2023届高考物理一轮复习练习：洛伦兹力与现代科技（word版含答案）

1、洛伦兹力与现代科技练习一、选择题1如图所示，在容器A中有同一种元素的两种同位素正粒子，它们的初速度几乎为0，粒子可从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后第一种同位素粒子打到照相底片D上的M点，第二种同位素粒子打到照相底片D上的N点不计同位素粒子的重力量出M点、N点到S3的距离分别为x1、x2，则第一种与第二种同位素粒子在磁场中运动的时间之比为()A.eq r(f(x1,x2) B.eq f(x1,x2) C.eq f(xeq oal(2,1),xeq oal(2,2) D.eq f(2x1,x2)2.如图为回旋加速器的示意图，真空容器D形盒放在

2、与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度B保持不变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q，两D形盒间接电压为U的高频交流电源不考虑相对论效应、粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间下列论述正确的是()A粒子的能量是由加速电场提供的，能获得的最大动能与加速电压U有关B加速氘核(eq oal(2,1)H)和氦核(eq oal(4,2)He)时，两次所接高频交流电源的频率应不同C加速氘核(eq oal(2,1)H)和氦核(eq oal(4,2)He)时，它们能获得的最大动能相等D若增大加速电压U，则粒子在D形盒内运动的总时间

3、减少3某回旋加速器的示意图如图，两个半径均为R的D形盒置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，并与高频电源两极相连，现对氚核(eq oal(3,1)H)加速，所需的高频电源的频率为f.已知元电荷为e.下列说法正确的是()AD形盒可以用玻璃制成B氚核的质量为eq f(eBf,2)C高频电源的电压越大，氚核从P处射出的速度越大D若对氦核(eq oal(4,2)He)加速，则高频电源的频率应调为eq f(3,2)f4(多选)回旋加速器是高能物理中的重要仪器，其原理是利用磁场和电场使带电粒子回旋加速运动，在运动中经高频电场反复加速从而使粒子获得很高的能量如图甲所示，两个D形金属盒置于恒定的匀强磁场中，并分

4、别与高频电源相连(电压随时间变化如图乙所示)，D形盒半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，两D形盒间距离为d(dR)若用回旋加速器加速氘核eq oal(2,1)H(设氘核质量m、电荷量q)，则下列判断正确的是()A加速电压U0越大，氘核获得的最大动能越大B氘核加速的最大动能为eq f(q2B2R2,2m)C氘核在电场中运动的总时间为eq f(BRd,U0)D该回旋加速器不可以用来加速氦核(eq oal(4,2)He)5.如图所示，宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在与它垂直的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，当恒定电流I通过霍尔元件时，在它的前后两个侧面之间会产生电压，这样就实现了将电流输入转化为电压

5、输出为提高输出的电压，可采取的措施是()A增大d B减小dC增大h D减小h6(多选)如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足：UHkeq f(IHB,d)，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则()A霍尔元件前表面的电势低于后表面B若电源的正负极对调，电压表将反偏CIH与I成正比D电压表的示数与RL消耗的电功率成正比7(多选)如图，为探讨霍尔效应，取一块长度为a、

6、宽度为b、厚度为d的金属导体，给金属导体加与前后侧面垂直的匀强磁场B，且通以图示方向的电流I时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为U.已知自由电子的电荷量为e.下列说法中正确的是()AM板比N板电势高B导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大C导体中自由电子定向移动的速度为veq f(U,Bd)D导体单位体积内的自由电子数为eq f(BI,eUb)8. (多选)如图所示，a、b是一对平行金属板，分别接到直流电源的两极上，右边有一块挡板，正中间开有一小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，在a、b两板间还存在着匀强电场E.从两板左侧中点c处射入一

7、束正离子(不计重力)，这些正离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成三束，则下列判断正确的是()A这三束正离子的速度一定不相同B这三束正离子的比荷一定不相同Ca、b两板间的匀强电场方向一定由a指向bD若这三束离子改为带负电而其他条件不变则仍能从d孔射出9(多选)磁流体发电是一项新兴技术，它可把气体的内能直接转化为电能，如图是它的示意图，平行金属板A、C间有一很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电离子)喷入磁场，两极板间便产生电压，现将A、C两极板与电阻R相连，两极板间距离为d，正对面积为S，等离子体的电阻率为，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直磁场方向射入A、C

8、两板之间，则稳定时下列说法中正确的是()A极板A是电源的正极B电源的电动势为BdvC极板A、C间电压大小为eq f(BdvSR,RSd)D回路中电流为eq f(Bdv,R)10(多选)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a1 m、b0.2 m、c0.2 m，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B1.25 T的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时，用电压表测得两个电极间的电压U1 V且污水流过该装置时受到阻力作用，阻力FfkLv，其

9、中比例系数k15 Ns/m2，L为污水沿流速方向的长度，v为污水的流速下列说法中正确的是()A金属板M电势不一定高于金属板N的电势，因为污水中负离子较多B污水中离子浓度的高低对电压表的示数没有影响C污水的流量(单位时间内流出的污水体积)Q0.16 m3/sD为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压强差为p1 500 Pa11现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，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

10、的12倍此离子和质子的质量比约为()A11 B12 C121 D14412(多选)如图所示为磁流体发电机的原理图金属板M、N之间的距离d20 cm，磁场的磁感应强度大小B5 T，方向垂直纸面向里现将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，整体呈中性)从左侧喷射入磁场，发现在M、N两板间接入的额定功率P100 W的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻R100 ，不计离子重力和发电机内阻，且认为离子均为一价离子(e1.61019 C)，则下列说法中正确的是()A金属板M上聚集负电荷，金属板N上聚集正电荷B该发电机的电动势为100 VC离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为103 m/s

11、D每秒钟有6.251018个离子打在金属板N上13某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，其长为L、直径为D，左右两端开口，在前后两个内侧面a、c固定有金属板作为电极，匀强磁场方向竖直向下污水(含有大量的正、负离子)充满管口从左向右流经该测量管时，a、c两端的电压为U，显示仪器显示污水流量Q(单位时间内排出的污水体积)则()Aa侧电势比c侧电势低B污水中离子浓度越高，显示仪器的示数越大C污水流量Q与U成正比，与L、D无关D匀强磁场的磁感应强度Beq f(DU,4Q)二、非选择题14.带电粒子的电荷量与质量之比eq blc(rc)(avs4alco1(f(q,m)叫作比

12、荷，比荷的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义利用质谱仪可以测量带电粒子的比荷，如图所示为一种质谱仪的原理示意图某带电粒子从容器A下方的小孔飘入加速电场(其初速度可视为零)，之后自O点沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片上的P点忽略重力的影响当加速电场的电势差为U，匀强磁场的磁感应强度为B时，O点与P点间的距离为L. (1)请判断该带电粒子带正电还是带负电；(2)求该带电粒子的比荷15一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为零这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底

13、片上已知放置底片的区域MNL，且OML.某次测量发现MN中左侧eq f(2,3)区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧eq f(1,3)区域QN仍能正常检测到离子在适当调节加速电压后，原本打在MQ区域的离子即可在QN区域检测到(1)求原本打在MN中点P点的离子质量m；(2)为使原本打在MN中点P点的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围16一台质谱仪的工作原理如图所示大量的甲、乙两种离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为0，经过加速后，通过宽为L的狭缝MN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已知甲、乙两种离子的电荷量均为q，质量分别为2m和m，图中虚线为

14、经过狭缝左、右边界M、N的甲种离子的运动轨迹不考虑离子间的相互作用 (1)求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离x；(2)用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度d；(3)若考虑加速电压有波动，在(U0U)到(U0U)之间变化，要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠，求狭缝宽度L满足的条件答案：1 C 2. D 3 D 4 BC 5. B 6 CD 7 CD 8. BCD9 BC 10 BCD 11 D 12 BD 13 D14. (1)根据粒子在磁场中的运动轨迹，结合左手定则可判断带电粒子带正电(2)带电粒子在加速电场中加速，根据动能定理qUeq f(1,2)mv2，带电粒

15、子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力qvBmeq f(v2,R)，由题知Req f(1,2)L，解得带电粒子的比荷eq f(q,m)eq f(8U,B2L2)15 (1)离子在电场中加速qU0eq f(1,2)mv2，在磁场中做匀速圆周运动qvBmeq f(v2,r)，解得r0eq f(1,B)eq r(f(2mU0,q)，代入r0eq f(3,4)L，解得meq f(9qB2L2,32U0).(2)由(1)知，Ueq f(qB2r2,2m)即Ur2，离子打在Q点req f(5,6)L，Ueq f(100U0,81)，离子打在N点rL，Ueq f(16U0,9)，则电压的范围为eq f(100U0,81)Ueq f(16U0,9).16 (1)设甲种离子在磁场中的运动半径为r1电场加速qU0eq f(1,2)2mv2，且qvB2meq f(v2,r1)，解得r1eq f(2,B)eq r(f(mU0,q)根据几何关系x2r1L，解得xeq f(4,B)eq r(f(mU0,q)L(2)(见图) 最窄处位于过两虚线交点的垂线上dr1eq r(req oal(2,1)blc(rc)(avs4alco1(f(L,2)sup12(2)解得deq f(2,