2023年高考物理預(yù)測題練習(xí) 洛倫茲力及應(yīng)用含答案

高考物理預(yù)測題之洛倫茲力及應(yīng)用

一、單選題

1.某興趣小組設(shè)計(jì)的測量大電流的裝置如圖所示，通有電流I的螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場8k/,通有

待測電流/'的直導(dǎo)線垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場*A/'O調(diào)節(jié)電阻R,當(dāng)電流表示數(shù)

為時(shí)，元件輸出霍爾電壓「“為零，則待測電流/'的方向和大小分別為（）

2.霍爾元件廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，有的電動(dòng)自行車上控制速度的轉(zhuǎn)動(dòng)把手就應(yīng)用了霍爾元件，這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手

稱為“霍爾轉(zhuǎn)把”?！盎魻栟D(zhuǎn)把”內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖。開啟電動(dòng)自行車的電源時(shí)，在霍爾器件

的上下面之間就有一個(gè)恒定電流I,如圖。將“霍爾轉(zhuǎn)把”旋轉(zhuǎn)，永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，施加在霍爾器件上的磁場

就發(fā)生變化，霍爾器件就能輸出變化的電勢差U。這個(gè)電勢差是控制車速的，電勢差與車速的關(guān)系如圖。以下

敘述正確的是（）

A.若霍爾元件的自由電荷是自由電子，則C端的電勢高于。端的電勢

B.若改變霍爾器件上下面之間的恒定電流I的方向，將影響車速控制

C.其他條件不變，僅增大恒定電流I,可使電動(dòng)自行車更容易獲得最大速度

D.按第一張圖順時(shí)針均勻轉(zhuǎn)動(dòng)把手，車速減小

3.“天問一號”環(huán)繞火星飛行過程中攜帶磁強(qiáng)計(jì)探測火星磁場。有一種磁強(qiáng)計(jì)原理如圖所示。將一段橫截面為長

方形的N型半導(dǎo)體（靠自由電子導(dǎo)電）放在勻強(qiáng)磁場中，兩電極P、Q分別與半導(dǎo)體的前、后兩側(cè)接觸。已知

磁場方向沿y軸正方向，N型半導(dǎo)體橫截面的長為a,寬為b,單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n,電子電荷量為e,

自由電子所做的定向移動(dòng)可視為勻速運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體中通有沿X軸正方向、大小為I的電流時(shí)，測得兩電極P、Q

間的電勢差大小為U。下列說法正確的是（）

B.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為

C.磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為

D.其他條件不變時(shí)，B越大，U越小

4.如圖所示為一種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：離子源、加速電場、靜電分析器、

磁分析器、收集器。靜電分析器通道中心線MN所在圓的半徑為R,通道內(nèi)有均勻輻射的電場，中心線處的電

場強(qiáng)度大小為E；磁分析器中分布著方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁分析器的左邊界與靜電

分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的離子（初速度為零，重力不計(jì)），經(jīng)加速電場

加速后進(jìn)入靜電分析器，沿中心線MN做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而后由P點(diǎn)進(jìn)入磁分析器中，最終經(jīng)過Q點(diǎn)進(jìn)入收集

器（進(jìn)入收集器時(shí)速度方向與OzP平行），下列說法正確的是（）

囤離子源

A.磁分析器中勻強(qiáng)磁場的方向垂直于紙面向內(nèi)

B.任何比荷相同的正離子都能進(jìn)入收集器，但從P到Q的時(shí)間不同

C.加速電場中的加速電壓U=ER

D.磁分析器中軌跡圓心02到Q點(diǎn)的距離J',,,'r

\*

5.如圖所示，利用電磁鐵產(chǎn)生磁場，電流表檢測輸入霍爾元件的電流，電壓表檢測霍爾元件輸出的霍爾電壓。

已知圖中的1、2、3、4是霍爾元件（載流子為電子）上的四個(gè)接線端，開關(guān)\、S閉合后，電流表A和電表

甲、乙都有明顯示數(shù)，下列說法正確的是（)

A.通過霍爾元件的磁場方向豎直向上

B.電表甲為電壓表，電表乙為電流表

C.接線端2的電勢低于接線端4的電勢

D.若減小用的電阻、增大R的電阻，則電表乙的示數(shù)一定增大

6.關(guān)于下列四幅圖的說法正確的是（）

A.圖甲是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加電壓U

B.圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，正離子進(jìn)入后會偏向B板，A板電勢高于B板電勢

C.圖丙是速度選擇器的示意圖，帶電粒子（不計(jì)重力）能夠沿直線從右側(cè)進(jìn)入并勻速通過速度選擇器的條

件是,?=*

B

D.圖丁是質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，粒子打在底片上的位置越靠近狹縫S3說明粒子的比荷越大

二、多選題

7.某一質(zhì)譜儀原理如圖所示，區(qū)域I為粒子加速器，加速電壓為J;區(qū)域∏為速度選擇器，磁場與電場正交，

磁感應(yīng)強(qiáng)度為屈，兩板間距離為d;區(qū)域In為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為A。今有一質(zhì)量為m、電荷量為q的

粒子（不計(jì)重力），由靜止經(jīng)加速電場（加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運(yùn)

動(dòng)。下列說法正確的是（）

-------------O一

IUl

×^：-×F

<——；-----

II×I：×

?----'------

×X

XXOX×××KB

z2

???XX××s××××

XXXXXXX

A.粒子帶負(fù)電

B.粒子離開加速器時(shí)的速度大小」

Vm

C.速度選擇器兩板間的電壓「

；d?m

區(qū)Yq

8.如圖是回旋加速器的原理圖，由兩個(gè)半徑均為R的D形盒組成，D形盒上加周期性變化的電壓，電壓的值為

U,D形盒所在平面有垂直盒面向下的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在加速器中被

A.粒子每次經(jīng)過D形盒之間的縫隙后動(dòng)能增加qU

B.粒子每次經(jīng)過D形盒之間的縫隙后速度增大

VE

C.粒子以速度V在D形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)半圓后動(dòng)能增加2qυBR

D.粒子離開D形盒時(shí)動(dòng)能為

2m

三、綜合題

9.如圖所示為某質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理圖?，F(xiàn)讓質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為零的粒子，經(jīng)加速電壓為U的加

速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器的平行金屬板之間有相互正交的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為4的勻

強(qiáng)磁場（圖中均未畫出）。該粒子恰能沿直線通過，并從平板S上的狹縫P進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為M、方向垂直紙

面向外的有界勻強(qiáng)磁場中，在磁場中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，最終打在照相底片上的A點(diǎn)。底片厚度可忽略不計(jì)，且

（1）帶電粒子進(jìn)入速度選擇器時(shí)的速率I-；

（2）速度選擇器中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小E；

（3）照相底片上A點(diǎn)與狹縫P之間的距離Lo

10.某一質(zhì)譜儀原理如圖所示，區(qū)域I為粒子加速器，加速電壓為，，；區(qū)域∏為速度選擇器，磁場與電場正

交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為四，兩板間距離為d；區(qū)域HI為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為*。今有一質(zhì)量為m、電荷量為

q的正粒子（不計(jì)重力），經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求:

Φ

5

Xτ

Bl

IIXX

X;X

_____________I.

XXoX瓦

、XXX

???××X、、X×,*'X

××××××X

（1）粒子離開加速器時(shí)的速度大小V；

（2）速度選擇器兩板間的電壓L；

（3）粒子在分離器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R。

11.在芯片制造過程中，離子注入是芯片制造重要的工序。甲圖是我國自主研發(fā)的離子注入機(jī)，乙圖是離子注入

機(jī)的部分工作原理示意圖。從離子源發(fā)出的離子經(jīng)電場加速后沿水平方向先通過速度選擇器，再進(jìn)入磁分析

器，磁分析器是中心線半徑為R的四分之一圓環(huán)，其兩端中心位置M和N處各有一個(gè)小孔，利用磁分析器選擇

出特定比荷的離子后經(jīng)N點(diǎn)打在硅片（未畫出）上，完成離子注入。已知速度選擇器和磁分析器中的勻強(qiáng)磁場

的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向均垂直紙面向外；速度選擇器中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為E。整個(gè)系統(tǒng)置于真

空中，不計(jì)離子重力。求：

（1）能從速度選擇器中心線通過的離子的速度大小v；

（2）能通過N打到硅片上的離子的比荷"，并判斷該離子的帶電性質(zhì)。

m

12.托卡馬克是一種利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器，如圖1,它的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏

繞著線圈，在通電的時(shí)候托卡馬克的內(nèi)部產(chǎn)生的磁場可以把高溫條件下高速運(yùn)動(dòng)的離子約束在小范圍內(nèi)。如圖2

為該磁約束裝置的簡化模型，兩個(gè)圓心均在。點(diǎn)，半徑分別為α和3/?的圓環(huán)將空間分成區(qū)域I和％區(qū)域I內(nèi)

無磁場，區(qū)域∏內(nèi)有方向垂直于紙面向里，大小為B的勻強(qiáng)磁場。一束不同速率、電量為+9、質(zhì)量為6的帶

電粒子從點(diǎn)沿著區(qū)域I的半徑方向射入環(huán)形的勻強(qiáng)磁場，不計(jì)一切阻力與粒子重力。

圖1

(1)求能約束在此裝置內(nèi)的粒子的最大初動(dòng)能1;

(2)求從射入環(huán)形磁場到第一次返回圓形區(qū)域I,在區(qū)域II運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間；

(3)若粒子沿軸正方向射入環(huán)形磁場，每運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，又能再一次以X軸正方向通過。點(diǎn)，則粒子初

動(dòng)能心,為多大時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)的周期最短，并求最短周期「…。

1.D

2.C

3.C

4.D

5.C

6.D

7.B,D

8.A,D

9.(1)解：帶電粒子在電場中被加速，則/→,n.

則進(jìn)入速度選擇器時(shí)的速率L想

(2)解：在速度選擇器中運(yùn)動(dòng)時(shí)匕廠隊(duì)B1

解得E=4欄Q

(3)解：粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則

L=2r

解得Y再

10.(1)解：粒子加速過程根據(jù)動(dòng)能定理，則有l(wèi)iL?'mv

解得.'?

Xm

(2)解：粒子經(jīng)過速度選擇器過程受力平衡，則有"=q?B

d

解得I、B仆虬

..J

(3)解：粒子在分離器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓第二定律，則有q?B=喘

解得#==?強(qiáng)強(qiáng)

BMq

H.(1)解；離子通過速度選擇器時(shí)，有qE=q?B

E

解得≈

B

(2)解；離子在磁分析器中，有qvB^m

R

g_￡

解得

mB-R

對離子受力分析可知，離子受到洛侖茲力指向圓心0,根據(jù)左手定則可知離子帶正電荷

12.(1)解：粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)