说法中正确的是（不计离子的重力）（ ）
A．从Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长
B．沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大
C．所有离子飞出磁场时的动能一定相等
D．在磁场中运动时间最长的离子可能经过圆心O点
9． 如图所示，两个折成直角的金属薄板围成足够大的正方形abcd，加上电压，忽略边缘及转角处对电场分布的影响，正方形内部处处可视为方向由a指向c的匀强电场（图中未画出），同时在内部加方向垂直纸面向里的匀强磁场。现在有一个带负电、重力不计的粒子以v0（v0≠0）分别从图示三个方向开始运动，则（ ）
A．只要v0大小合适，可以沿ac方向做直线运动
B．只要v0大小合适，可以沿dc方向做直线运动
C．只要v0大小合适，可以沿db方向做直线运动
D．只能沿db方向做加速直线运动
10．如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m带电量为+q的粒子，以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域。不计重力，不计粒子间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中，哪个图是正确的（ ）
A． B． C． D．
二、多选题
11．如图甲是回旋加速器的示意图，利用该装置可以在有限的空间获得高能的粒子，其核心部分为正对的两个半圆形的盒子垂直放置在匀强磁场中。两盒子狭缝间加如图乙所示的方波型交变电压。欲加速的粒子从狭缝中心附近的A点源源不断的进入狭缝，被加速到最大动能后从粒子出口导出。忽略粒子的重力、初速度以及粒子在狭缝中运动的时间，下列说法正确的是（ ）
A．粒子被加速时电势能转化为动能
B．粒子被加速时磁场能转化为动能
C．增大U0，粒子获得的最大动能将增大
D．若将交变电压周期减小为，回旋加速器无法正常工作
12．如图物体带正电，与斜面的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，斜面足够长且所在空间均有图示方向的匀强磁场。现给物体一个沿斜面向上的初速度，使物体沿斜面向上运动且不离开斜面。下列说法正确的是（ ）
A．物体最终会静止在斜面上
B．物体向上运动时加速度越来越大
C．物体最终可能沿斜面匀速向上运动
D．物体最终会沿斜面匀速向下运动
13．质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A．M带负电，N带正电 B．M的速率小于N的速率
C．洛伦兹力对粒子M一定不做功 D．M的运行时间大于N的运行时间
14．如图所示，在xOy平面内有一个半径为R、圆心位于坐标原点O的圆形磁场区域，磁感应强度大小为B，在圆形磁场区域的左边有一个宽度也为R且关于x轴对称的粒子源，它能连续不断地沿x轴正方向发射速度相同的带正电粒子，已知粒子的质量均为m、电荷量均为q，不计粒子重力和粒子间的相互作用。若粒子均能够从y轴上的P点离开磁场区域，则下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向垂直xOy平面向外
B．粒子的速度大小为
C．粒子在磁场中运动的最大时间差为
D．粒子从P点离开磁场时与x轴正方向的夹角的范围为
15．如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子（不计重力），从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角，则正负离子在磁场中（ ）
A．运动时间相同
B．运动轨道的半径不相同
C．重新回到边界时速度的大小和方向相同
D．重新回到边界的位置与O点距离相等
三、解答题
16．如图所示，在坐标系的第一象限内，直线的上方有垂直纸面向外的有界匀强磁场，磁感应强度大小为；第四象限内，在处有一足够长的光屏与轴垂直放置，光屏与轴之间存在方向沿轴正方向的匀强电场，电场强度大小为；在轴上点处有一粒子源，能以不同速率沿与轴正方向成角发射质量为、电荷量为的相同粒子，这些粒子经磁场作用后都沿轴负方向通过轴，且速度最大的粒子刚好通过直线与轴的交点，速度最小的粒子通过轴上的点（未画出）。已知速度最大的粒子通过轴前一直在磁场中运动，，不计粒子的重力和粒子间的相互作用。，。求：
（1）粒子最大速度的值；
（2）有界磁场的最小面积；
（3）粒子到达光屏上的落点到轴的最大距离。
17．如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ和Ⅱ中，直径A2A4与直径A1A3之间的夹角为α＝60°.一质量为m、电荷量为q的带正电粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成β＝30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场.已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求：
（1）粒子在磁场区域Ⅰ和Ⅱ中运动的轨道半径R1与R2的比值；
（2）Ⅰ区和Ⅱ区中磁场的磁感应强度B1和B2的大小.
2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册第一章第3节洛伦兹力的应用（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 A C A B A D D A C A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AD BD AC BC CD
三、解答题
16．（1）；（2） ；（3）
17．（1）2；（2） ，
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巩固拔高练习
一、单选题
1． 如图所示，OM的左侧存在范围足够大、磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，ON（在纸面内）与磁场方向垂直且∠NOM=60°，ON上有一点P，OP=L。P点有一粒子源，可沿纸面内各个方向射出质量为m、电荷量为q的带正电的粒子（不计重力），速率为 ，则粒子在磁场中运动的最短时间为（ ）
A． B． C． D．
2． 美国物理学家劳伦斯于1932年发明了回旋加速器，利用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，由此，人类在获得高能粒子方面前进了一大步。如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在MN板间，两虚线中间区域无电场和磁场，带正电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，下列说法正确的是（ ）
A．D形盒中的磁场方向垂直于纸面向外
B．加速电场方向需要做周期性的变化
C．增大板间电压，粒子最终获得的最大动能不变
D．粒子每运动一周半径的增加量都相等
3． 如图所示，一质量为、带电荷量的带负电滑块（可看作质点）以初速度由水平面上的A点向右滑动，到达C点后恰好能通过半径为的光滑半圆轨道的最高点D，已知水平轨道与半圆轨道相切于C点，整个装置处在垂直纸面向里、磁感应强度的匀强磁场中，重力加速度，则（ ）
A．滑块运动到最高点D时的速度大小为
B．滑块运动到最高点D时的速度大小为
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
4． 霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B=B0+kz（B0、k均为常数，且k＞0）。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图所示），当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则（ ）
A．磁感应强度B越大，霍尔元件的前、后表面的电势差U越大
B．k越大，传感器灵敏度（）越高
C．如图中的霍尔元件，上表面电势高
D．电流越大，霍尔元件的上、下表面的电势差U越小
5． 如图所示，OA，OB为相互垂直的有界匀强磁场边界，磁场磁感应强度，方向垂直纸面向里，S为粒子源，可向磁场内各个方向均匀发射比荷的带正电粒子，速度。PQ为一长度为的荧光屏，已知，不考虑粒子间的相互作用，粒子重力忽略不计，则下列说法正确的是（ ）
A．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为
B．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为
C．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为10 cm
D．有的粒子可以打到荧光屏上，且荧光屏发光的长度为
6． 霍尔元件是一种应用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在某款手机中，常用霍尔元件来控制开启或关闭运行程序。如图所示是一霍尔元件的示意图，磁场方向垂直霍尔元件工作面，霍尔元件宽为d（M，N间距离），厚为h（图中上下面间距离），当通以图示方向电流时，MN两端将出现电压UMN，则（ ）
A．M、N两端电压UMN仅与磁感应强度B有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则MN两端电压UMN<0
C．若增大h，则MN两端电压UMN一定增大
D．通过控制磁感应强度B可以改变MN两端电压UMN
7． 如图所示，两平行金属板、水平放置，上极板带正电下极板带负电，两极板间存在匀强电场和匀强磁场（图中未画出）.现有一个带电粒子在两平行板间，沿水平方向做匀速直线运动后，从点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中，最后打在挡板上的A点，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ）
A．金属板、间的磁场垂直纸面向外
B．只要具有相同动能的粒子都一定能在两平行板间做匀速直线运动
C．另一个与该粒子具有相同比荷的带电粒子，在两平行板间也一定能做匀速直线运动
D．若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷
8． 如图所示，在半径为R的圆形区域内（圆心为O）有匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于圆平面（未画出）。一群具有相同比荷的负离子以相同的速率由P点在纸平面内沿不同方向射入磁场中，发生偏转后又飞出磁场，若离子在磁场中运动的轨道半径大于R，则下列说法中正确的是（不计离子的重力）（ ）
A．从Q点飞出的离子在磁场中运动的时间最长
B．沿PQ方向射入的离子飞出时偏转角最大
C．所有离子飞出磁场时的动能一定相等
D．在磁场中运动时间最长的离子可能经过圆心O点
9． 如图所示，两个折成直角的金属薄板围成足够大的正方形abcd，加上电压，忽略边缘及转角处对电场分布的影响，正方形内部处处可视为方向由a指向c的匀强电场（图中未画出），同时在内部加方向垂直纸面向里的匀强磁场。现在有一个带负电、重力不计的粒子以v0（v0≠0）分别从图示三个方向开始运动，则（ ）
A．只要v0大小合适，可以沿ac方向做直线运动
B．只要v0大小合适，可以沿dc方向做直线运动
C．只要v0大小合适，可以沿db方向做直线运动
D．只能沿db方向做加速直线运动
10．如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m带电量为+q的粒子，以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域。不计重力，不计粒子间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中，哪个图是正确的（ ）
A． B． C． D．
二、多选题
11．如图甲是回旋加速器的示意图，利用该装置可以在有限的空间获得高能的粒子，其核心部分为正对的两个半圆形的盒子垂直放置在匀强磁场中。两盒子狭缝间加如图乙所示的方波型交变电压。欲加速的粒子从狭缝中心附近的A点源源不断的进入狭缝，被加速到最大动能后从粒子出口导出。忽略粒子的重力、初速度以及粒子在狭缝中运动的时间，下列说法正确的是（ ）
A．粒子被加速时电势能转化为动能
B．粒子被加速时磁场能转化为动能
C．增大U0，粒子获得的最大动能将增大
D．若将交变电压周期减小为，回旋加速器无法正常工作
12．如图物体带正电，与斜面的动摩擦因数为，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，斜面足够长且所在空间均有图示方向的匀强磁场。现给物体一个沿斜面向上的初速度，使物体沿斜面向上运动且不离开斜面。下列说法正确的是（ ）
A．物体最终会静止在斜面上
B．物体向上运动时加速度越来越大
C．物体最终可能沿斜面匀速向上运动
D．物体最终会沿斜面匀速向下运动
13．质量和电荷量都相等的带电粒子M和N，以不同的速率经小孔S垂直进入匀强磁场，运行的半圆轨迹如图中虚线所示，下列表述正确的是（ ）
A．M带负电，N带正电 B．M的速率小于N的速率
C．洛伦兹力对粒子M一定不做功 D．M的运行时间大于N的运行时间
14．如图所示，在xOy平面内有一个半径为R、圆心位于坐标原点O的圆形磁场区域，磁感应强度大小为B，在圆形磁场区域的左边有一个宽度也为R且关于x轴对称的粒子源，它能连续不断地沿x轴正方向发射速度相同的带正电粒子，已知粒子的质量均为m、电荷量均为q，不计粒子重力和粒子间的相互作用。若粒子均能够从y轴上的P点离开磁场区域，则下列说法正确的是（ ）
A．磁场方向垂直xOy平面向外
B．粒子的速度大小为
C．粒子在磁场中运动的最大时间差为
D．粒子从P点离开磁场时与x轴正方向的夹角的范围为
15．如图所示，在垂直纸面向里的匀强磁场的边界上，有两个质量和电荷量均相同的正负离子（不计重力），从点O以相同的速率先后射入磁场中，入射方向与边界成θ角，则正负离子在磁场中（ ）
A．运动时间相同
B．运动轨道的半径不相同
C．重新回到边界时速度的大小和方向相同
D．重新回到边界的位置与O点距离相等
三、解答题
16．如图所示，在坐标系的第一象限内，直线的上方有垂直纸面向外的有界匀强磁场，磁感应强度大小为；第四象限内，在处有一足够长的光屏与轴垂直放置，光屏与轴之间存在方向沿轴正方向的匀强电场，电场强度大小为；在轴上点处有一粒子源，能以不同速率沿与轴正方向成角发射质量为、电荷量为的相同粒子，这些粒子经磁场作用后都沿轴负方向通过轴，且速度最大的粒子刚好通过直线与轴的交点，速度最小的粒子通过轴上的点（未画出）。已知速度最大的粒子通过轴前一直在磁场中运动，，不计粒子的重力和粒子间的相互作用。，。求：
（1）粒子最大速度的值；
（2）有界磁场的最小面积；
（3）粒子到达光屏上的落点到轴的最大距离。
17．如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区域Ⅰ和Ⅱ中，直径A2A4与直径A1A3之间的夹角为α＝60°.一质量为m、电荷量为q的带正电粒子以某一速度从Ⅰ区的边缘点A1处沿与A1A3成β＝30°角的方向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心进入Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场.已知该粒子从射入到射出磁场所用的时间为t，求：
（1）粒子在磁场区域Ⅰ和Ⅱ中运动的轨道半径R1与R2的比值；
（2）Ⅰ区和Ⅱ区中磁场的磁感应强度B1和B2的大小.
2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册第一章第3节洛伦兹力的应用（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 A C A B A D D A C A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AD BD AC BC CD
三、解答题
16．（1）；（2） ；（3）
17．（1）2；（2） ，
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