2023-2024學年高二物理粵教版（2023）選修第二冊-1.4洛倫茲力與現(xiàn)代技術同步練習(1)（原卷版+解析版）

第第頁2023-2024學年高二物理粵教版（2023）選修第二冊——1.4洛倫茲力與現(xiàn)代技術同步練習(1)（原卷版+解析版）1.4洛倫茲力與現(xiàn)代技術（解析版）

1．(多選)在勻強磁場中，一個帶電粒子做勻速圓周運動，如果又順利垂直進入另一磁感應強度是原來磁感應強度2倍的勻強磁場，則()

A．粒子的速率加倍，周期減半

B．粒子速率不變，軌道半徑減半

C．粒子的速率減半，軌道半徑變?yōu)樵瓉淼?/4

D．粒子速率不變，周期減半

【答案】BD

【解析】由于洛倫茲力不做功，故粒子速率不變，A、C錯誤；由r＝和T＝判斷B、D正確。

2．(多選)在回旋加速器中，下列說法正確的是()

A．電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子旋轉

B．電場和磁場同時用來加速帶電粒子

C．在確定的交流電壓下，回旋加速器的半徑越大，同一帶電粒子獲得的動能越大

D．同一帶電粒子獲得的最大動能只與交流電源的電壓有關，而與交流電源的頻率無關

【答案】AC

【解析】在回旋加速器中磁場是用來偏轉的，電場是用來加速的，所以選項A正確，B錯誤。在確定的交流電壓下，回旋加速器的半徑越大，同一帶電粒子獲得的動能越大，與交流電源的電壓無關，選項C正確，D錯誤。

3．如圖所示，圖甲為磁流體發(fā)電機原理示意圖，圖乙為質譜儀原理圖，圖丙和圖丁分別為速度選擇器和回旋加速器的原理示意圖，忽略粒子在圖丁的D形盒狹縫中的加速時間，下列說法錯誤的是（）

A．圖甲中，將一束等離子體噴入磁場，A、B板間產(chǎn)生電勢差，B板電勢高

B．圖乙中，、、三種粒子經(jīng)加速電場射入磁場，在磁場中偏轉半徑最大

C．圖丙中，若質子可以自上而下平行極板勻速通過，則速率相同的電子可以自下而上平行極板勻速通過

D．圖丁中，隨著粒子速度的增大，交變電流的頻率不變

【答案】C

【解析】

A．根據(jù)左手定則，正離子向B板偏轉，所以B板帶正電，電勢較高。A正確，不符合題意；

B．粒子經(jīng)電場加速后，有

在磁場中，根據(jù)牛頓第二定律得

解得

三粒子的電量相同，的質量最大，所以其半徑最大，B正確，不符合題意；

C．速度選擇器只選速度，對粒子的正負沒有限制，所以若質子可以自上而下平行極板勻速通過，則率相同的電子也可以自上而下平行極板勻速通過，自下而上平行極板則不能勻速通過。C錯誤，符合題意；

D．隨著速度的增大，粒子在磁場中運動的頻率不變，則交變電流的頻率不變。D正確，不符合題意。故選C。

4.(多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強磁場中，如圖所示。要增大帶電粒子射出時的動能，下列說法中正確的是()

A．增大勻強電場間的加速電壓

B．增大磁場的磁感應強度

C．減小狹縫間的距離

D．增大D形金屬盒的半徑

【答案】BD

【解析】設D形金屬盒半徑為R，則R＝，因此Ek＝mv2＝，所以增大B或R都能增大帶電粒子射出時的動能，B、D正確。

5．如圖所示，勻強磁場方向水平向里，勻強電場方向豎直向下，有一正離子恰能沿直線從左向右水平飛越此區(qū)域，則（）

A．若電子以同樣大小的速度從右向左飛入，電子也沿直線運動

B．若電子以同樣大小的速度從右向左飛入，電子將向上偏轉

C．若電子以同樣大小的速度從右向左飛入，電子將向下偏轉

D．若電子以同樣大小的速度從左向右飛入，電子將向上偏轉

【答案】B

【解析】

ABC．若電子以同樣大小的速度從右向左飛入，電場力向上，洛倫茲力也向上，所以向上偏，故AC錯誤，B正確；

D．若電子以同樣大小的速度從左向右飛入，電場力向上，洛倫茲力向下．由題意知電子受力平衡將做勻速直線運動，故D錯誤。

故選B。

6．有三束粒子，分別是質子(p)、氚核(H)和α粒子束，如果它們以相同的速度沿垂直于磁場方向射入勻強磁場(磁場方向垂直紙面向里)。在如圖所示的四個圖中，能正確地表示出這三束粒子運動軌跡的是()

【答案】C

【解析】三束粒子以相同的速度沿垂直于磁場方向進入勻強磁場，因此粒子做勻速圓周運動，則qvB＝，

所以r＝。因此它們的半徑大小之比為

Rp∶R氘∶Rα＝∶∶＝1∶3∶2。

由此可判斷出C答案正確。

7．如圖所示，一內(nèi)壁光滑的玻璃管豎直放置，上端開口，下端封閉，管底有一帶電小球，整個裝置在垂直紙面向里且足夠大的勻強磁場中?，F(xiàn)對管施加一水平向右的恒力F，經(jīng)過一段時間，小球從上端開口處飛出，在這個過程中小球所帶電量不變，下列說法中正確的是（）

小球所受洛倫茲力方向始終豎直向上

B．小球運動的軌跡為拋物線

C.洛倫茲力對小球做正功

D．小球的機械能增加

【答案】D

【解析】

ABC．設小球豎直分速度為vy、水平分速度為v。以小球為研究對象，受力如圖所示

由于小球隨玻璃管在水平方向做勻加速直線運動，則豎直方向的洛倫茲力增大，豎直方向做變加速運動，由運動的合成可知，小球運動的軌跡不是拋物線，洛倫茲力方向總是與小球的速度方向垂直，對小球不做功，故ABC錯誤；

D．由于小球受到玻璃管的作用力對小球做正功，故小球的機械能增加，故D正確。

故選D。

8.(多選)長為L的水平極板間，有垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，板間距離也為L，極板不帶電，現(xiàn)有質量為m、電荷量為q的帶正電粒子(重力不計)，從左邊極板間中點處垂直磁場以速度v水平射入，如圖所示，欲使粒子不打在極板上，可采用的辦法是()

A．使粒子速度v

C．使粒子速度v>

D．使粒子速度時，

粒子就打不到極板上。

當粒子緊擦著上極板左邊緣飛出時(如圖所示)

R＝，由R＝得v＝＝，即當粒子的速度v。

9．圖是質譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強度為B0的勻強磁場。下列表述錯誤的是()

A．質譜儀是分析同位素的重要工具

B．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外

C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B

D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質比越小

【答案】D

【解析】因同位素原子的化學性質完全相同，無法用化學方法進行分析，故質譜儀就成為同位素分析的重要工具，A正確。在速度選擇器中，帶電粒子所受電場力和洛倫茲力在粒子沿直線運動時應等大反向，結合左手定則可知B正確。再由qE＝qvB有v＝E/B，C正確。在勻強磁場B0中R＝，所以＝，D錯誤。

10.(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示。這臺加速器由兩個銅質D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，下列說法正確的是()

A．離子由加速器的中心附近進入加速器

B．離子由加速器的邊緣進入加速器

C．離子從磁場中獲得能量

D．離子從電場中獲得能量

【答案】AD

【解析】回旋加速器的兩個D形盒間隙分布周期性變化的電場，不斷地給帶電粒子加速使其獲得能量；而D形盒處分布有恒定不變的磁場，具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到磁場的洛倫茲力提供的向心力而做圓周運動；洛倫茲力不做功故不能使離子獲得能量，C錯；離子源在回旋加速器的中心附近，所以正確選項為A、D。

11．如圖所示，在x＞0，y＞0的空間中有恒定的勻強磁場，磁感應強度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B?，F(xiàn)有一質量為m、電荷量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，以平行于y軸的初速度射入此磁場，在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場。不計重力的影響。由這些條件可知()

A．不能確定粒子通過y軸時的位置

B．不能確定粒子速度的大小

C．不能確定粒子在磁場中運動所經(jīng)歷的時間

D．以上三個判斷都不對

【答案】D

【解析】垂直于x軸進入磁場，垂直于y軸離開磁場，由此可確定離子運動的軌跡是四分之一個圓周，故選項A、B、C都能確定，只能選D。

12．(多選)如圖所示，有a、b、c、d四個離子，它們帶等量的同種電荷，質量不等，ma＝mb

C．使粒子速度v>

D．使粒子速度<v<

9．圖是質譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強度為B0的勻強磁場。下列表述錯誤的是()

A．質譜儀是分析同位素的重要工具

B．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外

C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B

D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質比越小

10.(多選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示。這臺加速器由兩個銅質D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，下列說法正確的是()

A．離子由加速器的中心附近進入加速器

B．離子由加速器的邊緣進入加速器

C．離子從磁場中獲得能量

D．離子從電場中獲得能量

11．如圖所示，在x＞0，y＞0的空間中有恒定的勻強磁場，磁感應強度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B?，F(xiàn)有一質量為m、電荷量為q的帶電粒子，在x軸上到原點的距離為x0的P點，以平行于y軸的初速度射入此磁場，在磁場作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場。不計重力的影響。由這些條件可知()

A．不能確定粒子通過y軸時的位置

B．不能確定粒子速度的大小

C．不能確定粒子在磁場中運動所經(jīng)歷的時間

D．以上三個判斷都不對

12．(多選)如圖所示，有a、b、c、d四個離子，它們帶等量的同種電荷，質量不等，ma＝mb<mc＝md，以不等的速度va<vb＝vc<vd進入速度選擇器后，有兩種離子從速度選擇器中射出，進入B2磁場，由此可判定()

射到A1的是a離子

B．射到A1的是b離子

C．射到A2的是c離子

D．射到A2的是d離子

13．質量為m、電荷量為q的微粒，以與水平方向成角的速度v，從O點進入方向如圖所示的正交的勻強電場和勻強磁場組成的混合場區(qū)，該微粒在電場力、洛倫茲力和重力的共同作用下，恰好沿直線運動到A，重力加速度為g，下列說法正確的是（）

A．該微粒一定帶負電荷

B．微粒從O到A的運動可能是勻變速運動

C．該磁場的磁感應強度大小為

D．該電場的場強為

14．如圖所示，在真空中半徑為r＝3×10－2m的圓形區(qū)域內(nèi)有一勻強磁場，磁場的磁感應強度B＝0.2T，方向垂直紙面向外。一帶正電粒子以v0＝1.2×106m/s的初速度從磁場邊界上的a點射入磁場，已知該粒子的比荷＝1.0×108C/kg，不計粒子的重力，則粒子在磁場中運動的最長時間為多少？

15．如圖所示，一束電子的電荷量為－e，以速度v垂直射入磁感應強度為B、寬度為d的有界勻強磁場中，穿過磁場時的速度方向與原來電子的入射方向的夾角θ是30°，則電子的質量是多少？電子穿過磁場的時間又是多少？

16.如圖所示，虛線圓所圍區(qū)域內(nèi)有方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B。一束電子沿圓形區(qū)域的直徑方向以速度v射入磁場，電子束經(jīng)過磁場區(qū)域后，其運動方向與原入射方向成θ＝60°角，設電子的質量為m，電荷量為－e，不計電子之間的相互作用力及電子所受的