高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第四节 洛伦兹力与现代技术同步练习题

1.4洛伦兹力与现代技术同步练习2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．如图所示是显像管原理俯视图，接通电源后，电子从电子枪射出，没有磁场时打在O，为使电子偏转，在管颈安装了偏转线圈产生偏转磁场，如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏的A点，偏转磁场应该（　　）

A．竖直向下 B．竖直向上 C．水平向左  D．水平向右

2．有一混合正离子束先后通过正交电、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如图所示，如果这束正离子流在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径r相同，则它们一定具有相同的（ ）

①速度；②质量；③电荷量；④比荷．

A．①③ B．②③④ C．①④ D．①②③④

3．如图所示为一个质量为m、带电量为+q的圆环，可在水平放置的粗糙细杆上自由滑动，细杆处于磁感应强度为B的匀强磁场中，圆环以初速度v0向右运动直至处于平衡状态，则圆环克服摩擦力做的功不可能为（　　）

A．0 B． C． D．

4．如图所示，两个平行金属板 M、N 间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区，电场方向由 M 板指向 N 极，磁场方向垂直纸面向里，OO′为到两极板距离相等的平行两板的直线．一质量为 m，带电量为＋q的带电粒子，以速度 v0 从 O 点射入，沿 OO′方向通过场区，不计带电粒子的重力，则以下说法错误的是（        ）

A．带电量为－q 的粒子以 v0 从 O 点沿 OO′方向射入能匀速通过场区

B．带电量为 2q 的粒子以 v 0从 O 点沿 OO′射入能匀速通过场区

C．粒子仍以速率 v0 从右侧的 O′点沿 O′O 方向射入，粒子仍能匀速通过场区

D．保持电场强度和磁感强度大小不变，方向均与原来相反，粒子以 v0 从 O 点沿 OO′射入，则粒子能匀速通过场区

5．如图所示，有三个离子沿图中虚线轨迹运动，最终分别打在挡板上的、和处，由此可判定（　　）

A．三个离子的速率大小关系为

B．三个离子的速率大小关系为

C．三个离子的比荷大小关系为

D．三个离子的比荷大小关系为

6．如图，初速度不计的电子束经电压为U的电场加速后，进入一半径为r圆形匀强磁场区域（区域中心为O，磁场方向垂直于圆面），最后射到了与OM连线垂直的屏幕上的P处．已知不加磁场时，电子束将通过O点打到屏幕的中心M点，电子的电荷量为e，电子所受重力不计．则下列判断正确的是

A．圆形区域中磁场的方向可能垂直于纸面向里

B．电子在磁场中运动时受到的磁场力大小一定是

C．若仅增加加速电压U，电子束打到屏幕上的位置在P点上方

D．若仅改变圆形区域的磁感强度大小，电子束可能打不到屏幕上

7．如图所示，两平行、正对金属板水平放置，使上面金属板带上一定量正电荷，下面金属板带上等量的负电荷，再在它们之间加上垂直纸面向里的匀强磁场．一个带电粒子以某一初速度v0沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上偏转．若带电粒子所受重力可忽略不计，仍按上述方式将带电粒子射入两板间，为使其进入两板间后向下偏转，下列措施中一定可行方案是（ ）

A．仅增大带电粒子射入时的速度

B．仅增大两金属板所带的电荷量

C．仅减小射入粒子所带电荷量

D．仅改变射入粒子电性

8．在如图所示的平行板电容器中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同，一质量为m、电荷量为q的粒子，以速度v0入射时，恰好沿虚线匀速直线运动，不计粒子重力，仅改变以下条件，下列说法正确的是（　　）

A．增大粒子所带电荷量，则粒子所受电场力增大，粒子向下偏转

B．若增大磁感应强度，粒子射出平行板间，动能增加

C．增大粒子入射速度，同时增大磁感应强度，粒子电势能可能减小

D．增大粒子入射速度，同时增大电场强度，粒子可能仍沿虚线匀速直线运动

9．图示装置叫质谱仪，最初是由阿斯顿设计的，是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。其工作原理如下：一个质量为m、电荷量为g的离子，从容器A下方的小孔飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过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，最后打到照相的底片D上。不计离子重力。则（　　）

A．离子进入磁场时的速率为

B．离子在磁场中运动的轨道半径为

C．离子在磁场中运动的轨道半径为

D．若a、b是两种同位素的原子核，从底片上获知a、b在磁场中运动轨迹的直径之比是，则a、b的质量之比为

10．一带正电的小球，以一定的初速度竖直向下进入一复合场中，下列有可能使小球继续 竖直向下运动的是

A． B．

C． D．

11．如图，空间某一区域内存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子以某一初速度由A点进入这个区域沿直线运动，从C点离开区域；如果这个区域只有电场，则粒子从B点离开场区；如果这个区域只有磁场，则粒子从D点离开场区；设粒子在上述三种情况下，从A到B点、A到C点和A到D点所用的时间分别是t1、t2和t3，比较t1、t2和t3的大小，则有（粒子重力忽略不计）(　　)

A．t1=t2=t3 B．t2＜t1＜t3 C．t1=t3＞t2 D．t1=t2＜t3

12．2020年12月2号22时，经过约19小时月面工作，嫦娥5号完成了月面自动采样封装，这其中要用到许多的压力传感器有些压力传感器是通过霍尔元件将压力信号转化为电信号。如图，一块宽为a、长为c、厚为h的长方体半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。若元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，在元件的前、后表面间出现电压U，以此感知压力的变化。则元件的（　　）

A．前表面的电势比后表面的高

B．前、后表面间的电压U与v无关

C．前、后表面间的电压U与c成正比

D．自由电子受到的洛伦兹力大小为

13．如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里。三个带负电的微粒a、b、c电荷量相等，质量分别为ma、mb、mc。已知在该区域内，a在纸面内向右做匀速直线运动，b在纸面内向左做匀速直线运动，c在纸面内做匀速圆周运动。下列选项正确的是（　　）

A．ma>mb>mc B．mb>mc>ma C．mc>ma>mb D．mc>mb>ma

14．如图所示，a、b、c三个带电粒子从上端小孔O1射入速度选择器后，又都从O2进入下方的磁场，虚线是它们的运动轨迹，它们所带电荷量之比为qa：qb：qc=1：2：4，它们的质量之比为ma：mb：mc=1：1：2，不计粒子重力，则

A．这三种粒子都带负电

B．这三种粒子在偏转磁场中运动的时间都相等

C．打在P2点的粒子是c

D．粒子b、c都打在P1点

15．一长方体电阻率为的金属导体板，长、宽、厚分别为a、b、c，其中a>b>c，置于匀强磁场B中，方向垂直于导体上表面，现将金属板用图甲、乙两种方式接到内阻可不计的电源两端，合上开关后，在导体前后表面（即I、II面）将产生电势差。则关于导体以下说法正确的是（　　）

A．图甲、乙前后表面电势差相等

B．图甲前后表面电势差小于图乙

C．图甲前后表面电势差大于图乙

D．图甲中前表面电势高，图乙中后表面电势高

二、填空题（共4题）

16．回旋加速器

（1）构造：两个D形盒，两D形盒接______流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强______中，如图

（2）工作原理：

①电场的特点及作用

特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在______的电场。

作用：带电粒子经过该区域时被______。

②磁场的特点及作用

特点：D形盒处于与盒面垂直的______磁场中。

作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做______运动，从而改变运动______，______圆周后再次进入电场。

17．目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表示出了它的原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，而从整体来说呈中性）喷射入磁场，磁场中有两块金属A、B，这时金属板上就会聚集电荷，从而在两板之间形成一定的电压，A、B两板就相当于一个电源，则图中A板是电源的________（选填“正极”或“负极”）。

18．一块N型半导体薄片（电子导电）称霍尔元件，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示．已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量e，将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴方向，并通有沿x轴方向的电流I．

(1)此元件的C、C/ 两个侧面中，____________________面电势高．

(2)在磁感应强度一定时， CC/两个侧面的电势差与其中的电流关系是________________________（填成正比或成反比）．

(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通以电流I，用毫伏表测量C、C/间的电压U， 就可测得B．若已知其霍尔系数为：， 测得U =0.6mV，I=3mA．该元件所在处的磁感应强度B的大小是：__________________________________________________．

19．霍尔元件可以用来检测磁场及其变化．图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图．由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场，直导线通有垂直纸面向里的电流，测量原理如图乙所示，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好．

(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件________(填“前表面”或“后表面”)电势高；

(2)在图乙中画线连接成实验电路图______________；

(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B，还必须测量的物理量有________(写出具体的物理量名称及其符号)，计算式B＝________.

三、综合题（共4题）

20．如图所示，在坐标系xoy中，x轴上方存在匀强磁场，方向垂直于xoy向里；在x轴下方存在匀强电场，电场强度为E，电场方向与xoy平面平行，且与x轴成夹角．一质量为m，电荷量为q（q>0）的粒子从y轴上P1   (0,)点静止释放．一段时间后粒子进入磁场，且从y轴上的P2（图中未画出）垂直于y轴飞入第二象限．不计粒子重力．求：

（1）粒子第一次进入磁场时的速度大小；

（2）磁场的磁感应强度B及粒子第一次在磁场中运动的时间；

（3）粒子第三次到达x轴的位置。

21．一个质量m=2×10-2 kg、电荷量q=+5×10-3 C的带电小球在0时刻以v0=40 m/s的速度从O点沿+x方向(水平向右)射入一空间,在该空间同时加上如图乙所示的电场和磁场,其中电场沿-y方向(竖直向上),电场强度大小E0=40 V/m．磁场垂直于xOy平面向外,磁感应强度大小B0=4π T．当地的重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力,计算结果中可以保留根式或π．求:

(1)12 s末小球速度的大小;

(2)在给定的xOy坐标系中,大体画出小球在0~24 s内运动轨迹的示意图;

(3)26 s末小球的位置坐标．

22．长为L的平行板电容器沿水平方向放置，其极板间的距离为d，电势差为U，有方向垂直纸面向里的磁感应强度大小为B的匀强磁场．荧光屏MN与电场方向平行，且到匀强电、磁场右侧边界的距离为x，电容器左侧中间有发射质量为m带＋q的粒子源，如图甲所示．假设a、b、c三个粒子以大小不等的初速度垂直于电、磁场水平射入场中，其中a粒子沿直线运动到荧光屏上的O点；b粒子在电、磁场中向上偏转；c粒子在电、磁场中向下偏转．现将磁场向右平移与电场恰好分开，如图乙所示．此时，a、b、c粒子在原来位置上以各自的原速度水平射入电场，结果a粒子仍恰好打在荧光屏上的O点；b、c中有一个粒子也能打到荧光屏，且距O点下方最远；还有一个粒子在场中运动时间最长，且打到电容器极板的中点．求：

(1)a粒子在电、磁场分开后，再次打到荧光屏O点时的动能；

(2)b，c粒子中打到荧光屏上的点与O点间的距离(用x、L、d表示)；

(3)b，c中打到电容器极板中点的那个粒子先、后在电场中，电场力做功之比．

23．如图所示，坐标空间中有场强为E=100 N/C的匀强电场和磁感应强度为B=10-3T的匀强磁场，y轴为两种场的分界面，图中虚线为磁场区域的右边界，现有一质量为m，电荷量为-q的带电粒子从电场中坐标位置(-1，0)处，以初速度vo=105 m/s沿x轴正方向开始运动，且已知带电粒子的比荷= 108 C/kg，粒子的重力忽略不计，则：

(1)求带电粒子进入磁场的速度大小；

(2)为使带电粒子能穿越磁场区域而不再返回电场中，求磁场的宽度d应满足的条件

参考答案：

1．B

2．C

3．C

4．C

5．D

6．D

7．D

8．D

9．C

10．A

11．D

12．A

13．B

14．D

15．B

16．     交     磁场     周期性变化     加速     匀强     匀速圆周     方向     半个

17．负极

18．     C′     成正比     0.02T

19．     前表面     如图所示:

     电压表读数U; 电流表读数I    

20．（1）,（2）,（3）.

21．(1)20 m/s；　(2) 　；(3) （(120-) m， (45+) m）

22．(1) (2) (3)

23．(1)m/s       (2)2.41m