物理选择性必修 第二册1.3 洛伦兹力与现代科技课后练习题

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．关于如图所示的回旋加速器，下列说法正确的是（　　）

A．带电粒子在D型盒磁场中加速

B．可以加速中子（不带电）

C．带电粒子的出射最大动能与D型盒半径无关

D．两D型盒间交变电压的周期等于粒子转动的周期

2．如图所示为质谱仪的工作原理图，在容器A中存在若干种电荷量q相同而质量m不同的带电粒子，它们可从容器A下方经过窄缝S1和S2之间的电场加速后射入速度选择器，速度选择器中的电场E和磁场B都垂直于离子速度，且E也垂直于B。通过速度选择器的粒子接着进入均匀磁场B0中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线A到入口S0的距离为x，则下列能正确反映x与m之间函数关系的是（　　）

A． B． C． D．

3．李辉在探究磁场对电流作用的实验中，将直导线换作导体板，如图所示，发现在、两点之间存在电压。进一步实验结果如表：由表中结果可知电压的表达式可能是（选项中的字母为比例系数）（　　）

A． B． C． D．

4．利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域．如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD下列说法中正确的是（ ）

A．电势差UCD仅与材料有关

B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD＜0

C．仅增大磁感应强度时，电势差UCD可能不变

D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平

5．场强为E的匀强电场和磁感强度为B的匀强磁场正交．如图质量为m的带电粒子在垂直于磁场方向的竖直平面内，做半径为R的匀速圆周运动，设重力加速度为g，则下列结论不正确的是（　　）

A．粒子带负电，且 B．粒子顺时针方向转动

C．粒子速度大小 D．粒子的机械能守恒

6．如图所示为某污水流量计的原理简化模型。圆柱形管道置于水平桌面上，含有大量正、负离子的废液从管道左侧流入，从右侧流出。空间有平行于桌面且垂直于纸面向外的匀强磁场。若磁感应强度B及管道直径d均为已知，M、N为管道竖直截面的最高点和最低点，则（液体流量Q等于单位时间通过横截面的液体体积）（　　）

A．管道上部电势高于下部电势

B．带电离子所受洛伦兹力方向是水平方向

C．正、负离子所受洛伦兹力方向是相同的

D．只需测量M、N间的电压就能推算废液的流量

7．如图所示，带电小球以一定的初速度v0竖直向上抛出，未加磁场时上升最大高度为H1，若加上水平方向的匀强磁场，且保持初速度仍为v0，最大高度为H2，不计空气阻力，则（             ）

A． B．

C． D．无法比较

8．回旋加速器如图所示：真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中。两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处（D形盒圆心）进入加速电场（初速度近似为零）D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为，加速器接电压为U的高频交流电源。若相对论效应、粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间均不考虑。下列正确的是（　　）

A．增大电压U，粒子在D形盒中的运动时间不变

B．增大电压U，粒子被加速后获得的最大动能增大

C．增大磁感应强度B，粒子被加速后获得的最大动能增大

D．粒子速度越来越大，交流电源的频率也越来越大

9．如图所示为回旋加速器的示意图，两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m、电荷量为q，下列说法正确的是（　　）

A．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比

B．质子在D1盒中做匀速圆周运动的最小3个半圆的半径之比为

C．若忽略在电场中的运动时间，质子在回旋加速器中的运动时间为

D．若不改变磁感应强度B和交变电源频率f，该回旋加速器也能加速质量为3m，电荷量为q的氚核

10．某电气设备和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电气设备正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电气设备进入休眠状态。如图所示，一块宽为、厚为、长为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电荷，单位体积内自由电荷的个数为，通入方向向右的电流。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，磁感应强度为。于是元件的前、后表面间出现电压，以此控制屏幕的熄灭。则元件的（　　）

A．前、后表面的电势的高、低与的正负无关

B．前、后表面间的电压与有关

C．前、后表面间的电压

D．前、后表面间的电压

11．如图所示，空间有一垂直纸面的磁感应强度为0.5T的匀强磁场，一质量为0.2kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速放置一质量为0.1kg、电荷量q=+0.2C的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左，大小为0.6N恒力，g取10m/s2。则（  ）

A．木板和滑块一直做加速度为2m/s2的匀加速运动

B．最终木板做加速度为2 m/s2的匀加速运动，滑块做速度为10m/s的匀速运动

C．最终木板做加速度为3 m/s2的匀加速运动，滑块做速度为10m/s的匀速运动

D．如只将电荷改为负电荷其它条件不变，木板和滑块一直做加速度为3m/s2的匀加速运动

12．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，可用来加速带电粒子，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是（        ）

A．粒子从磁场中获得能量

B．粒子在磁场中运动的周期越来越小

C．加速电场的周期随粒子速度增大而增大

D．粒子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压无关

13．某空间存在着如图所示的足够大的、沿水平方向的匀强磁场。在磁场中A、B两个物块叠放在一起，置于光滑水平面上，物块A带正电，物块B不带电且表面绝缘。在t1=0时刻，水平恒力F作用在物块B上，物块A、B由静止开始做加速度相同的运动。在A、B一起向左运动的过程中，以下说法正确的是

A．图乙可以反映A所受洛仑兹力大小随时间t变化的关系，图中y表示洛伦兹力大小

B．图乙可以反映A对B的摩擦力大小随时间t变化的关系，图中y表示摩擦力大小

C．图乙可以反映A对B的压力大小随时间t变化的关系，图中y表示压力大小

D．图乙可以反映B对A的摩擦力大小随时间t变化的关系，图中y表示摩擦力大小

14．回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，关于回旋加速器的下列说法正确的是（　　）

A．狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大

B．其他条件不变的情况下回旋加速器的半径越大，粒子飞出加速器速度越大

C．带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍

D．磁场对带电粒子的洛仑兹力对粒子不做功，因此带电粒子从盒射出时的动能与磁场的强弱无关

15．一质量 m、电荷量的﹣q 圆环，套在与水平面成θ角的足够长的粗糙细杆上，圆环的直径略大于杆的直径，细杆处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中。现给圆环一沿杆左上方方向的初速度 v0，（取为初速度 v0正方向）以后的运动过程中圆环运动的速度图像不可能是（　　）

A． B．

C． D．

二、填空题（共4题）

16．质量为m，电量为q带正电荷的小物块从半径为R的光滑圆槽顶点由静止下滑，整个装置处于电场强度为E，磁感应强度为B的区域内如图所示，则小物块滑到底端时对轨道的压力为________。

17．如图所示宽度为d、厚度为h的金属板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当有电流I通过金属板时，在金属板上侧面A和下侧面A′间产生电势差．

（1）金属板上侧面A电势____________下侧面电势（填高于或低于）；

（2）若金属板内单位体积内自由电子数为n，则产生的电势差U=___________________．

18．电子自静止开始经M、N板间的电场加速后从A点垂直于磁场边界射入宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，电子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示。（已知电子的质量为m，电量为e），则

（1）电子在磁场中运动时的圆周半径为_____________

（2）M、N板间的电压为_______________

19．用图甲所示装置测量磁场的磁感应强度和某导电液体(有大量的正、负离子)的电阻率．水平管道长为l、宽度为d、高为h，置于竖直向上的匀强磁场中．管道上下两面是绝缘板，前后两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S、电阻箱R、灵敏电流表G(内阻为Rg)连接．管道内始终充满导电液体，液体以恒定速度v自左向右通过．闭合开关S，调节电阻箱的取值，记下相应的电流表读数．

(1)图乙所示电阻箱接入电路的电阻值为________Ω．

(2)与N板相连接的是电流表G的_________极(填“正”或“负”)．

(3)图丙所示的电流表读数为_________μA．

(4)将实验中每次电阻箱接入电路的阻值R与相应的电流表读数I绘制出图象为图丁所示的倾斜直线，其延长线与两轴的交点坐标分别为(-a，0)和(0，b)，则磁场的磁感应强度为_________，导电液体的电阻率为________．

三、综合题（共4题）

20．如图所示，在xOy平面直角坐标系中，与x轴成60°角过原点的虚线OP是磁场和电场的分界线，左侧为垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场区，右侧为与x轴成150°角、场强大小为E的匀强电场区。一质量为m，电荷量为q的带正电粒子，从y轴上N点以速度为v0垂直磁场方向射入磁场，v0的方向与y轴成60°角，不计粒子所受重力。为使粒子能在电场中做直线运动，求：

（1）N点坐标；

（2）粒子从释放到第三次到达虚线所经历的时间及位置坐标。

21．如图所示,空间分布着方向平行于纸面且与场区边界垂直的有界匀强电场，电场强度为E、场区宽度为L．在紧靠电场右侧的圆形区域内，分布着垂直于纸面向外的匀强磁场．磁感应强度B未知，圆形磁场区域半径为r．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从A点由静止释放后,在M点离开电场,并沿半径方向射入磁场区域,然后从N点射出,O为圆心,∠MON=120°，粒子重力可忽略不计．求：

(1)粒子经电场加速后,进入磁场时速度的大小；

(2)匀强磁场的磁感应强度B的大小．

22．如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第I象限存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度大小为E（未知），第IV象限中以ON为直径的半圆形区域内，存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁场半径为R，磁感应强度大小为B（未知）。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，自y轴正半轴的M点，以速度v垂直于y轴射入电场。经ON中点处的P点进入磁场且射入磁场时速度方向与x轴的夹角为45，粒子在磁场中运动的半径r =R，之后粒子穿出磁场。不计粒子受到的重力。求：

(1)电场强度大小E；

(2)磁感应强度大小B；

(3)粒子到达y轴时与原点O的距离s。

23．如图所示，直线的左边为磁感应强度为的匀强磁场，右边为电场强度为的匀强电场。一带电量为、质量为的粒子从上的点与成角的方向，以速度射入匀强磁场，在磁场中发生偏转后从点（图中未画出）垂直进入匀强电场，最后到达上点（图中未画出），假定粒子始终未射出电场和磁场，不计粒子重力，求：

（1）从点到点所用的时间；

（2）到达点时的动能。

参考答案：

1．D

2．A

3．C

4．B

5．D

6．D

7．A

8．C

9．B

10．C

11．C

12．D

13．C

14．B

15．C

16．

17．     低于    

18．         

19．     290.1     负     24.0         

20．（1）（0，）；（2）；（，）

21．（1）；（2）   

22．(1)；(2)；(3)s=2R

23．（1）（2）