2022高考物理微專題69洛倫茲力與現(xiàn)代科技

1、微專題69洛倫茲力與現(xiàn)代科技1速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電磁流量計和霍爾元件等各種電磁儀器中，最終平衡的標志是qvBqEq.2.對回旋加速器：(1)所加交變電場的周期T等于粒子做圓周運動的周期；(2)粒子最大速度v，與加速電壓U無關1.一束粒子由左端射入質譜儀后分成甲、乙兩束，其運動軌跡如圖1所示，其中S0AS0C，則下列說法正確的是()圖1A甲束粒子帶正電荷，乙束粒子帶負電荷B甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷CP2極板電勢比P1極板電勢高D若甲、乙兩束粒子的電荷量相等，則甲、乙兩束粒子的質量比為32答案B解析由左手定則可知，甲束粒子帶負電荷，乙束粒子帶正電荷，故A錯誤；根據(jù)洛倫茲力提供向心力

2、有qvB2m，整理可得r，由于r甲<r乙，又v、B2都相同，所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷，故B正確；能夠通過狹縫S0的帶電粒子，需滿足qEqvB1，若粒子帶正電荷，該粒子在磁場B1中受向上的洛倫茲力作用，若滿足平衡條件，該粒子所受電場力方向一定向下，則P1極板電勢比P2極板電勢高，故C錯誤；若甲、乙兩束粒子的電荷量相等，由r和r甲r乙可知，甲、乙兩束粒子的質量比為23，故D錯誤2.(多選)(2020·湖北鄂東南聯(lián)盟模擬)如圖2所示是電磁流量計的示意圖圓管由非磁性材料制成，空間有勻強磁場當管中的待測液體從右向左流過磁場區(qū)域時，測出管壁上M、N兩點間的電壓U，就可以知道管中

3、液體的流量Q(單位時間內流過管道橫截面的液體的體積)已知管的直徑為d，磁感應強度為B，則下列說法中正確的是()圖2A管中待測液體必須是導電液體，流量計才能正常工作BM點電勢一定高于N點的電勢C污水中離子濃度越高，M、N兩點間的電壓U越大DM、N兩點間的電壓U與污水流量Q成正比答案AD解析根據(jù)電磁流量計工作原理可知，管中待測液體必須是導電液體，流量計才能正常工作，故A正確；根據(jù)左手定則，在洛倫茲力作用下，正離子向管道N的一側集中，而負離子向管道M的一側集中，兩者之間形成電勢差，則N點電勢高于M點電勢，故B錯誤；當正負離子受到的電場力與洛倫茲力平衡時，離子不再偏移，此時M、N間有穩(wěn)定的電勢差，形成

4、一個勻強電場，設M、N兩點間的電勢差為U，對離子有qvBq，解得UBdv，設在時間t內流進管道的污水體積為V，則流量Q，故C錯誤，D正確3.(2020·廣東深圳市第二次檢測)1932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，如圖3所示，磁感應強度為B的勻強磁場與D形盒面垂直，兩盒間的狹縫很小，粒子穿過的時間可忽略，它們接在電壓為U、周期為T的交流電源上，中心A處粒子源產(chǎn)生的粒子飄入狹縫中由初速度為零開始加速，最后從出口處飛出，D形盒的半徑為R，下列說法正確的是()圖3A粒子在出口處的最大動能與加速電壓U有關B粒子在出口處的最大動能與D形盒的半徑無關C粒子在D形盒中運動的總時間與交流電的周

5、期T有關D粒子在D形盒中運動的總時間與粒子的比荷無關答案D解析根據(jù)回旋加速器的加速原理，粒子不斷加速，做圓周運動的半徑不斷變大，最大半徑即為D形盒的半徑R，由qBvmm，得vm，最大動能為Ekm，選項A、B均錯誤；粒子每加速一次動能增加EkqU，粒子加速的次數(shù)為N，粒子在D形盒中運動的總時間tN·，T，聯(lián)立得tN·，選項C錯誤，選項D正確4.(2020·遼寧丹東市檢測)如圖4所示，一段長方體形導電材料，左右兩端面的邊長都為a和b，內有帶電荷量為q的某種自由運動電荷導電材料置于方向垂直于其前表面向里的勻強磁場中，內部磁感應強度大小為B.當通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時，

6、測得導電材料上、下表面之間的電壓為U，且上表面的電勢比下表面的低由此可得該導電材料單位體積內自由運動電荷數(shù)及自由運動電荷的正負分別為()圖4A.，負 B.，正C.，負 D.，正答案C解析因為上表面的電勢比下表面的低，故上表面帶負電荷，根據(jù)左手定則，知道移動的電荷為負電荷；根據(jù)電荷所受的洛倫茲力和電場力平衡可得：|q|vB|q|，解得：v，因為電流為：In|q|vSn|q|vab，解得：n，故C正確5.如圖5是一種由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成的質譜儀示意圖已知靜電分析器的四分之一圓弧通道的半徑為R，通道內有一方向均指向圓心O的均勻輻射電場，電場強度大小為E.磁分析器中有垂直紙面向外的勻強

7、磁場，磁感應強度為B.現(xiàn)使位于A處的離子從靜止開始經(jīng)加速電場U加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電分析器，離開P點進入磁分析器后，最終打在乳膠片上的Q點下列判斷正確的是()圖5A該種離子可以為正離子，也可以為負離子B加速電場的電壓U是與離子無關的定值C加速電場的電壓U的大小與離子種類有關D同位素在該裝置中一定打在乳膠片上的同一位置答案B解析均勻輻射電場方向均指向圓心O，離子進入靜電分析器后受指向圓心的電場力，該力提供離子做圓周運動所需的向心力，故離子只能為正離子，A錯誤；因R為定值，且Eq，又qUmv2，得到UER，故加速電場的電壓U是一個與離子無關的定值，B正確，C錯誤；離子進入磁分析器的磁場后，B

8、qv，得r，同位素的質子數(shù)相同，中子數(shù)不同，則q一定相同，m一定不同，故一定不能打在乳膠片上的同一位置，D錯誤6.(2020·河北邯鄲市期末)如圖6所示，虛線MN、PQ之間為勻強電場，MN的上方和PQ的下方分別有垂直于紙面向里的磁感應強度為B1和B2的勻強磁場，且B2B1，一不計重力的帶電粒子從MN上的a點垂直于MN向上射出，經(jīng)過磁場偏轉后垂直于MN方向從b點進入電場，穿越電場后，從c點再次進入磁場，經(jīng)過磁場偏轉后以垂直于PQ的速度打到d點，若ab2cd，則粒子從b到c克服電場力做的功W與其從a點出發(fā)時的初動能Ek1之比為()圖6AWEk112 BWEk113CWEk123 DWEk

9、145答案A解析設粒子在電場上方和下方磁場中的速率分別為v1、v2，在上方和下方磁場中軌道半徑分別為R1、R2，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可得：R1、R2根據(jù)題意可得B2B1、R12R2，v1v2在電場中，根據(jù)動能定理可得Wmvmv×mvEk1，故A正確、B、C、D錯誤7(多選)(2020·山東省測試)海水中含有大量的正負離子，并在某些區(qū)域具有固定的流動方向，據(jù)此人們設計并研制“海流發(fā)電機”，可生產(chǎn)無污染的再生能源，對海洋航標燈持續(xù)供電，其工作原理如圖7所示，用絕緣防腐材料制成一個橫截面為矩形的管道，在管道上、下兩個表面裝有防腐導電板M、N，板長為a、寬為b(未標出)，兩板間距

10、為d，將管道沿著海水流動方向固定于海水中，將航標燈L與兩導電板M和N連接，加上垂直于管道前后面的勻強磁場(方向如圖)，磁感應強度大小為B，海水流動方向如圖所示，海水流動速率為v，已知海水的電阻率為，航標燈電阻為R，則下列說法正確的是()圖7A“海流發(fā)電機”對航標燈L供電的電流方向是MLNB“海流發(fā)電機”產(chǎn)生感應電動勢的大小是UBavC通過航標燈L電流的大小是D“海流發(fā)電機”發(fā)電的總功率為答案AC解析由左手定則可知，海水中正、負離子受洛倫茲力作用分別向M板和N板集中；M板帶正電，N板帶負電，發(fā)電機對航標燈提供電流方向是MLN，故A項正確；在M、N兩板間形成穩(wěn)定的電場后，其中的正、負離子受電場力和

11、洛倫茲力作用而平衡，在兩板間形成穩(wěn)定電壓，則：Bqv，解得：UBdv，故B項錯誤；由閉合電路歐姆定律得，通過航標燈的電流為I，r，則I，故C項正確；“海流發(fā)電機”發(fā)電的總功率為：PIU，故D項錯誤8.質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖8所示，離子源S產(chǎn)生質量為m、電荷量為q的鉀離子，離子出來時速度很小，可視為零離子經(jīng)過電勢差為U的電場加速后，沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場，經(jīng)半圓周到達照相底片上的P點圖8(1)求粒子進入磁場時的速度v0；(2)求P點到入口S1的距離x；(3)在實驗過程中由于儀器不完善，加速電壓在平均值U附近變化±U

12、，求需要以多大相對精確度維持加速電壓值，才能使鉀39、鉀41的同位素束在照相底片上不發(fā)生覆蓋答案(1)(2)(3)2.5%解析(1)粒子在加速電場中運動，由動能定理有qUmv0解得速度v0.(2)粒子在磁場中做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力，則有：qvB，解得R，x2R.(3)設鉀39、鉀41的質量分別為m1、m2，根據(jù)(2)問軌道半徑R得鉀39在磁場中的最大半徑R1max鉀41在磁場中的最小半徑R2min由題意知R1max<R2min，即m1(UU)<m2(UU)<2.5%.9如圖9甲所示，以兩虛線M、N為邊界，中間存在平行紙面且與邊界垂直的水平電場，M、N間電壓UMN

13、的變化圖像如圖乙所示，電壓的最大值為U0、周期為T0；M、N兩側為相同的勻強磁場區(qū)域、，磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度為B.在t0時刻，將一帶正電的粒子從邊界線M上的A點由靜止釋放，經(jīng)電場加速后進入磁場，粒子在磁場中做圓周運動的周期也為T0.兩虛線M、N間寬度很小，粒子在其間的運動時間不計，也不考慮粒子所受的重力，求：圖9(1)該粒子的比荷；(2)粒子第1次和第2次從右向左經(jīng)邊界線N離開磁場區(qū)域時兩位置間的距離；(3)若粒子的質量增加，電荷量不變，t0時，將其在A處由靜止釋放，求t2T0時粒子的速度大小答案(1)(2)2()(3)解析(1)粒子進入磁場后做勻速圓周運動，由洛倫茲力提供向心力得qBvm，又T，解得r，T根據(jù)題意可知TT0，所以粒子的比荷.(2)由于不計粒子穿越MN間的時間，則可認為在t0時刻出發(fā)的粒子穿越MN的過程中，電壓始終為U0.在tT0時刻，粒子第1次自右向左穿過邊界線N時再加速一次，進入磁場區(qū)域時的速度為v1，即粒子在區(qū)域、勻速圓周運動一周時間T0共被加速2次對粒子從開始運動經(jīng)過一個周期T0過程，由動能定理得2qU0mv，解得v1