物理选择性必修 第二册1.3 洛伦兹力与现代科技当堂达标检测题

1.3洛伦兹力与现代科技基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图所示为一速度选择器，两极板P、Q之间存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B的匀强磁场．一束粒子流（重力不计）以速度v从a沿直线运动到b，则下列说法中正确的是（       ）     

A．粒子一定带正电

B．粒子一定带负电

C．粒子的速度一定等于

D．粒子的速度一定等于

2．图示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场，一束等离子体（含有大量正、负带电粒子）沿垂直于磁场的方向喷入磁场，金属板P、Q通过导线与电阻R相连接，不计粒子重力，则电路稳定后（　　）

A．R中有由a→b方向的电流

B．若只增大粒子入射速度，则P、Q两板间的电压减小

C．若只减小两金属板的间距则通过R的电流增大

D．若只改变磁场的磁感应强度大小，则通过R的电流保持不变

3．平板电脑配置的皮套在合上时能够使平板自动息屏，其实是“霍尔传感器”在发挥作用。如图所示，某霍尔元件是用带正电的空穴为载流子导电的半导体材料制作而成，霍尔元件的上下两个表面均垂直于磁场方向放置其中的1、2、3、4为霍尔元件的四个接线端。当开关S1和S2都闭合后，以下判断中正确的是（　　）

A．P点的电势高于Q点的电势

B．仅将电源E1、E2反向接入电路，P、Q电势差不变

C．当将R2变大并稳定后，PQ两点之间电势差的绝对值变大了

D．当将R1变大并稳定后，PQ两点之间电势差的绝对值变大了

4．在一绝缘、粗糙且足够长的水平管道中有一带电量为、质量为的带电球体，管道半径略大于球体半径。整个管道处于磁感应强度为的水平匀强磁场中，磁感应强度方向与管道垂直。现给带电球体一个水平速度，则在整个运动过程中，带电球体克服摩擦力所做的功不可能为

A． B．

C．[] D．[]

5．1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是

A．该束带电粒子带负电

B．速度选择器的P1极板带正电

C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，荷质比越大

6．两个粒子和可以经同一个回旋加速器加速，不计粒子在电场中加速的时间及由相对论效应带来的影响，则下列判断正确的是（　　）

A．两粒子的质量一定相同 B．两粒子的电荷量一定相同

C．两粒子在回旋加速器中运动的时间一定相同 D．两粒子经回旋加速器获得的最大动能一定相同

7．图甲所示为用来加速带电粒子的直线加速器，假定加速器的漂移管由N个长度逐个增长金属圆筒组成（整个装置处于真空中），如图所示，它们沿轴线排列成一串，各个圆筒相间地连接到频率为f的正弦交流电源的两端。圆筒的两底面中心开有小孔，电子沿轴线射入圆筒。设金属圆筒内部没有电场，且每个圆筒间的缝隙宽度很小，电子穿过缝隙的时间可忽略不计。图乙是所用交变电压的图像，对它的下列说法中，正确的是（　　）

A．带电粒子是在金属筒内被加速的

B．如果仅增大带电粒子的质量，不改变交流电的周期，直线加速器也能正常工作

C．粒子每通过一次缝隙都会增加相同的动能

D．粒子速度越来越快，为使得它每次都能被加速电压加速，筒间的缝隙应设计成越来越大的，所以直线加速器也会做的很长

8．质量为m的带电小球在正交的匀强电场、匀强磁场中做匀速圆周运动，轨道平面在竖直平面内，电场方向竖直向下，磁场方向垂直圆周所在平面向里，如图所示，由此可知（       ）

A．小球带正电，沿顺时针方向运动

B．小球带负电，沿逆时针方向运动

C．小球带正电，沿逆时针方向运动

D．小球带负电，沿顺时针方向运动

9．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：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，空间有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场。已知流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。下列说法正确的是（　　）

A．负离子所受洛伦兹力方向由M指向N

B．M点的电势高于N点的电势

C．污水流量计也可以用于测量不带电液体的流速

D．只需要测量M、N两点间电压就能够推算废液的流量

10．如图所示，在两块平行金属板间存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场。现有两种带电粒子M、N分别以同样的速度v从左端沿两板间的中线射入，都能沿直线从右端射出，不计粒子重力。以下说法正确的是（　　）

A．带电粒子M、N的电性一定相同

B．带电粒子M、N的电量一定相同

C．撤去电场仅保留磁场，M、N做圆周运动的半径一定相等

D．撤去磁场仅保留电场，M、N若能通过场区，则通过场区的时间相等

11．用如图所示的回旋加速器分别加速氘核和氦核．下列说法中正确的是（       ）

A．它们的最大速度相同

B．它们的最大动能相同

C．加速氘核时高频电源的频率大于加速氦核的频率

D．加速氘核时高频电源的频率小于加速氦核的频率

12．如图所示，一束正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转，如果让这些不偏转离子进入另一个匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入后一磁场的离子，可得出结论（       ）

A．它们的动能一定不相同

B．它们的电量一定不相同

C．它们的质量一定不相同

D．它们的电量与质量之比一定不相同

13．平板电脑配置的皮套在合上时能够使平板自动息屏，其实是“霍尔传感器”在发挥作用。如图所示，一块半导体样品放在垂直于纸面的匀强磁场中，当有恒定电流沿垂直于磁场方向通过样品板时，在板的上下两个面1，2之间会产生一个恒定的电势差，这就是“霍尔效应”现象。设磁感应强度为B，样品板的厚度为d，每个载流子所带电量的绝对值为e，已知P型半导体形成电流的载流子为带正电的空穴，N型半导体的载流子为带负电的自由电子，则（　　）

A．若，该半导体为N型半导体

B．若，该半导体为P型半导体

C．样品板的单位体积内参加导电的载流子数为

D．样品板的单位体积内参加导电的载流子数为

14．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度．电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的．使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如上图所示．由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差．在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零．在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040 T．则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)

A．1.3 m/s，a正、b负 B．2.7 m/s，a正、b负

C．1.3 m/s，a负、b正 D．2.7 m/s，a负、b正

15．回旋加速器的核心部分是两个相距很近的D形盒，分别和频率固定的高频交流电源相连接，在两个D形盒的窄缝中产生方向周期性变化的匀强电场使带电粒子加速，窄缝中心处粒子源可以产生初速度为零的带电粒子，D形盒区域有垂直D形盒方向的匀强磁场。则下列说法正确的是（　　）

A．所加磁场的方向也应周期性变化，且变化周期与电场变化周期相同

B．对于题中给定的回旋加速器可以对放入其中的任何带电粒子进行加速

C．粒子第次加速后的速度大小与第次加速后的速度大小的比值为

D．若仅将D形盒中磁场加倍，则粒子经加速器获得的最大速度也将加倍

二、填空题（共4题）

16．质谱仪

（1）质谱仪构造：主要构件有加速______、偏转______和照相底片

（2）运动过程（如图）

（3）带电粒子经过电压为U的加速电场加速，______＝mv2

（4）垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝，可得r＝______

（5）分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的______

17．如图，质量为m、带电量为+q的液滴，处在水平方向的匀强磁场中，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，液滴运动的速度为v，如要液滴在竖直平面内做匀速圆周运动，则施加一电场，电场强度大小为____，液滴绕行方向为_____．（从纸外往纸内看）

18．如图所示为一个电磁流量计的示意图，截面为正方形的磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感强度为B．现测得液体a、b两点间的电势差为U，则管内导电液体单位时间的流量Q=______．

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，图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图，由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场，测量原理如乙图所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出并已经连接好电路。

（1）制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件右侧流入，左侧流出，霍尔元件______（填“前表面”或“后表面”）电势高；

（2）已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h。为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，根据乙图中所给的器材和电路，还必须测量的物理量有______（写出具体的物理量名称及其符号），计算式B=______。

三、综合题（共4题）

20．如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出，求：

(1)加速器中匀强磁场B的方向和大小；

(2)设两D形盒间距为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经电

场加速后能量增加，加速到上述能量所需回旋周数；

(3)加速到上述能量所需时间。

21．如图所示，在平面直角坐标系的第一象限内，y轴与x=d之间，有沿x轴正向的匀强电场，在第二象限内有垂直于坐标平面向里的匀强磁场，在x轴上P（-d，0）点，沿y轴正向发射一个质量为m、电荷量大小为q的带负电粒子，粒子的速度大小为vo，粒子刚好从坐标原点O射出磁场；若只增大粒子的发射速度大小，使粒子垂直y轴射出磁场，结果粒子在电场中运动d的距离，速度为零，不计粒子的重力，求：

(1)匀强磁场的磁感应强度大小；

(2)匀强电场的电场强度大小；

(3)继续增大粒子的发射速度大小，要使粒子不能从x=d射出电场，粒子的发射速度最大为多少。

22．如图所示，A、B两板间电势差为U1＝400V，C、D两板长为L＝1m，两板间电势差为U2＝200V，OO＇为C、D两板间的中间线．在O处有－电荷量为q＝1×10－6C、质量为m＝2×10－8kg的带电粒子，从静止开始经A、B间电场加速又经C、D间电场偏转后，恰好能从极板右边缘射出，同时进入一个垂直纸面向里的匀强磁场区域，磁感应强度为B＝1T．带电粒子能够垂直打到磁场的右边界处的光屏PQ（PQ足够长）上．若不考虑空气阻力和粒子重力的影响，求：

（1）C、D两板间的距离d是多少？

（2）匀强磁场的宽度s是多少？

（3）若改变磁感应强度B的大小，欲使该带电粒子打不到光屏PQ上，则B的大小满足什么条件？

23．如图所示，在xoy平面内，第一象限中有匀强电场，场强大小为E，方向沿y轴正方向，在x轴的下方有匀强磁场，方向垂直于纸面向里，有一个质量为m，电荷量为q的带负电的粒子（不计重力），从y轴上的P点以初速度垂直于电场方向进入电场。经电场偏转后，沿着与x轴正方向成进入磁场，并能垂直于y轴进入第三象限。求：

(1) p点离坐标原点的距离y；

(2)匀强磁场的磁感应强度；

(3)粒子从P点开始到离开磁场所用的时间t。

参考答案：

1．C

2．A

3．B

4．D

5．B

6．C

7．C

8．D

9．D

10．D

11．A

12．D

13．C

14．A

15．D

16．     磁场     电场     qU          比荷

17．          逆时针

18．

19．     后表面     电压表示数U，电流表示数I    

20．(1)，方向垂直于纸面向里；(2)；(3)

21．(1)；(2)；(3)3v0

22．（1）（2）2m（3）B≥（1＋）T

23．（1）；（2）；（3）