2021学年4 洛伦兹力的应用同步训练题

这是一份2021学年4 洛伦兹力的应用同步训练题，共11页。试卷主要包含了选择题，填空题，综合题等内容，欢迎下载使用。
1.4洛伦兹力的应用基础巩固2021—2022学年高中物理教科版（2019）选择性必修第二册一、选择题（共15题）1．下列物理学史叙述正确的是（  ）A．亚里士多德用科学推理论证了重的物体和轻的物体下落一样快B．密立根通过油滴实验精确测定了元电荷的电荷量C．牛顿提出行星运动三大定律D．洛仑兹发明的回旋加速器能在实验室中获得大量的高能粒子2．如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的正离子，沿着垂直于磁感线、平行于极板的方向竖直向上射入正交的匀强电场和匀强磁场里，结果有些离子保持原来的运动方向，未发生偏转．如果让这些未偏转的离子进入另一个匀强磁场中，发现这些离子又分裂为几束．对这些能够进入后一个磁场的离子，下列说法中正确的是（    ）A．它们的动能一定不全相同B．它们的电荷量一定不全相同C．它们的质量一定不全相同D．它们的荷质比一定不全相同3．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，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．离子速度越快运动周期越小B．离子由加速器的边缘进入加速器C．离子从磁场中获得能量D．离子从电场中获得能量4．狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布如图甲所示，距离它处的磁感应强度大小为（为常数，其磁场分布与负点电荷的电场如图乙所示分布相似。现假设磁单极子和负点电荷均固定，有带电小球分别在极和附近做匀速圆周运动。则关于小球做匀速圆周运动的判断不正确的是（　　）A．若小球带正电，其运动轨迹平面可在的正上方，如图甲所示B．若小球带负电，其运动轨迹平面可在的正下方，如图乙所示C．若小球带负电，其运动轨迹平面可在的正上方，如图甲所示D．若小球带正电，其运动轨迹平面可在的正下方，如图乙所示5．水平放置的平行金属板a、b带有等量正负电荷，a板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个带正电的粒子在两板间作直线运动，粒子的重力不计．关于粒子在两板间运动的情况，正确的是：A．可能向右做匀加速直线运动 B．可能向左做匀加速直线运动C．只能是向右做匀速直线运动 D．只能是向左做匀速直线运动6．1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是(　 　)A．该束带电粒子带负电B．速度选择器的P1极板带负电C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小7．1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒，D1，D2构成，其间留有的窄缝处加有高频交变电压U（加速电压），下列说法正确的是（　　）A．回旋加速器只能用来加速正离子B．离子从D形盒之间空隙的电场中获得能量C．离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压的周期不相同D．提高窄缝处的高频交变电压U，则离子离开磁场时的最终速度将增大8．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9．如图所示，两根长直导线M、N垂直穿过光滑绝缘水平面P，与水平面的交点分别为a和b，两导线内通有大小相同、方向相反的电流，c、d是该平面内ab连线中垂线上的两点，一带正电的小球在水平面上以某一初速度运动，则带电小球运动情况是（　　）
 A．由c向d将做匀速直线运动 B．由d向c将做曲线运动C．由a向b将做匀速直线运动 D．由b向a将做匀速圆周运动10．如图所示，霍尔式位移传感器测量原理是：有一个沿z轴方向的磁场，磁感应强度B=B0+kz（B0、k均为正的常数）；将传感器固定在霍尔元件上，沿z轴方向元件的厚度为d，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当元件沿z轴方向移动时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向上的上、下表面的电势差U也不同，则（　　）A．若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高B．磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越小C．电流I取值越大，上、下表面的电势差U越小D．k越大，传感器灵敏度（ ）越高11．图示区域有方向竖直向下的匀强电场和水平向里的匀强磁场，一带正电的微粒（不计重力）以水平向右的初速度进入该区域时，恰能沿直线运动。不考虑微粒运动的电磁辐射，下列说法正确的是（　　）A．若改变该微粒的电荷量后将不能再沿直线运动B．若该微粒以水平向左的初速度进入此区域，也能做直线运动C．若减小该微粒进入此区域的初速度，之后运动过程中微粒的动能可能变大D．若换成带负电的微粒（不计重力）以水平向右的初速度进入该区域后，不能沿直线运动12．如图所示，有一束混合粒子从左到右射入匀强磁场B1和匀强电场E共存的区域，发现这些粒子不偏转，进入另一匀强磁场B2中发现它们分成几束，不计各粒子重力和它们之间的作用力，粒子束分开的原因一定是它们的（    ）A．电荷量与质量的比值不同B．电荷量不同C．速度不同D．质量不同13．如图所示，在以坐标原点O为圆心、半径为R的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁感应强度为B，磁场方向垂直于xOy平面向里．一带正电的粒子（不计重力）从O点沿y轴正方向以某一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经t0时间从P点射出,则电场强度的大小和方向为(       )A．  ，y正向B． ，x正向C． ，y负向D．，x负向14．如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为，导轨平面与水平面夹角为，两导轨分别与P、Q相连，质量为m、电阻为R的金属棒垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力，下列说法正确的是（　　）A．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，B．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，C．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，D．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，15．如图所示，R1和R2是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体，但 R1 的尺寸比R2的尺寸大．将两导体同时放置在同一匀强磁场B中，磁场方向垂直于两导体正方形表面，在两导体上加相同的电压，形成图所示方向的电流；电子由于定向移动，会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用，从而产生霍尔电压，当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法中正确的是（    ）A．R1 中的电流大于 R2 中的电流B．R1 中的电流小于 R2 中的电流C．R1 中产生的霍尔电压小于 R2 中产生的霍尔电压D．R1 中产生的霍尔电压等于 R2 中产生的霍尔电压二、填空题（共4题）16．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’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的B的关系为： 式中的比例系数K称为霍尔系数．霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑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仑兹力方向相反的静电力．当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．设电流I是由电子定向移动形成的，电子平均定向速度为v，电量为e，回答下列问题：（1）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）电子所受洛仑兹力的大小为___________（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力为____________．17．光滑绝缘杆与水平面保持θ角，磁感应强度为B的匀强磁场充满整个空间，一个带正电q，质量为m，可以自由滑动的小环套在杆上，如图所示，小环下滑过程中对杆的压力为零时，小环的速度为________．18．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=___________________．19．霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所示，在一矩形半导体薄片的E、F间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在C、D间出现电压UCD，这种现象称为霍尔效应，UCD称为霍尔电压，且满足UCD＝k ，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所示，该同学用电压表测量UCD时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“C”或“D”)端通过导线相连．(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UCD值，记录数据，描点作图，画出UCD－I图线，如图乙所示，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)．三、综合题（共4题）20．如图，长L＝4m的固定斜面倾角θ＝30°，带负电的小物块带电量q＝﹣0.5C、质量m＝1kg．在F＝4.5N、沿斜面向下的力的作用下从静止开始向下运动，到达光滑水平面时撤去外力F，之后以一定的速度进入MNPQ区域，MNPQ区域中存在宽度x＝4m、相互正交的匀强电场和匀强磁场，其中场强E＝20N/C，磁感应强度B＝1T；已知物块和斜面间的动摩擦因数，水平面与斜面平滑相连，设物块在运动过程中电荷不变，g取10m/s2．求：（1）物块进入电磁场时的速度大小；（2）物块在MNPQ区域运动的时间t．21．质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。电量为e的气()、氘()两种带电粒子从容器A下方的狭缝S1飘入电势差为的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过狭缝S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上，所有粒子均打在底片区域内，最远点M到狭缝S3的距离为d，忽略带电粒子的重力及相互间作用力。（1）求打到M点的氘粒子的质量m；（2）若氘粒子进入磁场后，形成等效电流为I的粒子束，最终打在照相底片上的M点形成一个曝光点，粒子均被吸收。求氘粒子束单位时间内对P点的冲击力大小F；（3）若带电粒子从狭缝S3进入磁场时与垂直磁场边界方向存在一个很小的散射角θ，考虑加速电压在()到()之间波动变化，要使氕、氘两种粒子在底片上没有重叠，求应满足的条件。
 22．如图所示，直角坐标系xOy的第二象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B1=1T，在0<x<d及x>2d的I、Ⅱ区域内存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的匀强电场，d=0.6m，电场强度大小均为E=2N/C,磁感应强度大小均为B2=T．一根绝缘粗糙的硬杆，下端位于坐标原点，倾角为θ=30°，一个质量为m=0.1kg、电荷量为q=0.5C的带正电小球中心有小孔，可穿在硬杆上，小球与硬杆间的动摩擦因素为µ=．将穿在硬杆上的小球从距离X轴高度为h=0.4m处由静止释放，小球经过O点之前已匀速，若小球进入磁场I、Ⅱ区域后能够返回O点，求：（重力加速度g=10m/s2）（1）小球从开始运动到下滑到O点克服硬杆摩擦力做的功；（2）Ⅱ区域磁场右边界的横坐标范围；（3）小球从O点进入磁场I区域到再次返回O点经历的时间．23．如图所示，在真空中，以竖直向上为y轴正方向建立直角坐标系；该真空中存在方向沿x轴正向、场强为E=100V/m的匀强电场和方向垂直xoy平面向外、磁感应强度为B=100T的匀强磁场；原点O处的离子源连续不断地发射速度大小和方向一定、质量为m=0.1kg、电荷量为-q=-0.01C的粒子束，粒子恰能在xoy平面内做直线运动，粒子的重力不能忽略，不计粒子间的相互作用，；（1）求粒子运动到距离x轴为h=0.2m所用的时间；（2）若在粒子束运动过程中，突然将电场变为竖直向下，场强大小变为，求从原点O射出的所有粒子第一次打在x轴上的坐标范围．（不考虑电场变化产生的影响）
参考答案1．B2．D3．D4．B5．C6．D7．B8．C9．A10．D11．C12．A13．B14．B15．D16．（1）低于    （2）Bev    （3）    17．18．低于        19．C　;     1.3    20．（1）4m/s；（2）21．（1）；（2）；（3）22．（1）（2）（3）23．（1）0.2s；（2）；