2021学年4 洛伦兹力的应用习题

这是一份2021学年4 洛伦兹力的应用习题，共12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洛伦兹力的应用同步练习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．关于回旋加速器的下列说法，其中正确的有A．电场和磁场同时用来加速带电粒子B．随着粒子圆周运动的半径不断增大，粒子在磁场中运动半周所需时间也不断增大C．在确定的交流电源下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大D．同一带电粒子获得的最大动能与交流电源的电压大小有关2．如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，其中丙的磁感应强度大小为B、电场强度大小为E，下列说法正确的是（　　）A．甲图要增大粒子的最大动能，可减小磁感应强度B．乙图可判断出A极板是发电机的正极C．丙图中粒子沿直线通过速度选择器的条件是D．丁图中若导体为金属，稳定时C板电势高3．如图所示，水平放置平行金属板间存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B．一带电量为＋q，质量为m的粒子(不计重力)以速度v水平向右射入，粒子恰沿直线穿过，则下列说法正确的是A．若只将带电粒子带电量变为＋2q，粒子将向下偏转B．若只将带电粒子带电量变为－2q，粒子仍能沿直线穿过C．若只将带电粒子速度变为2v且粒子不与极板相碰，则从右侧射出时粒子的电势能减少D．若带电粒子从右侧水平射入，粒子仍能沿直线穿过4．目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：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粒子，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板 A、B，这时金属板上就聚集了电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的 是   (             )A．A 板带正电B．有电流从 a 经用电器流向 bC．金属板 A、B 间的电场方向向下D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力5．现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，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的6倍．此离子和质子的质量比约为 　 A．3 B．9 C．18 D．366．两个完全相同的带等量的正电荷的小球a和b，从同一高度自由落下，分别穿过高度相同的水平方向的匀强电场和匀强磁场，如图所示，然后再落到地面上，设两球运动所用的总时间分别为ta、tb，则（　　）A．ta＝tb B．ta＞tb C．ta＜tb D．条件不足，无法比较7．中国科学家发现了量子反常霍尔效应，杨振宁称这一发现是诺贝尔奖级．如图所示，厚度为，宽度为的金属导体，当磁场方向与电流方向（自由电子定向移动形成电流）垂直时在上下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．下列说法正确的是A．上表面的电势高于下表面B．下表面的电势高于上表面C．增大时，上下表面的电势差增大D．增大时，上下表面的电势差增大8．如图所示为霍尔元件的示意图，长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，则下面说法中正确的是（　　）A．金属块上、下表面电势相等B．金属块上、下表面电势差U仅与磁感应强度B有关C．金属块中场强方向由上表面指向下表面D．金属块上表面电势低于下表面电势9．有一带电荷量为＋q、重为G的小球，从竖直的带电平行板上方h处自由落下，两极板间匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向如图所示，则带电小球通过有电场和磁场的空间时（     ）A．一定做曲线运动B．不可能做曲线运动C．有可能做匀速运动D．有可能做匀加速直线运动10．英国物理学家阿斯顿首次制成了质谱仪，并用它确定了同位素的普遍存在．若两种带电粒子a、b(不计重力)由S1射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是A．两种粒子都带负电B．金属板P1、P2间电场方向水平向左C．b粒子的速度大于a粒子的速度D．a粒子的比荷大于b粒子的比荷11．如图所示，平行金属板M、N之间有竖直向下的匀强电场，虚线下方有垂直纸面的匀强磁场，质子和 α粒子分别从上板中心S点由静止开始运动，经电场加速后从O点垂直磁场边界进入匀强磁场，最后从a、b两点射出磁场（不计重力），下列说法正确的是A．磁场方向垂直纸面向内B．从a点离开的是α粒子C．从b点离开的粒子在磁场中运动的速率较大D．粒子从S出发到离开磁场，由b点离开的粒子所用时间较长12．如图所示,一带负电的物体从粗糙斜面顶端滑到底端时的速度为v1,若加上一垂直纸面向外的匀强磁场,物体滑到底端时的速度为v2 则( )A．v1<v2 B．v1=v2 C．v1>v2 D．无法确定13．目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如图所示，电路有一段金属导体，它是长为a、宽为b、高为c的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流．已知该金属导体单位长度中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动.两电极M、N均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则磁感应强度的大小和电极M、N的正负为（       ）A．，M正、N负B．，M负、N正C．，M负、N正D．，M正、N负14．如图所示，空间有一垂直纸面的磁感应强度为0.5T的匀强磁场，一质量为0.2kg且足够长的绝缘木板静止在光滑水平面上，在木板左端无初速放置一质量为0.1kg、电荷量q=+0.2C的滑块，滑块与绝缘木板之间动摩擦因数为0.5，滑块受到的最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力。现对木板施加方向水平向左，大小为0.6N恒力，g取10m/s2。则（  ）A．木板和滑块一直做加速度为2m/s2的匀加速运动B．最终木板做加速度为2 m/s2的匀加速运动，滑块做速度为10m/s的匀速运动C．最终木板做加速度为3 m/s2的匀加速运动，滑块做速度为10m/s的匀速运动D．如只将电荷改为负电荷其它条件不变，木板和滑块一直做加速度为3m/s2的匀加速运动15．如图所示，在长方形abcd区域内有正交的电磁场，ab＝＝L，一带电粒子从ad的中点垂直于电场和磁场方向射入，恰沿直线从bc边的中点P射出，若撤去磁场，则粒子从c点射出；若撤去电场，则粒子将(重力不计)(　　) A．从b点射出B．从b、P间某点射出C．从a点射出D．从a、b间某点射出二、填空题（共4题）16．质谱仪是分离同位素的重要仪器，其原理如图所示，带等量异种电荷的两平行金属板P1，P2之间的电压为U，一个带负电的粒子（不计重力）从P1板中由静止释放，之后从O点进入另一磁感应强度为B的匀强磁场中，在洛仑磁力的作用下，粒子做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在挡板MN上的A点．已知粒子的质量为m，电荷量为q，可以判断粒子带________电，OA两点间的距离为________17．如图所示为一个电磁流量计的示意图，截面为正方形的磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感强度为B．现测得液体a、b两点间的电势差为U，则管内导电液体单位时间的流量Q=______．18．一导体材料的样品的体积为a×b×c， A′、C、A、C′为其四个侧面，如图所示．已知导体样品中载流子是自由电子，且单位体积中的自由电子数为n，电阻率为ρ，电子的电荷量为e，沿x方向通有电流I．(1)导体样品A′、A两个侧面之间的电压是________，导体样品中自由电子定向移动的速率是________．(2)将该导体样品放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴正方向，则导体侧面C的电势________(填“高于”、“低于”或“等于”)侧面C′的电势．(3)在(2)中，达到稳定状态时，沿x方向的电流仍为I，若测得C、C′两侧面的电势差为U，则匀强磁场的磁感应强度B的大小为____________．19．霍尔效应是电磁现象之一，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P、Q间通入电流强度为I的电流，同时外加与薄片垂直的磁感应强度为B的磁场，则在M、N间出现大小为UH的电压，这个现象称为霍尔效应，UH称为霍尔电压，且满足，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甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“+”接线柱与_____（选填“M”或“N”）端通过导线相连．（2）该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路，S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片（未画出）．为使电流从Q端流入，P端流出，应将S1掷向_________（选填“a”或“b”），S2掷向_______（选填“c”或“d”）．（3）已知薄片厚度d＝0.40mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示．I（×10-3A） 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0 UH（×10-3V） 1.1 1.9 3.4 4.5 6.2 6.8 根据表中数据在给定区域内（见答题卡）画出UH-I图线，请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．如图所示，在x轴下方的区域内存在沿y轴正向的匀强电场，电场强度大小为E，在x轴上方存在以O为圆心、半径为R的半圆形匀强磁场（MN为直径），磁感应强度大小为B、方向垂直于xoy平面向外，y轴上的A点与O点的距离为d．一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子从A点由静止释放，经电场加速后从O点射入磁场，不计粒子的重力．（1）求粒子在磁场中运动的速度大小和轨道半径；（2）要使粒子进入磁场后从ON穿出磁场，求电场强度的最大值Em；（3）若电场强度大小为2Em，求粒子在磁场中运动的时间．21．如图所示，有三个宽度均相等的区域I、Ⅱ、Ⅲ；在区域I和Ⅲ内分别为方向垂直于纸面向外和向里的匀强磁场（虚线为磁场边界面，并不表示障碍物），区域I磁感应强度大小为B，某种带正电的粒子，从孔O1以大小不同的速度沿图示与夹角α=300的方向进入磁场（不计重力）。已知速度为v0和2v0时，粒子仅在区域I内运动且运动时间相同，均为t0。（1）试求出粒子的比荷、速度为2v0的粒子从区域I射出时的位置离O1的距离L；（2）若速度为v的粒子在区域I内的运时间为，在图中区域Ⅱ中O1O2上方加竖直向下的匀强电场，O1O2 下方对称加竖直向上的匀强电场，场强大小相等，使速度为v的粒子每次均垂直穿过I、Ⅱ、Ⅲ区域的边界面并能回到O1点，则请求出所加电场场强大小与区域Ⅲ磁感应强度大小。22．电磁学理论彻底改变了人类对宇宙的认识和人类的生活．我们生活中常见的力除了引力就是电磁力，通常所说的弹力、摩擦力本质上都是电磁力．按照毕奥萨伐尔定律，一小段通电导线产生的磁场，如图甲，在与之垂直的方向上距离r处的P点，磁感强度为，式中I为导线中的电流强度，l为该小段导线的长度，μ0称作真空磁导率，是一个常量．（1）一个电量为q1的带正电粒子，以平行于导线方向的速度v1通过p点时求粒子受到的洛伦兹力大小（2）简要说明在分析q1受力时为什么不考虑导线中的电荷对粒子的库仑力（3）运动电荷产生的磁场，与一小段导线类似，也可以用毕奥萨伐尔定律进行分析．若把导线换成电量为q2带正电的粒子，速度为v2方向与v1相同，如图乙，则它们之间既有电场力又有磁场力．a.指出两电荷间洛伦兹力方向相斥还是相吸b.在研究阴极射线（电子束）时，人们发现阴极射线总是发散的，请根据计算说明其中原因．已知真空磁导率μ0=4π×10-7Tm/A，静电力常量k=9×109Nm2/C2．23．如图所示，平面直角坐标系的第一象限存在沿y轴负方向的匀强电场，电场强度为E，第四象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，一质量为m，电荷量为+q的粒子从y轴的A点以速度沿x轴正方向进入电场，经电场偏转后从x轴的C点进入磁场，其方向与x轴正方向成30°角，最后从y轴的D点垂直射出，不计重力。求：（1）粒子进入匀强磁场的位置C与坐标原点的距离L；（2）匀强磁场的磁感应强度及粒子在磁场中运动的时间；（3）若使粒子经磁场后不再进入电场，磁感应强度的大小应满足什么条件？
参考答案：1．C2．C3．B4．D5．D6．C7．C8．D9．A10．D11．D12．C13．B14．C15．C16．     负     17．18．               高于     19．     M     b     c        1.5 20．（1），（2）（3）21．（1），；（2），22．(1)    (2) 导线内部既有正电荷又有负电荷，对P点带电粒子的库仑力相互抵消     (3) 相吸   23．（1）（2）；（3）