高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第二册1.3 洛伦兹力与现代科技巩固练习

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．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极相连接的两个D形金属盒，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D形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法正确的是（ ）

A．增大电场的加速电压 B．减小磁场的磁感应强度

C．减小狭缝间的距离 D．增大磁场的磁感应强度

2．如图所示，竖直面内的光滑绝缘半圆形轨道MDN处在与之垂直的匀强磁场中，轨道半径为R．一电荷量为+q，质量为m的小球自N点无初速度滑下（始终未脱离轨道），重力加速度为g，下列说法中正确的是

A．运动过程中小球受到的洛伦兹力大小不变 B．小球滑到轨道左侧时，不会到达最高点M

C．小球滑到D点时，速度大小是 D．小球经过D点时，对轨道的压力大于mg

3．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形金属盒，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D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示．设D形盒半径为R．若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f．则下列说法正确的是（　　）

A．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

B．质子被加速后的最大速度可以超过2πfR

C．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子

4．一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压。金属板A、B和等离子体整体可以看作一个直流电源，A、B便是这个电源的两个电极。将金属板A、B与电阻R相连，假设等离子体的电阻率不变，下列说法正确的是（　　）

A．A板是电源的正极

B．等离子体入射速度不变，减小A、B两金属板间的距离，电源电动势增大

C．A、B两金属板间的电势差等于电源电动势

D．A、B两金属板间的电势差与等离子体的入射速度有关

5．如图，电源电动势为E，内阻为r，滑动变阻器电阻为R，所有的开关均闭合。两平行极板间有匀强磁场，一带电粒子正好以速度v水平匀速穿过两板，以下说法正确的是（　　）

A．该粒子一定带正电

B．如果将开关K1断开，粒子将继续沿直线穿出

C．如果将开关K2断开，粒子可能从上板边缘穿出

D．如果将开关K3断开，把b板向下移动少许，粒子可能从上板边缘穿出

6．关于回旋加速器，下述说法中不正确是（　 ）

A．电场的作用是使带电粒子加速，动能增大

B．电场和磁场交替使带电粒子加速

C．磁场的作用是使带电粒子在磁场中回旋，获得多次被加速的机会

D．D形盒的半径越大，射出的带电粒子获得的能量越多

7．如图所示，有一根足够长的粗糙绝缘细杆与水平面成45°角倾斜放置，在细杆上套有一个质量为m、电荷量为+q的金属环，整个装置处于水平向右的匀强电场中。其电场强度大小为E=，在此区域内还有一个方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在用一橡胶锤沿细杆斜向上击打金属环后，金属环恰能做匀速直线运动，重力加速度为g，则下列说法中不正确的是（　　）

A．磁感应强度的方向应垂直纸面向里

B．橡胶锤击打金属环时的冲量大小为

C．若橡胶锤击打金属环的方向相反，则金属环做加速度逐渐减小的减速运动

D．若橡胶锤击打金属环的方向相反，则金属环在运动过程中因摩擦在单位时间内产生的热量逐渐增大

8．如图所示，斜面顶端在同一高度的三个光滑斜面AB、AC、AD，均处于水平方向的匀强磁场中。一个带负电的绝缘物块，分别从三个斜面顶端A点由静止释放，设滑到底端的时间分别为tAB、tAC、tAD，则（     ）

A．tAB＝tAC＝tAD B．tAB>tAC>tAD C．tAB<tAC<tAD D．无法比较

9．在如下匀强电场和匀强磁场共存的区域内，质子不可能沿x轴正方向做直线运动的是(             )

A．

B．

C．

D．

10．如图所示为霍尔元件的示意图，长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，则下面说法中正确的是（　　）

A．金属块上、下表面电势相等

B．金属块上、下表面电势差U仅与磁感应强度B有关

C．金属块中场强方向由上表面指向下表面

D．金属块上表面电势低于下表面电势

11．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、、，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压。若用表示污水流量（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．两个电极间的电压与污水流量成正比，与、无关

12．空间有一磁感应强度为B的水平匀强磁场，有一质量为m、电荷量为q的质点，以垂直于磁场方向的速度v0水平进入该磁场，在飞出磁场时高度下降了h，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　）

A．质点进入磁场时所受洛伦兹力一定向上

B．质点进入磁场时所受洛伦兹力一定向下

C．质点飞出磁场时速度的大小为v0

D．质点飞出磁场时速度的大小为

13．如图所示，矩形霍尔元件长为c、宽为a、高为h，单位体积内的载流子数为n，载流子带电量为-q。当该元件通有向右的电流I，处于垂直上表面向下、磁感应强度为B的匀强磁场中时，稳定后该元件的（　　）

A．后表面的电势高于前表面的电势

B．前、后表面的电势差不断增大

C．前、后表面的电势差恒为

D．前、后表面的电势差恒为

14．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相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能被加速，两个D形金属盒中有垂直于盒面的匀强磁场。两D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略，若A处粒子源产生的质子在回旋加速器中被加速，下列说法正确的是（　　）

A．质子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等

B．若只增大交流电压，则质子从回旋加速器中射出时的动能变大

C．若只增大D形盒的半径，则质子从回旋加速器中射出时的动能保持不变

D．若只增大D形盒中磁感应强度，其他条件不变，此装置仍能对质子正常加速

15．质量为m、带电荷量为q的小球，在水平方向的磁感应强度为B的匀强磁场中，沿着动摩擦因数为μ的竖直墙由静止下滑，下列说法正确的是

A．小球不受磁场力

B．尽管小球受到磁场力作用，但磁场力不做功，系统机械能守恒

C．小球下滑的最大速度为

D．小球下滑的加速度为重力加速度g

二、填空题（共4题）

16．如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，带电粒子每次通过两盒窄缝间匀强电场时做________（填“匀速”“加速”或“圆周”）运动；带电粒子每次通过盒中的匀强磁场时做________（填“匀速”“加速”或“圆周”）运动。

17．徐老师用实验来探究自行车测速码表用的霍尔元件中自由电荷的电性。如图所示，设NM方向为x轴，沿EF方向（y轴）通入恒定电流I，垂直薄片方向（z轴）加向下的磁场B，测得沿___________（填“x”“y”或“z”）轴方向会产生霍尔电压，如果自由电荷为负电荷，则___________（真“M”或“N”）板电势高。

18．如图为一回旋加速器的示意图，已知 D形盒的半径为R，中心O处放有质量为m、带电量为q的正离子源，若磁感应强度大小为B，求：

（1）加在D形盒间的高频电源的频率___________________；

（2）离子加速后的最大能量___________________________；

（3）离子在第n次通过窄缝前后的半径之比_____________．

19．近年来，我国打响了碧水保卫战，暗访组在某化工厂的排污管末端安装了如图1所示的流量计，可用此装置测量磁场的磁感应强度。测量管由绝缘材料制成，其直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下（未画出），在前后两个内侧面A、C上固定有竖直正对的金属板作为电极（未画出，电阻不计），金属板电极与开关S、电阻箱R和灵敏电流计连接，管道内始终充满污水，污水以恒定的速度v自左向右通过，闭合开关S，调节电阻箱的阻值，记下相应灵敏电流计的读数。

(1)利用图2中的电路测量灵敏电流计的内阻，图中和为电阻箱，S1和S2为开关，已知灵敏电流计的满偏电流为。断开S2，闭合S1，调节，使灵敏电流计满偏；保持的阻值不变，闭合S2，调节，当灵敏电流计的示数为时电阻箱的阻值为。若忽略S2闭合前后电路中总电阻的变化，经计算得___________，该测量值与灵敏电流计内阻的真实值相比___________（选填“偏大”“偏小”或“相等”）；

(2)用游标卡尺测量测量管直径D，示数如图3所示，直径___________；

(3)如图1所示，实验中改变电阻箱接入电路的阻值R，并记录相应的电流表读数I，绘制图像如图4所示，则磁感应强度的大小B为___________。（用题中的字母a、b、c、v、D、表示）

三、综合题（共4题）

20．物理学家阿斯顿首次制成了质谱仪并用其确定了氖的两种同位素，证实了同位素的存在，其原理如图所示。、两极板间同时存在相互垂直的匀强电场E和匀强磁场，以不同速度从O点平行极板进入、的多个氖核能沿虚线运动且通过进入匀强磁场的氖核，最终分别打在照相底片上的C、D两点。已知，，不考虑氖核间的相互作用。

(1)经过时，氖核的速度是多大？

(2)若打到底片上C点的一种粒子是氖20，则打在D点的是氖的哪种同位素？

21．如图所示，虚线上方有方向竖直向下的匀强电场，虚线上下有相同的匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外，ab是一根长为l的绝缘细杆，沿电场线放置在虚线上方的电场中，b端恰在虚线上，将一套在杆上的带正电的电荷量为q、质量为m的小球（重力不计）从a端由静止释放后，小球先做加速运动，后做匀速运动到达b端，已知小球与绝缘杆间的动摩擦因数=0.3，当小球脱离杆进入虚线下方后，运动轨迹是半圆，其半径为，求：

（1）小球到达b点的速度vb；

（2）匀强电场的场强E；

（3）带电小球从a到b运动过程中克服摩擦力所做的功与电场力所做功的比值．

22．如图所示，一长为l、质量为M的绝缘板静止在光滑水平面上，板的中点有一个质量为m的小物块，它带有电荷量为q的正电荷．在绝缘板右侧有一磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁场的宽度也为l，在水平恒力F的作用下绝缘板与物块一起向右运动．物块进入磁场前与绝缘板相对静止，进入后与 绝缘板产生相对滑动，当物块运动到磁场的右边界时，恰好位于绝缘板的左端，此时物块与板间的摩擦力刚好减为零，已知物块经过磁场所用的时间为t．求：

（1）物块进入磁场左边界时的速度大小；

（2）物块到达磁场右边界时的速度大小；

（3）绝缘板完全穿出磁场时的速度大小．

23．在平面直角坐标系xOy的第一象限内有一垂直纸面的圆形匀强磁场区域，圆心为O1，半径为r，与y轴、x轴分别相切于A、C两点，第一象限其它区域为真空。D、F为x轴上两点，CD长度为r，DF长度为r，H点为y轴负方向的一个点，已知OH的长度等于OF的长度。第四象限三角形区域OFH内充满平行于FH的匀强电场，场强大小，方向与x轴负向夹角为45°，如图所示。第四象限其它区域充满垂直纸面的匀强磁场。一质量为m，电量为q的带正电的粒子（不计重力）以初速度v0自A点沿AO1方向射入磁场，恰能沿O1D方向自D点射入第四象限，之后从FH上的P点（图中未标出）射入磁场区域，最后从H点射出。求：（tan22.5°=）

(1)第一象限磁感应强度B1的大小；

(2)第四象限磁感应强度B2的大小和方向；

(3)带电粒子从A点射入至从H点射出所需的时间t。

参考答案：

1．D

2．C

3．C

4．D

5．C

6．B

7．D

8．C

9．B

10．D

11．D

12．D

13．D

14．A

15．C

16．     加速     圆周

17．          M

18．              

19．          偏小     30.35    

20．(1)；(2)氖22

21．（1）；（2）；（3）

22．（1）（2）（3）

23．(1)；(2)，垂直纸面向外；(3)