考前適應練二十　洛倫茲力與現(xiàn)代科技-原卷版

學而優(yōu)教有方考前適應練二十洛倫茲力與現(xiàn)代科技題型一質譜儀例1(多選)如圖所示，一束電荷量相同的帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強磁場和勻強電場(左側極板帶正電，右側極板帶負電)組成的速度選擇器，然后粒子通過平板S上的狹縫P進入另一勻強偏轉磁場，最終打在A1、A2上，下列說法正確的是()A．粒子帶正電B．速度選擇器中磁場方向為垂直紙面向里C．所有打在A1A2上的粒子，在勻強偏轉磁場中的運動時間都相同D．粒子打在A1A2上的位置越遠，粒子的質量越大變式訓練1現(xiàn)代質譜儀可用來分析比質子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定．質子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經勻強磁場偏轉后從出口離開磁場．若某種一價正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經勻強磁場偏轉后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應強度增加到原來的12倍．此離子和質子的質量比約為()A．11B．12C．121D．144題型二回旋加速器例2勞倫斯和利文斯設計出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示．置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可忽略．磁感應強度為B的勻強磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產生的質子質量為m、電荷量為＋q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對論效應和重力的影響．則下列說法正確的是()A．質子被加速后的最大速度不可能超過2πRfB．質子離開回旋加速器時的最大動能與加速電壓U成正比C．質子第2次和第1次經過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1∶eq\r(2)D．不改變磁感應強度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能加速α粒子題型三電場與磁場疊加的應用實例分析考向1速度選擇器例3如圖所示為一速度選擇器，兩極板MN之間的距離為d，極板間所加電壓為U，兩極板間有一磁感應強度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強磁場．一束質子流從左側兩板邊緣連線的中點沿兩板中心線進入板間區(qū)域，能夠沿直線運動，不計粒子重力．則下列說法正確的是()A．M極板接電源的負極B．質子流的入射速度為eq\f(Bd,U)C．如果將質子換成電子，從右側沿中心線以與質子流相同的速率進入板間區(qū)域，則電子在該區(qū)域運動過程中電勢能增加D．如果換成一束α粒子，仍從左側沿中心線以與質子流相同的速度進入板間區(qū)域，則α粒子同樣可以沿直線飛出該區(qū)域考向2磁流體發(fā)電機例4磁流體發(fā)電機的原理如圖所示．將一束等離子體連續(xù)以速度v垂直于磁場方向噴入磁感應強度大小為B的勻強磁場中，可在相距為d、正對面積為S的兩平行金屬板間產生電壓．現(xiàn)把上、下板和電阻R連接，上、下板等效為直流電源的兩極．等離子體穩(wěn)定時在兩極板間均勻分布，電阻率為ρ.忽略邊緣效應及離子的重力，下列說法正確的是()A．上板為正極，a、b兩端電壓U＝BdvB．上板為負極，a、b兩端電壓U＝eq\f(Bd2vρS,RS＋ρd)C．上板為正極，a、b兩端電壓U＝eq\f(BdvRS,RS＋ρd)D．上板為負極，a、b兩端電壓U＝eq\f(BdvRS,Rd＋ρS)考向3電磁流量計例5某化工廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計，測量管由絕緣材料制成，其長為L、直徑為D，左右兩端開口，在前后兩個內側面a、c固定有金屬板作為電極，勻強磁場方向豎直向下．污水(含有大量的正、負離子)充滿管口從左向右流經該測量管時，a、c兩端的電壓為U，顯示儀器顯示污水流量Q(單位時間內排出的污水體積)．則()A．a側電勢比c側電勢低B．污水中離子濃度越高，顯示儀器的示數(shù)越大C．污水流量Q與U成正比，與L、D無關考向4霍爾效應的原理和分析例6(多選)自行車速度計可以利用霍爾效應傳感器獲知自行車的運動速率．如圖甲所示，一塊磁鐵安裝在前輪上，輪子每轉一圈，磁鐵就靠近傳感器一次，傳感器就會輸出一個脈沖電壓．如圖乙所示，電源輸出電壓為U1，當磁場靠近霍爾元件時，在導體前后表面間出現(xiàn)電勢差U2(前表面的電勢低于后表面的電勢)．下列說法中正確的是()A．圖乙中霍爾元件的載流子帶正電B．已知自行車車輪的半徑，再根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)，即獲得車速大小C．若傳感器的電源輸出電壓U1變大，則霍爾電勢差U2變大D．霍爾電勢差U2的大小與霍爾元件所用的材料有關課時精練1．關于洛倫茲力的應用，下列說法正確的是()A．圖a速度選擇器中篩選出的粒子沿著PQ做勻加速直線運動B．圖b回旋加速器接入的工作電源是直流電C．圖c是質譜儀的主要原理圖，其中eq\o\al(1,1)H、eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H在磁場中偏轉半徑最大的是eq\o\al(3,1)HD．圖d是磁流體發(fā)電機，將一束等離子體噴入磁場，A、B兩板間會產生電壓，且A板電勢高2.如圖所示，若速度為2v0、電荷量為q的正離子恰能沿直線飛出離子速度選擇器，選擇器中磁感應強度為B，電場強度為E，則在其他條件不變的情況下()A．若改為電荷量為－q的離子，將往上偏B．若速度變?yōu)関0將往上偏C．若改為電荷量為＋2q的離子，將往下偏D．若速度變?yōu)?v0將往上偏3．1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器如圖甲所示，其原理如圖乙所示，這臺加速器由兩個銅質D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，現(xiàn)對氚核(eq\o\al(3,1)H)加速，所需的高頻電源的頻率為f，已知元電荷為e，下列說法正確的是()A．被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周運動的周期隨半徑的增大而增大B．高頻電源的電壓越大，氚核最終射出回旋加速器的速度越大C．氚核的質量為eq\f(eB,2πf)D．該回旋加速器接頻率為f的高頻電源時，也可以對氦核(eq\o\al(4,2)He)加速4.(多選)如圖所示是磁流體發(fā)電機的示意圖，兩平行金屬板P、Q之間有一個很強的磁場．一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電離子)沿垂直于磁場的方向噴入磁場．把P、Q與電阻R相連接．下列說法正確的是()A．Q板的電勢高于P板的電勢B．R中有由a向b方向的電流C．若只改變磁場強弱，R中電流保持不變D．若只增大離子入射速度，R中電流增大5．在實驗室中有一種污水流量計如圖甲所示，其原理可以簡化為如圖乙所示模型：廢液內含有大量正、負離子，從直徑為d的圓柱形容器右側流入，左側流出．流量Q等于單位時間通過橫截面的液體的體積．空間有垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場，并測出M、N間的電壓U，則下列說法正確的是()A．正、負離子所受洛倫茲力方向是相同的B．容器內液體的流速為v＝eq\f(U,Bd)C．污水流量計也可以用于測量不帶電的液體的流速D．污水流量為Q＝eq\f(πUd,2B)6.海底通信電纜通電后會產生磁場，科學家為了檢測某一海域中磁感應強度的大小，利用圖中一塊長為a、寬為b、厚為c，單位體積內自由電子數(shù)為n的金屬霍爾元件，放在海底磁場中，當有如圖所示的恒定電流I(電流方向和磁場方向垂直)通過元件時，會產生霍爾電勢差UH，通過元件參數(shù)可以求得此時海底的磁感應強度B的大小(地磁場較弱，可以忽略)．下列說法正確的是(提示：電流I與自由電子定向移動速率v之間關系為I＝nevbc，其中e為單個電子的電荷量)()A．元件上表面的電勢高于下表面的電勢B．僅增大霍爾元件的寬度c，上、下表面的電勢差不變C．僅增大霍爾元件的厚度b，上、下表面的電勢差不變D．其他條件一定時，霍爾電壓越小，則該處的磁感應強度越大7.如圖為一種改進后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場場強大小恒定，且被限制在AC板間，虛線中間不需加電場，帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場，經加速后再進入D形盒中的勻強磁場做勻速圓周運動，對這種改進后的回旋加速器，下列說法正確的是()A．加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸無關B．帶電粒子每運動一周被加速一次C．帶電粒子每運動一周P1P2等于P2P3D．加速電場方向需要做周期性的變化8．(多選)如圖所示為質譜儀的結構圖，該質譜儀由速度選擇器與偏轉磁場兩部分組成，已知速度選擇器中的磁感應強度大小為B0、電場強度大小為E，熒光屏PQ下方勻強磁場的方向垂直紙面向外，磁感應強度大小為2B0.三個帶電荷量均為q、質量不同的粒子沿豎直方向經速度選擇器由熒光屏上的狹縫O進入偏轉磁場，最終打在熒光屏上的S1、S2、S3處，相對應的三個粒子的質量分別為m1、m2、m3，忽略粒子的重力以及粒子間的相互作用．則下列說法正確的是()A．三個粒子均帶負電B．打在S3位置的粒子質量最大C．如果S1S3＝Δx，則m3－m1＝eq\f(qB02·Δx,2E)D．粒子進入偏轉磁場的速度是eq\f(E,B0)9．(多選)“天問一號”火星探測器由地火轉移階段進入火星俘獲階段后，環(huán)繞火星飛行三個月，反復對首選著陸區(qū)進行預先探測．“天問一號”環(huán)繞器攜帶磁強計等探測儀器．目前有一種磁強計，用于測定磁場的磁感應強度，原理如圖所示．電路有一段金屬導體，它的橫截面是寬a、高b的長方形，放在沿y軸正方向的勻強磁場中，導體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流．已知金屬導體單位長度中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導電過程中，自由電子所做的定向移動可視為勻速運動．兩電極M、N分別與金屬導體的前后兩側接觸，用電壓表測出金屬導體前后兩個側面間的電勢差為U.則關于磁感應強度的大小和電極M、N的正負說法正確的是()A．M為正、N為負B．M為負、N為正C．磁感應強度的大小為eq\f(neU,aI)D．磁感應強度的大小為eq\f(nebU,I)10．如圖為某種質譜儀的示意圖，質譜儀由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．靜電分析器通道中心軸線的半徑為R，通道內存在均勻輻向電場；磁分析器有范圍足夠大的有界勻強磁場，方向垂直紙面向外．質子和待測未知粒子x，先后從靜止開始經加速電壓為U的電場加速后沿中心軸線通過靜電分析器，從P點垂直邊界進入磁分析器，最終分別打到膠片上的C、D點．已知質子質量為m、電荷量為q，粒子x的電荷量是質子的2倍，PC＝2R，PD＝2eq\r(2)R.求：(1)靜電分析器中心軸線處的場強大小E；(2)磁感應強度大小B；(3)粒子x的質量M.11．