物理选择性必修 第二册第1章 磁场力与现代科技1.3 洛伦兹力与现代科技习题

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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14题）1．如图所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时板中电流方向向下，由于磁场的作用，则（    ）A．板左侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势B．板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势C．板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势D．板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势2．如图所示，一个静止的质量为m、电荷量为q的粒子（重力忽略不计），经加速电压U加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子打到P点，OP=x，能正确反映x与U之间关系的是（ ）A．x与U成正比 B．x与U成反比C．x与成正比 D．x与成反比3．如图所示的金属导体，长1、宽d、高h，导体中通有沿x 正方向的恒定电流I，空间存在沿z轴负方向的匀强磁场，磁感应强度为B，已知金属导体中单位体积内自由电子个数为n，电子电荷量为e，则下列说法正确的是A．金属导体的M面带正电B．金属导体中电荷定向移动速率为C．增加导体高度h，M、M′两面间的电压将增大D．M、M′两面间的电势差为4．如图所示，一电子束沿垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向A极板，为了使电子束沿射入方向做直线运动，可采用的方法是（　　）A．将变阻器滑动头P向右滑动B．将电子的入射速度适当增大C．将磁场的磁感应强度适当减小D．将极板间距离适当减小5．某速度选择器示意图如图所示，水平放置的两块平行金属板，板间存在着竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B。一质量为m、电荷量为q的带电粒子（不计重力及空气阻力）从b点以初速度v0沿虚线射入场区，恰好做匀速直线运动，则（　　）A．粒子一定带正电B．若将粒子从右向左沿虚线以v0射入，粒子仍做匀速直线运动C．带电粒子初速度D．其他条件不变，仅让电场方向反向，带电粒子仍能从b点沿虚线向右运动6．如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，所加磁场的磁感应强度为B，用来加速质量为m、电荷量为q的质子（），质子从下半盒的质子源由静止出发，加速到最大能量E后，由A孔射出．则下列说法正确的是(　     ) A．回旋加速器加速完质子在不改变所加交变电压和磁场情况下，可以直接对（）粒子进行加速B．只增大交变电压U，则质子在加速器中获得的最大能量将变大C．回旋加速器所加交变电压的频率为D．加速器可以对质子进行无限加速7．如图所示，在竖直平面内有水平向右的匀强电场，同一竖直平面内水平拉直的绝缘细线一端系一带正电的小球，另一端固定于O点，已知带电小球受到的电场力大于重力，小球由静止释放，到达图中竖直虚线前小球做（                  ）A．平抛运动 B．圆周运动C．匀加速直线运动 D．匀变速曲线运动8．速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中，则下列说法正确的是（　）A．甲束粒子带正电，乙束粒子带负电B．甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于D．若甲、乙两束粒子的电荷量相等，则甲、乙两束粒子的质量比为3：29．如图，带电平行金属板中匀强电场方向竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向里，带电小球从光滑绝缘轨道上的a点由静止滑下，经过1/4圆弧轨道从端点P（切线水平）进入板间后恰好沿水平方向做直线运动，现使带电小球从比a点稍低的b点由静止滑下，在经过P点进入板间的运动过程中A．带电小球的动能将会减小B．带电小球的电势能将会增大C．带电小球所受洛伦兹力将会减小D．带电小球所受电场力将会增大10．现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的6倍．此离子和质子的质量比约为 　 A．3 B．9 C．18 D．3611．如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置，其核心部分是两个D型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．下列说法正确的有（        ）   A．高频电源频率随粒子速度的增大而增大B．粒子被加速后的最大速度随磁感应强度和D型盒的半径的增大而增大C．粒子被加速后的最大动能随高频电源的加速电压的增大而增大D．粒子从磁场中获得能量12．如图所示，截面为矩形的金属导体放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势、的关系为（）A．B．C．D．无法判断13．一带电粒子在电场和磁场同时存在的空间中（不计重力），不可能出现的运动状态是（　　）A．静止 B．匀速直线运动C．匀加速直线运动 D．匀速圆周运动14．为对环境污染进行监控，技术人员在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，在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满排污管从左向右流经该装置时，电流表将显示两个电极间的电压U．若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（        ）A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D．所测的污水流量Q与U成正比二、填空题（共4题）15．质谱仪是分离同位素的重要仪器，其原理如图所示，带等量异种电荷的两平行金属板P1，P2之间的电压为U，一个带负电的粒子（不计重力）从P1板中由静止释放，之后从O点进入另一磁感应强度为B的匀强磁场中，在洛仑磁力的作用下，粒子做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在挡板MN上的A点．已知粒子的质量为m，电荷量为q，可以判断粒子带________电，OA两点间的距离为________16．在两平行金属板间，有如图所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场。α粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过。供下列各小题选择的答案有：A．不偏转B．向上偏转C．向下偏转D．向纸内或纸外偏转（1）若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将______；（2）若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将______；（3）若质子以大于v0的速度，沿垂直于电场方向和磁场方向从两板正中央射入时，质子将______；（4）若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板正中央射入时，电子将______。17．如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=k.式中的比例系数k称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e,回答下列问题:（1）达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势________下侧面A′的电势（填“高于”“低于”或“等于”）;（2）n代表导体板单位体积中电子的个数.由静电力和洛伦兹力平衡的条件,求证霍尔系数为k=_____.18．如图所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．①若该半导体材料是空穴（可视为带正电粒子）导电，电流与磁场方向如图丙所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与_________(填“M”或“N”)端通过导线相连．②已知薄片厚度d=0.40mm，该同学保持磁感应强度B=0.10T   不 变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示．根据表中数据在给定区域内补漏的点并画出UH—I图线_________，利用图线求出该材料的霍尔系数为:_______________×10-3V•m•A-1•T-1（保留2位有效数字）．I(×10－3A)3.06.09.012.015.018.0UH(×10－3V)1.11.93.44.56.26.8三、综合题（共4题）19．如图所示，在半径为a（大小未知）的圆柱空间中（图中圆为其横截面），固定放置一绝缘材料制成的边长为L的弹性等边三角形框架DEF，其中心O位于圆柱的轴线上。在三角形框架DEF与圆柱之间的空间中，充满磁感应强度大小为B的匀强磁场，其方向垂直于纸面向里。在EF边上的中点S处有一发射带电粒子的粒子加速器，粒子发射的方向均在纸面内且垂直于EF边并指向磁场区域。发射出的粒子的电荷量均为q（），质量均为m，速度大小均为，若粒子与三角形框架的碰撞过程均没有动能损失，且粒子在碰撞过程中所带的电荷量不变（不计带电粒子的重力及粒子之间的相互作用）。（1）为使初速度为零的粒子速度增加到，在粒子加速器中，需要的加速电压为多大?（2）求带电粒子在匀强磁场区域做匀速圆周运动的半径。（3）若满足:从S点发射出的粒子都能再次返回S点，则匀强磁场区域的边界圆的半径a至少为多大?20．如图所示，在平面直角坐标系xOy的第二象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴负方向．在第一、四象限内有一个圆，圆心O′坐标为(r，0)，OQ为直径，圆内有方向垂直于xOy平面向里的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子(不计粒子所受的重力)，从P(－2h，h)点，以大小为v0的速度沿平行于x轴正方向射入电场，通过坐标原点O进入第四象限，又经过磁场从x轴上的Q点离开磁场．求：（1）电场强度E的大小；（2）圆内磁场的磁感应强度B的大小；（3）带电粒子从P点进入电场到从Q点射出磁场的总时间t．21．回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的两个D形金属盒半径为R，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B的匀强磁场与盒面垂直. 设两D形盒之间所加的交流电压为U，被加速的粒子质量为m、电荷量为q，粒子从D形盒一侧开始被加速(初动能可以忽略)，经若干次加速后粒子从D形盒边缘射出．求：(1)粒子从静止开始第1次经过两D形盒间狭缝加速后的速度大小；(2)粒子第一次进入D形盒磁场中做圆周运动的轨道半径；(3)粒子至少经过多少次加速才能从回旋加速器D形盒射出．22．如图所示，一边长为d=3.6m的正方形区域ABCD内，有一垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B=1.0×10-3T。在AB的上方有一竖直向下的匀强电场，场强E=5.0×102N/C, AB为电场、磁场的分界线。在DA的延长线上距离A点间距为x的O点有一比荷为1.0×109C/kg的带正电的粒子由静止开始运动，不考虑粒子的重力，则: （1）要使粒子从C点射出，求粒子源距A点的距离x;（2）要使粒子从距离B点的P点位置射出，求x的可能值。
参考答案：1．C2．C3．B4．B5．C6．C7．C8．B9．B10．D11．B12．A13．A14．D15．     负     16．     A     A     B     C17．     低于      k=18．     M          1.519．（1）；（2）；（3）20．（1）;（2）;（3）21．（1）（2）（3）22．（1）；（2）4.0m或1.44m或2.25mm