2020-2021学年高二物理寒假自主复习作业：沪科版（2019）选择性必修第二册1.3 洛伦兹力与现代科技

2020-2021学年高二寒假自主复习作业：物理沪科版（2019）选择性必修第二册1.3
洛伦兹力与现代科技
一、单选题
1．如图所示为磁流体发电机的原理图。平行金属板M、N之间的距离为，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，右端接有一负载。现将大量等离子体从左侧以水平初速度喷射入磁场区域，已知发电机的内阻与板间磁场和粒子喷射速度无关，则下列说法中正确的是（　　）
A．发电机稳定工作时的电动势为
B．发电机稳定工作时负载两端的电压为
C．仅减小磁流体的喷射速度，发电机的输出功率将增大
D．仅减小负载的阻值，发电机的总功率将减小
2．如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P为磁场边界上的一点。大量相同的带电粒子以相同的速率经过P点，在纸面内沿不同方向射入磁场。若粒子射入速率为v1，这些粒子在磁场边界的出射点分布在四分之一圆周上；若粒子射入速率为v2相应的出射点分布在三分之一圆周上不计重力及带电粒子之间的相互作用，则v1：v2为（　　）
A．：1
B．：
C．1：
D．：
3．如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图。速度选择器中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1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m甲=m乙＜m丙=m丁，v甲＜v乙=v丙＜v丁，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．甲丁乙丙
B．甲乙丙丁
C．丙丁乙甲
D．丁甲乙丙
4．CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于多种病情的探测。图（a）是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图（b）所示。图（b）中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线（如图中带箭头的虚线所示）；将电子束打到靶上的点记为P点则（　　）
A．M处的电势高于N处的电势
B．增大M、N之间的加速电压可使P点右移
C．偏转磁场的方向垂直于纸面向外
D．减小偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移
5．2020年爆发了新冠肺炎，该病毒传播能力非常强，因此研究新冠肺炎病毒珠的实验室必须是全程都在高度无接触物理防护性条件下操作。武汉病毒研究所是我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示模型。污水内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，并测出M、N间的电压U，则下列判断正确的是（　　）
A．正、负离子所受洛伦兹力方向是相同的
B．容器内液体的流速为
C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速
D．污水流量为
6．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，速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的加速电场强度分别为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。平板S下方有磁感应强度为的匀强磁场。现有大量的质子（）、氘核（）和α粒子（）以不同的初速度进入加速电场上端，经狭缝P沿如图轨迹打在胶片上的M点和N点，最后在胶片上出现了两个亮条纹。忽略粒子重力和粒子间相互作用。关于该过程，下列表述正确的是（　　）
A．一定只有两种粒子经过速度选择器后进入到了下方磁场
B．三种粒子通过加速电场的过程中电场力做功相等
C．N处条纹是质子打到胶片上形成的
D．间的距离是间的距离的两倍
7．在方向如图所示的匀强电场（场强为）和匀强磁场（磁感应强度为）共存的场区，一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度射入场区，则（　　）
A．若v0<，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度
B．若v0<，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度
C．若v0>，电子沿轨迹I运动，射出场区时，速度
D．若v0>，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度
8．如图，直线上方有平行于纸面且与成的有界匀强电场。下方为方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场，磁感应强度为。今从上的O点向磁场中射入一个速度大小为、方向与成角的带正电粒子，该粒子在磁场中运动时的轨道半径为。若该粒子从O点出发记为第一次经过直线，而第五次经过直线时恰好又通过O点。不计粒子的重力。对于上述运动过程，下列说法正确的是（　　）
A．电场强度大小为
B．根据能量守恒，该粒子再次回到O点时的速度仍为
C．上述运动过程在磁场区域内运动的时间为
D．该粒子从O点出发至再回到O点全程用时为
9．2020年12月2号22时，经过约19小时月面工作，嫦娥5号完成了月面自动采样封装，这其中要用到许多的压力传感器有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图，一块宽为a、长为c、厚为h的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，在元件的前、后表面间出现电压U，以此感知压力的变化。则元件的（　　）
A．前表面的电势比后表面的高
B．前、后表面间的电压U与v无关
C．前、后表面间的电压U与c成正比
D．自由电子受到的洛伦兹力大小为
10．如图是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子、经电压加速（在点初速度为零）后，进入磁感应强度为的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板上的、处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子、所通过的路径，则（　　）
A．若与有相同的质量，打在感光板上时的速度比大
B．若与有相同的质量，则的电量比的电量小
C．若与有相同的电量，则的质量比的质量大
D．若与有相同的电量，则的质量比的质量小
11．如图所示，质量为m，带电荷量为?q的微粒以速度v与水平方向成45°角进入正交的匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，电场方向水平向左，重力加速度为g，如果微粒做直线运动，则下列说法正确的是（　　）
A．微粒一定做匀速直线运动
B．微粒受电场力、洛伦兹力两个力作用
C．电场强度为
D．匀强磁场的磁感应强度B=
12．如图所示，空间中存在匀强电场和匀强磁场，电场和磁场的方向水平且互相垂直。一带电小球沿直线由a向b运动，在此过程中（　　）
A．小球可能做匀加速直线运动
B．小球可能做匀减速直线运动
C．小球带一定带负电荷
D．小球的电势能增加
13．如图所示，在实验室做探究实验的小明，将厚度为d，上表面为边长为a的正方形导体置于磁感应强度为B的匀强磁场中，用导线与内阻不可忽略的干电池相连组成闭合电路（如甲图）；小明将该导体做了简单加工，保持该导体的厚度d不变，上表面缩减为边长为b的正方形，再将其接入原来的电路（如图乙），不考虑电阻率随温度的变化，则下列说法正确的是（　　）
A．甲图中的导体下上两个表面的电势差小于乙图中导体下上两个表面的电势差
B．甲图中的电流表示数小于乙图中的电流表示数
C．甲图中的电压表示数大于乙图中的电压表示数
D．甲图中导体内自由电荷定向移动的速率大于乙图中自由电荷定向移动的速率
14．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
二、解答题
15．如图所示，一束电子的电荷量为e，以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的有界匀强磁场中，穿出磁场时的速度方向与原来电子入射方向的夹角是，求：
(1)电子运动的轨迹半径；
(2)电子的质量；
(3)电子穿过磁场的时间。
16．如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。已知静电分析器通道的半径为R，均匀辐射电场的场强为E。磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。忽略重力的影响。问：
(1)为了使位于A处电荷量为q、质量为m的离子，从静止开始经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，加速电场的电压U应为多大？
(2)离子由P点进入磁分析器后，最终打在感光胶片上的Q点，该点距入射点P多远？
17．如图所示，M、N两金属圆筒是直线加速器的一部分，M与N的电势差为U；边长为2L的立方体区域内有竖直向上的匀强磁场。一质量为m，电量为+q的粒子，以初速度v0水平进入圆筒M左侧的小孔。粒子在每个筒内均做匀速直线运动，在两筒间做匀加速直线运动。粒子自圆筒N出来后，从正方形的中心垂直进入磁场区域，最后由正方形中心垂直飞出磁场区域，忽略粒子受到的重力。求：
(1)粒子进入磁场区域时的速率；
(2)磁感应强度的大小。
18．如图所示，在平行板电容器中存在匀强电场E和匀强磁场B，它们的方向相互垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同，不考虑带电粒子所受的重力作用，某带粒子沿极板中心轴线射入，恰好做匀速直线运动，已知极板的长度为L，极板间距为d。
(1)求带电粒子的速率多大?
(2)若撤去匀强电场，带电粒子恰好从极板边缘飞出，则带电粒子的比荷多大?
参考答案
1．A
2．B
3．A
4．B
5．B
6．C
7．D
8．D
9．A
10．D
11．A
12．C
13．A
14．C
15．(1)；(2)；(3)
16．(1)；(2)
17．（1）
（2）
18．(1)；(2)