高考物理复习特训考点十一磁场安培力与洛伦兹力第90练(STSE问题)洛伦兹力与现代科技含解析

第90练　(STSE问题)洛伦兹力与现代科技

　（时间　20分钟）

思维方法

1．速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件等．各种电磁仪器中，最终平衡的标志是qvB＝qE＝q.

2．对回旋加速器：(1)所加交变电场的周期T等于粒子做圆周运动的周期；

(2)粒子最大速度v＝，与加速电压U无关．

选择题

1.

如图所示，水平放置的两块平行金属板，充电后与电源断开．板间存在着方向竖直向下的匀强电场E和垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力及空气阻力)，以水平速度v0从两极板的左端中间射入场区，恰好做匀速直线运动．则(　　)

A．粒子一定带正电

B．若仅将板间距离变为原来的2倍，粒子运动轨迹偏向下极板

C．若将磁感应强度和电场强度均变为原来的2倍，粒子仍将做匀速直线运动

D．若撤去电场，粒子在板间运动的最长时间有可能是

2．(多选)如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两端相连．现分别加速质子(H)和氘核(H).下列说法中正确的是(　　)

A．它们的最大速度相同

B．质子的最大动能大于氘核的最大动能

C．加速质子和氘核所用高频电源的频率相同

D．仅增大高频电源的电压不可能增大粒子的最大动能

3．(多选)磁流体发电机又叫等离子体发电机，如图所示，燃烧室在3 000 K的高温下将气体全部电离为正离子与负离子，即高温等离子体．高温等离子体经喷管提速后以1 000 m/s的速度进入矩形发电通道．发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场，磁感应强度为6 T，等离子体发生偏转，在两极间形成电势差，已知发电通道长a＝50 cm，宽b＝20 cm，高d＝20 cm，等离子体的电阻率ρ＝2 Ω·m，则以下判断中正确的是(　　)

A．发电机的电动势为1 200 V

B．开关断开时，高温等离子体可以匀速通过发电通道

C．当外接电阻为8 Ω时，电流表示数为150 A

D．当外接电阻为4 Ω时，发电机输出功率最大

4．[2020·全国卷Ⅱ，17]CT扫描是计算机X射线断层扫描技术的简称，CT扫描机可用于对多种病情的探测．图(a)是某种CT机主要部分的剖面图，其中X射线产生部分的示意图如图(b)所示．图(b)中M、N之间有一电子束的加速电场，虚线框内有匀强偏转磁场；经调节后电子束从静止开始沿带箭头的实线所示的方向前进，打到靶上，产生X射线(如图中带箭头的虚线所示)；将电子束打到靶上的点记为P点．则(　　)

A．M处的电势高于N处的电势

B．增大M、N之间的加速电压可使P点左移

C．偏转磁场的方向垂直于纸面向外

D．增大偏转磁场磁感应强度的大小可使P点左移

5．质谱仪可以测定有机化合物分子结构，现有一种质谱仪的结构可简化为如图所示，有机物的气体分子从样品室注入离子化室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化或碎裂成离子．若离子化后的离子带正电，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室(内为匀强磁场)、真空管，最后打在记录仪上，通过处理就可以得到离子比荷，进而推测有机物的分子结构．已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心．则下列说法正确的是(　　)

A．高压电源A端应接电源的正极

B．磁场室的磁场方向必须垂直纸面向里

C．若离子化后的两同位素X1、X2(X1质量大于X2质量)同时进入磁场室后，出现图中的轨迹Ⅰ和Ⅱ，则轨迹Ⅰ一定对应X1

D．若磁场室内的磁感应强度大小为B，当记录仪接收到一个明显的信号时，与该信号对应的离子比荷＝

第90练　（STSE问题）洛伦兹力与现代科技

1．答案：C

解析：不计重力，粒子仅受电场力和磁场力做匀速直线运动，合力为零．电场力与磁场力等大反向．该粒子可以是正电荷，也可以是负电荷，选项A错误；仅将板间距离变为原来的2倍，由于带电荷量不变，板间电场强度不变，带电粒子仍做匀速直线运动，选项B错误；若将磁感应强度和电场强度均变为原来的2倍，粒子所受电场力和磁场力均变为原来的2倍，仍将做匀速直线运动，C对．若撤去电场，粒子将偏向某一极板，甚至从左侧射出，粒子在板间运动的最长时间可能是在磁场中运动周期的一半，选项D错误．

2．答案：BD

解析：设质子质量为m，电荷量为q，则氘核质量为2m，电荷量为q，它们的最大速度分别为v1＝和v2＝，选项A错误；质子的最大动能Ek1＝，氘核的最大动能Ek2＝，选项B正确；高频电源的频率与粒子在磁场中的回旋频率相同，即f1＝，f2＝，所以加速质子和氘核所用高频电源的频率不相同，选项C错误；被加速的粒子的最大动能与高频电源的电压无关，所以仅增大高频电源的电压不可能增大粒子的最大动能，选项D正确．

3．答案：ABD

解析：离子在复合场中由q＝qvB，得电源电动势U＝vBd＝1 200 V，故A正确；开关断开时，高温等离子体在磁场力作用下发生偏转，导致极板间存在电压，当电场力与磁场力平衡时，高温等离子体可以匀速通过发电通道，故B正确；由电阻定律r＝ρ＝4 Ω，得发电机内阻为4 Ω，由闭合电路欧姆定律得，当外接电阻为8 Ω时，电流为100 A，故C错误；当外电路总电阻R＝r时有最大输出功率，故D正确．

4．答案：D

解析：电子带负电，故必须满足N处的电势高于M处的电势才能使电子加速，故A选项错误；由左手定则可判定磁感应强度的方向垂直纸面向里，故C选项错误；对加速过程应用动能定理有eU＝mv2，设电子在磁场中运动半径为r，由洛伦兹力提供向心力有evB＝，则r＝，电子运动轨迹如图所示，由几何关系可知，电子从磁场射出的速度方向与水平方向的夹角θ满足sin θ＝（其中d为磁场宽度），联立可得sin θ＝dB，可见增大U会使θ减小，电子在靶上的落点P右移，增大B可使θ增大，电子在靶上的落点P左移，故B选项错误，D选项正确．

5．答案：D

解析：加速带正电的离子，高压电源的B端带正电，A项错误；由左手定则可知磁场方向垂直纸面向外，B项错误；由洛伦兹力提供向心力得轨道半径r＝，同位素的电荷量相同，所以轨道半径小的轨迹Ⅰ对应的离子质量小，即为X2，C项错误；在电场中有qU＝mv2，在磁场中有r＝，且有tan ＝，联立解得＝，D项正确．