2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案070-课时作业60 洛伦兹力与现代科技（教用）

这是一份2027年高考物理一轮复习 突破练习含答案070-课时作业60 洛伦兹力与现代科技（教用），共40页。试卷主要包含了回旋加速器的工作原理如图所示，，但满足0 基础达标练
1．关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（ ）
A. 图甲速度选择器中筛选出的粒子沿着PQ做匀加速直线运动
B. 图乙回旋加速器接入的工作电源是直流电源
C. 图丙是质谱仪的主要原理图，通过离子打在底片上的位置可以算出离子的比荷
D. 图丁是磁流体发电机，将一束等离子体喷入磁场，A、B两板间会产生电压，且A板电势高
【答案】C
【解析】题图甲速度选择器中筛选出的粒子运动时受到电场力和洛伦兹力，二力平衡，粒子沿着PQ做匀速直线运动，故A错误；回旋加速器接入的工作电源是交流电源，故B错误；题图丙是质谱仪的主要原理图，由qU=12mv2和qvB=mv2R，整理得qm=2UB2R2，通过测量离子打在底片上的位置可得到轨迹半径R，就可以算出离子的比荷，故C正确；将一束等离子体喷入磁场，根据左手定则可知，正离子向下偏转，负离子向上偏转，所以B板电势高，故D错误。
2．回旋加速器的工作原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，处于与盒面垂直的匀强磁场中，它们之间有一定的电势差U。A处的粒子源产生的带电粒子在加速器中被加速。下列说法正确的是（ ）
A. 带电粒子在D形盒内被磁场不断地加速
B. 交流电源的周期等于带电粒子做圆周运动的周期
C. 两D形盒间电势差U越大，带电粒子离开D形盒时的动能越大
D. 加速次数越多，带电粒子离开D形盒时的动能越大
【答案】B
【解析】带电粒子被盒缝间电场不断地加速，磁场对带电粒子的力不做功，A错误；交流电源的周期等于带电粒子做圆周运动的周期，这样才能保证粒子每次经过D形盒间隙时均能被电场加速，B正确；由qvB=mv2R可得带电粒子离开D形盒时的动能Ek=12mv2=B2q2R22m，则最大动能与两D形盒间电势差U无关，与加速次数无关，C、D错误。
3．（2025·福建厦门一模）多选 门磁装置是安全报警的一种装置，其简化结构如图所示，永磁铁固定在门框上，霍尔元件固定在门板上，其长、宽、高分别为l、b、ℎ，霍尔元件通有方向如图所示的恒定电流I。门关闭时霍尔元件在永磁铁正下方，门打开时，霍尔元件所在位置磁场的磁感应强度减小导致霍尔电压发生变化，当电压达到某设定值时报警器发出警报。达到报警条件时霍尔元件与永磁铁之间的距离越小设备灵敏度越高，则（ ）
A. 门打开时，霍尔电压升高
B. 门打开时，霍尔电压降低
C. 适当增大b，该设备将更加灵敏
D. 适当增大ℎ，该设备将更加灵敏
【答案】BD
【解析】载流子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，有Ubq=Bqv，结合电流的微观表达式有I=nqSv=nqbℎv，联立解得U=BInqℎ，门打开时，霍尔元件所在位置磁场的磁感应强度减小，霍尔电压降低，故A错误，B正确；由U=BInqℎ可知，霍尔电压与b无关，适当增大ℎ，其他条件不变情况下，该设备将更加灵敏，故C错误，D正确。
4．（2025·湖南常德一模）多选 我国在科研领域不断突破，自主研发的先进质谱仪和回旋加速器在诸多关键领域发挥重要作用。已知某科研团队利用自主研发的小型质谱仪对一种新型超导材料的杂质粒子进行分析，随后将筛选出的电荷量为q、质量为m的粒子导入自主研发的紧凑型回旋加速器进行进一步加速研究。两种仪器的原理图如图所示，其中D形金属盒半径为R，两金属盒接在电压为U、周期为T的交流电源上，则下列说法中正确的是（ ）
A. 图甲中，粒子的比荷越大，偏转半径越大
B. 图甲中，若两种同位素的原子核在磁场中运动轨迹的直径之比是2:1，则质量之比为4:1
C. 图乙中，粒子在D形盒中运动时，洛伦兹力对粒子不做功，其冲量为0
D. 图乙中，粒子所能获得的最大动能为2mπ2R2T2
【答案】BD
【解析】题图甲中，粒子通过电场加速可得qU=12mv2，加速后的粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，可得qvB=mv2r，联立可得r=1B2mUq，可知粒子的比荷越大，偏转半径越小；同位素的电荷量相等，轨迹直（半）径之比是2:1，则质量之比是4:1，故A错误，B正确。粒子在D形盒中运动时，洛伦兹力与速度方向垂直，则洛伦兹力对粒子不做功，根据I=Ft可知其冲量不为0，故C错误。根据qvmB=mvm2R、T=2πmqB可得，粒子所能获得的最大动能为Ekm=12mvm2=2mπ2R2T2，故D正确。
5．（2025·山西太原一模）多选 磁流体发电是一种新型的高效发电方式。如图所示，将气体加热到使之高度电离，形成等离子体，正、负离子的电荷量均为q，将等离子体以速度v喷入两金属板之间。两金属板的正对面积为S，板长（沿等离子体速度v方向）为L，板间距离为d，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于等离子体初速度方向，并与极板平行，负载电阻R的阻值可调。已知喷入两板间的等离子体单位体积内有n对正、负离子，忽略板间等离子体的电阻，则（ ）
A. 上极板为磁流体发电机的正极
B. 稳定时发电机的电动势大小为Bdv
C. 磁流体发电机的最大功率为2nqBdv2S
D. 发电机功率最大时，电阻R的阻值为BL2nqS
【答案】BD
【解析】由左手定则可知，正离子受到向下的洛伦兹力，向下偏转，则下极板为发电机的正极，上极板为负极，故A错误；稳定时等离子体做匀速直线运动，有qEd=qvB，解得发电机电动势大小E=Bdv，故B正确；喷入两板间的等离子体全部聚集到两极板上时，发电机的功率最大，离子的速度为v，则在时间t内喷入等离子体的体积为V=vtd⋅SL=vtdSL，则电荷量为Q=2nq⋅V=2nqvtdSL，电流I=Qt=2nqvdSL，故最大功率为P=EI=2nqBd2v2SL，故C错误；由闭合电路欧姆定律有I=ER，联立解得R=BL2nqS，故D正确。
6．人体血管状况及血液流速可以反映身体健康状态。血管中的血液通常含有大量的正负离子。如图，血管内径为d，血流速度v方向水平向右。现将方向与血管横截面平行，且垂直于纸面向内的匀强磁场施于某段血管，其磁感应强度大小恒为B，当血液的流量（单位时间内流过血管横截面的液体体积）一定时（ ）
A. 血管上侧电势低，血管下侧电势高
B. 若血管内径变小，则血液流速变小
C. 血管上下侧电势差与血液流速无关
D. 血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小
【答案】D
【解析】根据左手定则可知正离子向血管上侧偏转，负离子向血管下侧偏转，则血管上侧电势高，血管下侧电势低，故A错误；设血液的流量（单位时间内流过血管横截面的液体体积）为Q，若血管内径变小，则血管的横截面积变小，根据Q=Sv可知血液流速变大，故B错误；稳定时，离子所受洛伦兹力等于所受的电场力，根据qvB=qUd，可得U=dvB，又v=Qπ(d2)2，联立可得U=4QBπd，可知血管上下侧电势差变大，说明血管内径变小，血液的流速变化时，血管内径一定改变，则血管上下侧电势差一定改变，所以血管上下侧电势差与血液流速有关，故D正确，C错误。
能力强化练
7．（2025·云南卷·14）（14分）磁屏蔽技术可以降低外界磁场对屏蔽区域的干扰。如图所示，x≥0区域存在垂直于xOy平面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B1（未知）。第一象限内存在边长为2L的正方形磁屏蔽区ONPQ，经磁屏蔽后，该区域内的匀强磁场方向仍垂直于xOy平面向里，其磁感应强度大小为B2（未知），但满足0