鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 洛伦兹力的应用测试题

1.3洛伦兹力的应用同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图所示，虚线MN上边区域存在磁感应强度为2B的匀强磁场，下边存在磁感应强度为B的匀强磁场，从虚线上A点发出一质量为m、电荷量为-q的带电粒子，速度为v，与虚线夹角为30°，经过两个磁场区域后再次回到虚线某位置，则该位置与A点间的位置关系是（       ）

A．还能回到A点 B．在A点左侧处

C．在A点左侧处 D．在A点右侧处

2．如图所示，在水平虚线MN上方存在垂直纸面向外的匀强磁场，两个不计重力并完全相同的带电粒子1和2，均由O点沿纸面垂直MN射入磁场后，分别从磁场边界的A、B两点射出，且。设两粒子的运动速率分别为、，在磁场中运动的时间分别为、，则（　　）

A．， B．，

C．， D．，

3．中核集团核工业西南物理研究院预计2019年建成我国新托卡马克装置——中国环流期二号M装置，托卡马克装置意在通过可控热核聚变方式，给人类带来几乎无限的清洁能源， 俗称“人造太阳”．要实现可控热核聚变，装置中必须有极高的温度，因而带电粒子将没有通常意义上的“容器”可装，而是通过磁约束，使之长时间束缚在某个有限空间内．如 图所示，环状磁场的内半径为R1，外半径为R2，磁感应强度大小为B，中空区域内带电粒 子的质量为m，电荷量为q，具有各个方向的速度．欲保证带电粒子都不会穿出磁场的外边缘而被约束在半径为R2的区域内，则带电粒子的最大速度为

A． B．

C． D．

4．如图所示，等腰直角三角形abc区域存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B。三个相同的带电粒子从b点沿bc方向分别以速度v1、v2、v3射入磁场，在磁场中运动的时间分别为t1、t2、t3，且t1∶t2∶t3＝3∶3∶1。直角边bc的长度为L，不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　）

A．三个速度的大小关系一定是v1＝v2＜v3

B．三个速度的大小关系可能是v2＜v1＜v3

C．粒子的比荷＝

D．粒子的比荷＝

5．如图所示，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形盒，两盒间构成一狭缝，两D形盒处于垂直于盒面的匀强磁场中．下列有关回旋加速器的描述正确的是（       ）

A．粒子由加速器的边缘进入加速器

B．粒子由加速器的中心附近进入加速器

C．粒子在狭缝和D形盒中运动时都能获得加速

D．交流电源的周期必须等于粒子在D形盒中运动周期的2倍

6．如图，半径为R的圆形区域内有方向垂直于纸面向里的匀强磁场，某质量为m、带电量为q的粒子从圆上P点沿半径方向以速度v0射入匀强磁场，粒子从Q点飞出，速度偏转角为60°现将该粒子从P点以另一速度沿半径方向射入匀强磁场，粒子离开磁场时，速度偏转角为120°，不计粒子重力，则（　　）

A．该粒子带正电

B．匀强磁场的磁感应强度为

C．该粒子第二次射入磁场的速度为

D．该粒子第二次在磁场中运动的时间为

7．一个质子在匀强磁场和匀强电场中运动时，动能保持不变，已知磁场方向水平向右，则质子的运动方向和电场方向可能是（质子的重力不计）（　　　）

A．质子向右运动，电场方向竖直向上

B．质子向右运动，电场方向竖直向下

C．质子向上运动，电场方向垂直纸面向里

D．质子向上运动，电场方向垂直面向外

8．如图所示，在平面直角坐标系中有一个垂直纸面向里的圆形匀强磁场，其边界过原点O和y轴上的点a(0,L)一质量为m、电荷量为e的电子从a点以初速度v0平行于x轴正方向射入磁场，并从x轴上的b点射出磁场，此时速度方向与x轴正方向的夹角为60˚下列说法中正确的是(       )

A．电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0,0)

B．电子在磁场中做圆周运动的圆心坐标为(0,-2L)

C．电子在磁场中运动的时间为

D．电子在磁场中运动的时间为

9．如图所示，两导体板水平放置，两板间电势差为U，带电粒子以某一初速度v0沿平行于两板的方向从两板正中间射入，穿过两板后又垂直于磁场方向射入边界线竖直的匀强磁场，则粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离d随着U和v0的变化情况为（　　）

A．d随v0增大而增大，d与U无关

B．d随v0增大而增大，d随U增大而增大

C．d随U增大而增大，d与v0无关

D．d随v0增大而增大，d随U增大而减小

10．如图所示，在空间中存在着方向为水平方向的匀强磁场，磁感强度为．一个带电电荷量为、质量为的微粒从图中的处由静止释放，它运动的轨迹如图中的曲线表示，其中点为轨迹的最低点，与点在同一水平面内，此后将重复这一阶段的运动．下面关于最低点的说法中不正确的是（       ）

A．微粒经过点时的速度方向为水平方向

B．微粒经过点时受到的磁场力与重力大小相等而方向相反

C．微粒经过点时的速度大于

D．微粒经过点时的重力势能与动能之和等于在点时的重力势能

11．在一个圆心为O的圆形区域里有垂直于纸面的匀强磁场B，一束α粒子流中有速度大小不同的α粒子，从圆形边缘上的a点正对圆心O射入磁场，并从磁场中射出，关于α粒子射入磁场时的速度，在磁场中运动时间，在磁场中速度偏转的角度、及在磁场中运动的路程，下列说法中正确的是：

A．所有质子在磁场里运动时间均相等

B．在磁场中运动时间较长的，在磁场中的路程也较长

C．在磁场中运动时间较长的，在磁场中速度偏转角度较小

D．射入时速度小的在磁场中运动时间较长

12．如图为质谱仪的结构原理图，磁场方向如图，某带电粒子穿过S′孔打在MN板上的P点．则（　　）

A．该粒子一定带负电

B．a极板电势一定比b极板高

C．到达P点粒子的速度大小与ab间电磁场强弱无关

D．带电粒子的比值越大，P S′间距离越大

13．如图所示，正方形区域ABCD中有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个α粒子(不计重力)以一定速度v从AB边的中点M沿既垂直于AB边又垂直于磁场的方向射入磁场，正好从AD边的中点N射出．若将磁感应强度B变为原来的2 倍，其他条件不变，则这个a粒子射出磁场的位置是

A．ND之间的某一点

B．AN之间 的某一点

C．A点

D．AM之间的某一点

14．下列说法正确的是（　　）

A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要粒子获得的最大动能增大，可增加电压

B．图乙磁流体发电机的结构示意图，可以判断出极板是发电机的正极，极板是发电机的负极

C．图丙是速度选择器，带电粒子（不计重力）能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是

D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子的比荷越小

15．有关磁场的下列叙述，正确的是（ ）

A．磁感线越密的地方磁感应强度越大，磁通量也越大

B．顺着磁感线的方向，磁感应强度越来越小

C．安培力的方向一定与磁场方向垂直

D．在回旋加速器中，磁场力使带电粒子的速度增大

二、填空题（共4题）

16．如图是磁流体发电机的示意图，它的发电原理是：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，而从整体上来说呈电中性）喷入磁场，于是在金属板A、B上就会聚集电荷，两板间产生电压。则A板的电势比B板的电势_______（填“高”或“低”）。

17．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、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口地从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压为U。则M板和N板的电势_____（选填“>”、“=”、“<”）。若用Q表示污水流量（单位时间内流出的污水体积），则Q与U的关系式为______。

18．对回旋加速器的工作原理的理解。

(1)带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期公式___________，粒子运动速率增大，其运动半径将___________（填“增大”“减小”或“不变”，下同），周期___________。

(2)如图所示，要确保粒子每次经过D形盒的间隙时，都受到合适的电场力而被加速，则产生交变电场的频率应___________（填“大于”“小于”或“等于”）粒子运动的频率。

(3)带电粒子获得的最大能量与D形盒的___________（填“半径”或“周期”）有关。

19．电磁流量计是一根管道，内部没有任何阻碍流体流动的结构．现给你一个非磁性材料做成的圆形管道和一个已知磁感应强度为B的匀强磁场，并让此圆形管道垂直磁场放置．回答下列问题：

（1）还需选用哪些器材方可测出管中液体的流量：_________．

（2）要测出流量，还需测量的物理量有：____________．

（3）用所给的和测得的物理量写出流量的表达式：_______．

（4）用此装置有哪些优点：_____________、_____________（至少说出两点）

三、综合题（共4题）

20．如图所示，在虚线MN的上方存在磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向内，质子和粒子以相同的速度v0由MN上的O点以垂直MN且垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，再分别从MN上A、B两点离开磁场．已知质子的质量为m，电荷为e，粒子的质量为4m，电荷为2e．忽略带电粒子的重力及质子和粒子间的相互作用．求：

（1）A、B两点间的距离；

（2）粒子在磁场中运动的时间．

21．如图所示，在xOy坐标系中，在y<d的区域内分布有指向y轴正方向的匀强电场，在d<y<2d的区域内分布有垂直于xOy平面向里的匀强磁场，MN为电场和磁场的边界，在y=2d处放置一垂直于轴的足够大金属挡板ab，带电粒子打到板上即被吸收，一质量为m、电量为+q的粒子以初速度v0由坐标原点O处沿x轴正方向射入电场，已知电场强度大小为，粒子的重力不计．要使粒子不打到挡板上，磁感应强度应满足什么条件?

22．如图所示，在无限长的竖直边界和间充满匀强电场，同时该区域上、下部分分别充满方向垂直于平面向外和向内的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和，为上下磁场的水平分界线，在和边界上，距高h处分别有P、Q两点，和间距为，质量为m、带电量为的粒子从P点垂直于边界射入该区域，在两边界之间做圆周运动，重力加速度为g，不考虑粒子之间的相互作用。

（1）求该电场强度的大小和方向；

（2）要使粒子不从边界飞出，求粒子入射速度的最小值；

（3）将向右延长（图中未画出），调整粒子从P点的入射速度，使粒子能经过Q点从边界飞出，最后落至延长线上，求落点最远和最近粒子之间的距离。

23．如图所示，水平虚线与竖直虚线交于O点，将空间分成四个区域，区域I中存在垂直纸面向外的匀强磁场B1，区域II中存在水平向左的匀强电场E，区域III中有一垂直纸面向外、边界为圆形的匀强磁场B2，B1：B2=1：4。比荷为k的带负电粒子从O点正上方的P点处，以方向与竖直虚线夹角为的速度v0射入区域I，经过一段时间粒子垂直水平虚线由Q点射入区域II；粒子经O点正下方的M点后，最终经水平虚线上的N点沿竖直向上的方向离开区域III，忽略粒子的重力。点Q、M、N均未画出，已知、、、，上述v0、k、L为已知量。求：

（1）角度及电场强度E、磁感应强度B1的大小；

（2）粒子在区域I、II中的运动的总时间；

（3）区域III中圆形磁场面积的最小值。

参考答案：

1．C

2．C

3．B

4．B

5．B

6．D

7．D

8．D

9．A

10．B

11．D

12．B

13．C

14．C

15．C

16．低

17．     >    

18．          增大     不变     等于     半径

19．     电压表、刻度尺     电压、管的直径          具有测量范围宽     易与其他自动控制装置配套

20．（1）（2）

21．

22．（1），方向竖直向上；（2）；（3）

23．（1），，；（2）；（3）