2026届高考物理一轮基础复习训练53 洛伦兹力与现代科技（含解析）

2026届高考物理一轮基础复习训练
53 洛伦兹力与现代科技
一、单项选择题
1.如图，两种不同的带电粒子、经相同的加速电场加速后进入速度选择器（粒子在进入加速电场时的速度可忽略），、两种粒子在速度选择器中均沿直线运动，最终经小孔射入匀强磁场。其中粒子在磁场中做半径为的圆周运动。下列说法正确的是（　　）
A.a、b两种粒子可能带异种电荷
B.a、b两种粒子穿过速度选择器的时间不同
C.a、b两种粒子的比荷相同
D.b粒子在磁场B2中的运动半径可能比R大
2.质谱仪最初是由英国物理学家阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖的两种同位素氖20和氖22，从而证实了同位素的存在。如图所示，让氖20和氖22原子核从质谱仪小孔飘入电压为的加速电场（初速度可看作零），然后从垂直进入匀强磁场发生偏转，最后打在底片上的不同地方。已知氖20和氖22原子核带电荷量相同，质量之比约为∶，从底片上获得在磁场中运动轨迹的直径分别为、，则∶应为（　　）
A. ∶　　B. ∶　　C. ∶　　D. ∶
3.一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。一质子（）以速度自点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是（所有粒子均不考虑重力的影响）（　　）
A. 以速度射入的正电子）
B. 以速度射入的电子）
C. 以速度射入的氘核）
D. 以速度射入的粒子）
4.磁流体发电技术是目前世界上正在研究的新兴技术。如图所示是磁流体发电机示意图，相距为的平行金属板、之间的磁场可看作匀强磁场，磁感应强度大小为，等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度垂直于且平行于板面的方向进入磁场。金属板、和等离子体整体可以看作一个直流电源。将金属板、与电阻相连，当发电机稳定发电时，假设两板间磁流体的等效电阻为，则、两金属板间的电势差为（　　）
A. 　　B.
C. 　　D.
5.为监测某化工厂的污水（导电液体）排放量，某物理兴趣小组的同学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、、，左右两端开口。如图，在垂直于前、后两面方向加磁感应强度大小为的匀强磁场，在上、下两个面分别固定有金属板、作为电极，为理想电压表。当含有大量负离子的污水从左向右流经该装置时，下列说法正确的是（　　）
A.M板的电势低于N板的电势
B.若导电液体的流速为v,M、N两电极间将产生电势差 U=cvB
C.若仅增大导电液体中离子的浓度,电压表示数将增大
D.若已知M、N电极间的电势差为U,则液体流量为 Q=
6.如图所示，是一种由加速电场，静电分析器，磁分析器构成的质谱仪的原理图。静电分析器通道内有均匀的、大小方向可调节的辐向电场，通道圆弧中心线半径为，中心线处的电场强度大小都为；半圆形磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度为的匀强磁场。要让质量为、电荷量为的带正电粒子（不计重力），由静止开始从板经加速电场加速后，沿圆弧中心线通过静电分析器，再由点垂直磁场边界进入磁分析器，最终打到胶片上的点，则（　　）
A. 磁分析器中磁场方向垂直于纸面向里
B. 在静电分析器中粒子受辐向电场的静电力为零
C. 加速电场的电压
D. 点与点间距离
7.医院需要用到血液流量计检查患者身体情况。某种电磁血液流量计的原理可简化为如图所示模型。血液内含有少量正、负离子，从直径为的血管右侧流入，左侧流出，空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，、两点之间的电压稳定时测量值为，流量等于单位时间通过血管某横截面的液体的体积。下列说法正确的是（　　）
A. 离子所受洛伦兹力方向一定竖直向下
B. 点的电势一定高于点的电势
C. 血液流量
D. 电压稳定时，正、负离子不再受洛伦兹力
8.如图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电场强度大小恒定，且被限制在板间，虚线中间不需加电场，带电粒子从处以速度沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入形盒中做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是（　　）
A. 加速粒子的最大速度与形盒的尺寸无关
B. 带电粒子每运动一周被加速一次
C. 带电粒子每运动一周等于
D. 加速电场方向需要做周期性的变化
二、多项选择题
9.回旋加速器的工作原理如图所示。和是真空中两个中空的半圆形金属盒，它们之间接电压大小恒定、频率为的交流电源。处的粒子源释放初速度为零的带电粒子，在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，粒子在磁场中做匀速圆周运动。保持磁场不变，用该加速器分别加速氘核）和氦核），下列说法正确的有（　　）
A. 交流电源的频率
B. 交流电源的频率
C. 获得的最大速度
D. 获得的最大速度
10.自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示，电源输出电压为，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差（前表面的电势低于后表面的电势）。下列说法中正确的是（　　）
A. 图乙中霍尔元件的载流子带负电
B. 若电流变大，则霍尔电势差变大
C. 自行车的车速越大，则霍尔电势差越大
D. 若传感器的电源输出电压变大，则霍尔电势差变大
11.磁流体发电机的原理如图所示，和是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压。下列说法正确的是（　　）
A. 极板是发电机的正极
B. 仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小
C. 仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大
D. 仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大
12.如图磁流体发电机的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电电极，两极间距为，极板的长、宽分别为、，面积为，这两个电极与可变电阻相连。在垂直于前后侧面的方向上有一匀强磁场，磁感应强度大小为，方向由前向后。发电导管内有电阻率为的高温电离气体——等离子体，等离子体以速度向右流动，并通过专用通道导出。不计等离子体流动时的阻力，调节可变电阻的阻值，下列说法正确的是（　　）
A. 磁流体发电机的电动势为
B. 可变电阻中的电流方向是从到
C. 当可变电阻的阻值为时，流过的电流为
D. 当可变电阻的阻值为时，消耗的电功率为最大值
三、非选择题
13.如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压加速后在纸面内水平向右运动，自点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为，并在磁场边界的点射出；乙种离子在的中点射出；长为。不计重力影响和离子间的相互作用。求：
（1）磁场的磁感应强度大小；
（2）甲、乙两种离子的比荷之比。
14.1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的形金属盒半径为，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直。处粒子源产生的粒子，质量为、电荷量为，在加速器中被加速，加速电压为。不计粒子的重力，加速过程中不考虑相对论效应。
（1）求粒子第2次和第1次经过两形盒间狭缝后轨道半径之比；
（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间；
（3）实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一回旋加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为、，试讨论粒子能获得的最大动能。
15.阿斯顿（F.Aston）借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。在上方存在一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为。两个氖离子在处以相同速度垂直磁场边界入射，在磁场中发生偏转，分别落在和处。已知某次实验中，，，落在处氖离子比荷（电荷量和质量之比）为；、、、、在同一直线上；离子重力不计。
（1）求的长度；
（2）若的长度是的倍，求落在处氖离子的比荷。
16.如图，距离为的两平行金属板、之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为，一束速度大小为的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与、相连，质量为、接入电路的电阻为的金属棒垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，求：
（1）导轨处磁场的方向；
（2）等离子体的速度。
一、单项选择题
答案：D
解析：
速度选择器中粒子受力平衡：，故a、b粒子速度相同，电性必相同（否则受力方向相反，无法同时平衡），A错误。
穿过速度选择器的时间（L为速度选择器长度），因速度相同，时间相同，B错误。
进入磁场后，半径，a、b半径不同，故比荷不同，C错误。
若b粒子比荷更小，则半径更大，可能大于R，D正确。
答案：A
解析：
由动能定理：，洛伦兹力提供向心力：。
轨迹直径，故，A正确。
答案：B
解析：
质子匀速运动时：。
粒子匀速运动的条件为，与电荷量、质量无关，故只有以速度射入的电子满足条件，B正确。
答案：A
解析：
磁流体发电机电动势（平衡时）。
外电路电压，A正确。
答案：D
解析：
负离子受洛伦兹力方向由左手定则判断为向上（），故N板带负电，M板带正电，M板电势高于N板，A错误。
电势差（前后间距为b），B错误。
电压与离子浓度无关，C错误。
流量，D正确。
答案：D
解析：
磁分析器中粒子向右偏转，由左手定则，磁场方向垂直纸面向外，A错误。
静电分析器中粒子受辐向电场力提供向心力，B错误。
加速电压，静电分析器中，C错误。
磁分析器中，，D正确。
答案：C
解析：
正离子受洛伦兹力向下，负离子向上，故N点电势高于M点，A、B错误。
平衡时，流量，C正确。
电压稳定时，洛伦兹力与电场力平衡，并非不受力，D错误。
答案：B
解析：
粒子最大速度由D形盒半径决定（），A错误。
粒子每运动一周经过AC板间一次，加速一次，B正确。
轨道半径差，减小，故，C错误。
加速电场方向不变（仅AC板间有电场），D错误。
二、多项选择题
答案：BC
解析：
交流电源频率需与粒子回旋频率相同：。
氘核（）与氦核（）的频率比，A错误，B正确。
最大速度，故，C正确，D错误。
答案：AB
解析：
前表面电势低，载流子带负电（向后表面偏转），A正确。
霍尔电压（为载流子浓度，为前后间距），与电流I成正比，B正确。
车速影响脉冲频率，与无关，C错误。
变大，电流I可能变化，但由和磁场决定，并非直接相关，D错误。
答案：AC
解析：
正离子向上偏转，MN为正极，A正确。
电压，与板间距d无关，B错误，C正确。
电压与粒子数密度无关，D错误。
答案：CD
解析：
电动势（两极间距为d），A错误。
电流方向从Q到P（上板为正），B错误。
内阻，当时，电流，C正确。
最大功率，D正确。
三、非选择题
解：
（1）甲离子轨迹半径，由和，得：
（2）乙离子轨迹半径，同理，故比荷之比：
解：
（1）第1次加速后：，。
第2次加速后：，。
半径比。
（2）最大动能，加速次数。
总时间。
（3）当时，；
当时，。
解：
（1）由，
。
（2），故。
解：
（1）等离子体中正离子向下偏转，Q板为正，电流从b到a，金属棒受力平衡，安培力沿导轨向上，由左手定则，磁场方向垂直导轨平面向下。
（2）电动势，电流，安培力，
解得。