（新课标）高考物理总复习课时检测（六十一）磁场技术应用实例（题型研究课）（含解析）

课时检测(六十一)磁场技术应用实例(题型研究课)1.如图所示是回旋加速器的工作原理图，其核心部件是两个中空的半圆形金属盒D1和D2，称为“D形盒”。带电粒子在两盒之间被电场加速，在两盒中做匀速圆周运动，则下列说法正确的是()A．D形盒的作用是静电屏蔽，使带电粒子在盒中做匀速圆周运动而不被电场干扰B．在两D形盒之间所加交变电压的周期应等于带电粒子做匀速圆周运动周期的两倍C．仅使加速电压的有效值增大，带电粒子获得的最大能量一定增大D．仅使D形盒中磁场的磁感应强度B增大，带电粒子在D形盒中运动周期一定增大解析：选A回旋加速器中D形盒的作用是静电屏蔽，使带电粒子在盒中做圆周运动过程中不受电场干扰，选项A正确；回旋加速器中所加交变电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等，选项B错误；设D形盒的半径为R，根据qvB＝meq\f(v2,R)得v＝eq\f(qBR,m)，带电粒子获得的最大能量为Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2R2,2m)，带电粒子获得的最大能量与加速电压的有效值无关，选项C错误；根据公式T＝eq\f(2πm,qB)，磁感应强度B增大，T减小，选项D错误。2.如图是磁流体发电机的示意图，在间距为d的平行金属板A、C间，存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，两金属板通过导线与滑动变阻器R相连，等离子体以速度v平行于两金属板垂直射入磁场。若要减小该发电机的电动势，可采取的方法是()A．增大d B．增大BC．增大R D．减小v解析：选D发电机稳定工作时，有eq\f(E,d)q＝qvB，则发电机的电动势E＝Bdv，要想减小电动势，则可以通过减小B、d或v实现，D正确。3.如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，上极板带正电，下极板带负电；板间存在匀强电场和匀强磁场(图中未画出)。一个带电粒子在P、Q间沿虚线所示路径做匀速直线运动，粒子通过两平行板后，从O点垂直进入另一垂直纸面向外的匀强磁场中，粒子做匀速圆周运动，经过半个周期后打在挡板MN上的A点，不计粒子重力，则下列说法不正确的是()A．此粒子一定带正电B．P、Q间的磁场方向一定垂直纸面向里C．若另一个带电粒子在P、Q间也能做匀速直线运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷D．若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的比荷解析：选C粒子在磁场中做匀速圆周运动，由题图知粒子向下偏转，粒子刚进入磁场时所受洛伦兹力竖直向下，应用左手定则可知，粒子带正电，故A正确；粒子在P、Q间做匀速直线运动，所受合力为零，粒子所受电场力竖直向下，则粒子所受洛伦兹力竖直向上，由左手定则可知，P、Q间的磁场方向垂直于纸面向里，故B正确；粒子在P、Q间做匀速直线运动，由平衡条件可知：qvB＝qE，则：v＝eq\f(E,B)，粒子具有相同的速度即可，不一定具有相同的比荷，故C错误；粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝meq\f(v2,r)，解得：eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)，由于粒子在P、Q间做匀速直线运动，则粒子速度v相同，若粒子运动轨迹相同，则粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径r相同，则粒子的比荷相同，故D正确。4.如图所示，宽度为d、厚度为h的某种导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，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和磁感应强度B的关系为：U＝keq\f(IB,d)，式中的比例系数k称为霍尔系数。设载流子的电荷量为q，下列说法正确的是()A．载流子所受静电力的大小F＝qeq\f(U,d)B．导体上表面的电势一定大于下表面的电势C．霍尔系数为k＝eq\f(1,nq)，其中n为导体单位长度上的电荷数D．载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝eq\f(BI,nhd)，其中n为导体单位体积内的电荷数解析：选D导体中的电场强度E＝eq\f(U,h)，载流子所受电场力F＝Eq＝qeq\f(U,h)，A项错误；由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力向上，由于载流子的电性不确定，B项错误；稳定时，电场力与洛伦兹力相等，即qvB＝qeq\f(U,h)，可得U＝Bhv，又电流的微观表达式I＝nqSv＝nqhdv，解得U＝eq\f(IB,nqd)，则k＝eq\f(1,nq)，式中n为导体单位体积内的电荷数，C项错误；由F洛＝Bqv，qv＝eq\f(I,nhd)，解得F洛＝eq\f(BI,nhd)，D项正确。5.如图所示是选择密度相同、大小不同纳米粒子的一种装置，待选粒子带正电且电荷量与其表面积成正比。待选粒子从O1进入小孔时可认为速度为零，加速电场区域Ⅰ的板间电压为U，粒子通过小孔O2射入正交的匀强电场、匀强磁场区域Ⅱ，其中磁场的磁感应强度大小为B，左右两极板间距为d。区域Ⅱ出口小孔O3与O1、O2在同一竖直线上。若半径为r0、质量为m0、电荷量为q0的纳米粒子刚好能沿直线通过，不计纳米粒子重力，则()A．区域Ⅱ的电场强度与磁感应强度大小的比值为eq\r(\f(2q0U,m0))B．区域Ⅱ左右两极板间的电势差大小U1＝Bdeq\r(\f(q0U,m0))C．若纳米粒子的半径r>r0，则刚进入区域Ⅱ的粒子仍将沿直线通过D．若纳米粒子的半径r>r0，仍沿直线通过，则区域Ⅱ的电场与原电场的电场强度大小之比为eq\r(\f(r,r0))解析：选A设半径为r0的纳米粒子加速后的速度为v，则有q0U＝eq\f(1,2)m0v2，设区域Ⅱ内电场强度大小为E，由题意可知，洛伦兹力的大小等于电场力，即q0vB＝q0E，联立解得E＝Beq\r(\f(2q0U,m0))，区域Ⅱ左右两极板间的电势差大小U1＝Bdeq\r(\f(2q0U,m0))，则区域Ⅱ的电场强度与磁感应强度大小的比值为eq\r(\f(2q0U,m0))，选项A正确，B错误；若纳米粒子的半径r>r0，设半径为r的粒子的质量为m、电荷量为q、被加速后的速度为v′，则m＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,r0)))3m0，而q＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(r,r0)))2q0，由eq\f(1,2)mv′2＝qU，解得v′＝eq\r(\f(2q0Ur0,m0r))＝eq\r(\f(r0,r))v＜v，故纳米粒子经过区域Ⅱ时所受洛伦兹力小于电场力，粒子带正电，将向左偏转，选项C错误；由于v′＝eq\r(\f(r0,r))v，故洛伦兹力与原来的洛伦兹力之比为eq\f(q,q0)eq\r(\f(r0,r))，而电场力与洛伦兹力平衡，根据F＝qE，区域Ⅱ的电场与原电场的电场强度大小之比为eq\r(\f(r0,r))，选项D错误。6.(多选)美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，其基本原理如图所示。现有一回旋加速器，当外加磁场一定时，可把质子的速度从零加速到v，质子获得的动能为Ek。在不考虑相对论效应的情况下，用该回旋加速器加速原来静止的α粒子(氦核)时()A．能把α粒子从零加速到eq\f(v,2)B．能使α粒子获得的动能为2EkC．加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为1∶2D．加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为2∶1解析：选AC粒子在洛伦兹力作用下，做匀速圆周运动，根据qvB＝meq\f(v2,R)，解得v＝eq\f(qBR,m)，则粒子的最大动能Ekm＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2R2,2m)，因质子与α粒子的质量数之比为1∶4，而电荷数之比为1∶2，所以该回旋加速器能把α粒子加速到eq\f(v,2)，能使其获得的动能仍为Ek，故A正确，B错误；回旋加速器所接交流电的频率应与粒子做匀速圆周运动的频率相同，粒子做匀速圆周运动的频率为f＝eq\f(qB,2πm)，所以加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为1∶2，故C正确，D错误。7．(多选)(2019·泰州模拟)如图所示为一利用海流发电的装置原理图。用绝缘材料制成一个横截面为矩形的管道，在管道的上、下两个内表面装有两块电阻不计的金属板M、N，板长为a、宽为b，板间的距离为d，将管道沿海流方向固定在海水中，在管道中施加与前后表面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B，将航标灯与两金属板连接(图中未画出)。海流方向如图，海流速率为v，下列说法正确的是()A．M板的电势高于N板的电势B．该海流发电机的电动势为BdvC．该海流发电机的电动势为BavD．管道内海水受到的安培力方向向左解析：选ABD由左手定则可知，海流中的正离子受到的洛伦兹力方向向上，所以正离子向上偏转，即M板带正电；负离子受到的洛伦兹力方向向下，所以负离子向下偏转，N板带负电，可知M板的电势高于N板的电势，故A正确；M、N两板间形成电场，当离子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，两板间的电压稳定，即qeq\f(U,d)＝Bqv，得U＝Bdv，两板间电压即该海流发电机的电动势，故B正确，C错误；根据左手定则知，管道内由离子运动形成的电流方向向上，故管道内海水所受安培力方向向左，故D正确。8.(多选)磁流体发电机是一种把物体内能直接转化为电能的低碳环保发电机，如图为其原理示意图，水平放置的平行金属板C、D间有匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体(高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒)水平射入磁场，两金属板间就产生电压。定值电阻R0的阻值是滑动变阻器最大阻值的一半，与开关S串联接在C、D两端，已知两金属板间距离为d，射入等离子体的速度为v，磁流体发电机本身的电阻为r(R0<r<2R0)。不计粒子的重力，则滑动变阻器的滑片P由a端向b端滑动的过程中()A．电阻R0消耗的功率最大值为eq\f(B2d2v2R0,R0＋r2)B．滑动变阻器消耗的功率最大值为eq\f(B2d2v2,R0＋r)C．金属板C为电源负极，D为电源正极D．发电机的输出功率先增大后减小解析：选ACD等离子体射入后，由左手定则可知正离子向D板偏转，负离子向C板偏转，所以金属板C为电源负极，金属板D为电源正极，故C正确；离子在运动过程中同时受静电力和洛伦兹力，到二力平衡时，即eq\f(E,d)q＝qvB，两金属板间的电压稳定，可得E＝Bdv。由题图可知，当滑动变阻器的滑片P位于b端时，电路中电流最大，电阻R0消耗功率最大，其最大值为P1＝I2R0＝eq\f(E2R0,R0＋r2