高中一輪復(fù)習(xí)物理課時(shí)檢測(cè)（五十五）磁場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例（題型研究課）

課時(shí)檢測(cè)(五十五)磁場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例(題型研究課)一、單項(xiàng)選擇題1．用于加速質(zhì)子的回旋加速器的核心部分如圖所示，D形盒半徑為R，垂直D形盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，兩盒分別與交流電源相連。下列說法正確的是()A．質(zhì)子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大B．質(zhì)子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大C．只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值D．不需要改變?nèi)魏瘟?，這個(gè)裝置也能用于加速β粒子解析：選A由r＝eq\f(mv,qB)知，當(dāng)r＝R時(shí)，質(zhì)子有最大速度vm＝eq\f(qBR,m)，即B、R越大，vm越大，vm與加速電壓無(wú)關(guān)，A對(duì)，B錯(cuò)；由相對(duì)論知，隨著質(zhì)子速度v的增大、質(zhì)量m會(huì)發(fā)生變化，據(jù)T＝eq\f(2πm,qB)知質(zhì)子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期會(huì)變化，所加交流電與其運(yùn)動(dòng)不再同步，即質(zhì)子不可能一直被加速下去，C錯(cuò)；由周期公式知β粒子與質(zhì)子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不同，故此裝置不能用于加速β粒子，D錯(cuò)。2．如圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖。A、B極板間的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，等離子束從左向右進(jìn)入板間。下述說法正確的是()A．A板電勢(shì)高于B板，負(fù)載R中電流向上B．B板電勢(shì)高于A板，負(fù)載R中電流向上C．A板電勢(shì)高于B板，負(fù)載R中電流向下D．B板電勢(shì)高于A板，負(fù)載R中電流向下解析：選C等離子束指的是含有大量正、負(fù)離子，整體呈電中性的離子流，進(jìn)入磁場(chǎng)后，正離子受到向上的洛倫茲力向A板偏，負(fù)離子受到向下的洛倫茲力向B板偏。正離子聚集在A板，而負(fù)離子聚集在B板，A板電勢(shì)高于B板，電流方向從A→R→B，即R中電流向下，C正確。3.如圖所示，兩平行金屬板P、Q水平放置，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電；板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出)。一個(gè)帶電粒子在兩板間沿虛線所示路徑做勻速直線運(yùn)動(dòng)，粒子通過兩平行板后，從O點(diǎn)垂直進(jìn)入另一個(gè)垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過半個(gè)周期后打在擋板MN上的A點(diǎn)，不計(jì)粒子重力，則下列說法不正確的是()A．此粒子一定帶正電B．P、Q間的磁場(chǎng)方向一定垂直紙面向里C．若另一個(gè)帶電粒子也能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則它一定與該粒子具有相同的荷質(zhì)比D．若另一個(gè)帶電粒子也能沿相同的軌跡運(yùn)動(dòng)，則它一定與該粒子具有相同的荷質(zhì)比解析：選C粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由題圖知粒子向下偏轉(zhuǎn)，粒子剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)所受洛倫茲力豎直向下，應(yīng)用左手定則可知，粒子帶正電，故A正確；粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所受合力為零，粒子所受電場(chǎng)力豎直向下，則粒子所受洛倫茲力豎直向上，由左手定則可知，P、Q間的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，故B正確；粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由平衡條件可知：qvB＝qE，則：v＝eq\f(E,B)，粒子具有相同的速度即可，不一定具有相同的荷質(zhì)比，故C錯(cuò)誤；粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，由牛頓第二定律得：qvB＝meq\f(v2,r)，解得：eq\f(q,m)＝eq\f(v,Br)，由于粒子勻速通過P、Q間的復(fù)合場(chǎng)，則粒子速度v相同，若粒子運(yùn)動(dòng)軌跡相同，則粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r相同，則粒子的荷質(zhì)比相同，故D正確。4．如圖所示，有一金屬塊放在垂直于表面C的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，當(dāng)有穩(wěn)恒電流沿平行平面C的方向通過時(shí)，下列說法正確的是()A．金屬塊上表面M的電勢(shì)高于下表面N的電勢(shì)B．電流增大時(shí)，M、N兩表面間的電壓U增大C．磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，M、N兩表面間的電壓U減小D．金屬塊中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)越少，M、N兩表面間的電壓U越小解析：選B由左手定則可知，金屬塊通有題圖所示電流時(shí)，自由電子受到向上的洛倫茲力，向上表面M偏轉(zhuǎn)，故上表面M電勢(shì)低于下表面N的電勢(shì)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；最終電子所受洛倫茲力和電場(chǎng)力相互平衡，即evB＝eq\f(U,d)e，則有U＝Bvd，由此可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，M、N兩表面間的電壓U增大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由電流的微觀表達(dá)式I＝neSv可知，電流增大說明自由電子定向移動(dòng)速率v增大，由U＝Bvd可知，M、N兩表面間的電壓增大，B項(xiàng)正確；電流一定時(shí)，金屬塊中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n越少，自由電子定向移動(dòng)的速率一定越大，所以M、N兩表面間的電壓U越大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。5．質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計(jì)，是分離和檢測(cè)不同同位素的儀器。工作原理如圖所示，電荷量均為＋q、質(zhì)量不同的離子，初速度幾乎為零地進(jìn)入電壓為U0的加速電場(chǎng)。這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN＝L，且OM＝L。某次測(cè)量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)eq\f(2,3)區(qū)域MQ損壞，檢測(cè)不到離子，但右側(cè)eq\f(1,3)區(qū)域QN仍能正常檢測(cè)到離子。在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后，原本打在MQ的離子即可在QN檢測(cè)到。為使原本打在MN中點(diǎn)P的離子能打在QN區(qū)域，則加速電壓U的值不可能為()A.eq\f(16U0,9) B.eq\f(100U0,81)C.eq\f(140U0,81) D．2U0解析：選D由題意知，開始離子在加速電場(chǎng)中加速有，qU0＝eq\f(1,2)mv2，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)有，qvB＝meq\f(v2,r0)，且離子打在P點(diǎn)時(shí)，r0＝eq\f(3,4)L，解得m＝eq\f(9qB2L2,32U0)；當(dāng)加速電壓為U時(shí)，qU＝eq\f(1,2)mv′2，qv′B＝meq\f(v′2,r)；離子打在Q點(diǎn)時(shí)，r＝eq\f(5,6)L，得U＝eq\f(100U0,81)；離子打在N點(diǎn)時(shí)，r＝L，得U＝eq\f(16U0,9)；則加速電壓U的范圍為eq\f(100U0,81)≤U≤eq\f(16U0,9)，D不可能。二、多項(xiàng)選擇題6．如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖，如果粒子所具有的速率v＝eq\f(E,B)，那么()A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過B．帶負(fù)電粒子必須沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，才能沿直線通過C．不論粒子電性如何，沿ab方向從左側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過D．不論粒子電性如何，沿ba方向從右側(cè)進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，都能沿直線通過解析：選AC按四個(gè)選項(xiàng)要求讓粒子進(jìn)入，可知只有A、C選項(xiàng)中粒子所受洛倫茲力與電場(chǎng)力等大反向，能沿直線勻速通過磁場(chǎng)。7．太陽(yáng)風(fēng)含有大量高速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子和電子，可用于發(fā)電。如圖所示，太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)入兩平行極板之間的區(qū)域，速度為v，方向與極板平行，該區(qū)域中有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(未畫出)，方向垂直紙面，兩極板間的距離為L(zhǎng)，則()A．在開關(guān)K未閉合的情況下，兩極板間穩(wěn)定的電勢(shì)差為BLvB．閉合開關(guān)K后，若回路中有穩(wěn)定的電流I，則極板間電場(chǎng)恒定C．閉合開關(guān)K后，若回路中有穩(wěn)定的電流I，則電阻消耗的熱功率為2BILvD．閉合開關(guān)K后，若回路中有穩(wěn)定的電流I，則電路消耗的能量等于洛倫茲力所做的功解析：選AB太陽(yáng)風(fēng)進(jìn)入兩極板之間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，開關(guān)K未閉合的情況下，穩(wěn)定后，帶電離子受到洛倫茲力和電場(chǎng)力作用，且eq\f(qU,L)＝qvB，解得U＝BLv，選項(xiàng)A正確；閉合開關(guān)K后，若回路中有穩(wěn)定的電流，則兩極板之間的電壓恒定，電場(chǎng)恒定，選項(xiàng)B正確；回路中電流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(BLv,R)，電阻消耗的熱功率P＝I2R＝eq\f(B2L2v2,R)＝BILv，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；洛倫茲力永不做功，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。8．(2018·衡陽(yáng)八中檢測(cè))如圖，一束帶電粒子以一定的初速度，沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B和勻強(qiáng)電場(chǎng)E組成的速度選擇器，然后通過平板S上的狹縫P，進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B′，最終打在A1A2上。下列表述正確的是()A．粒子帶負(fù)電B．所有打在A1A2上的粒子，在磁場(chǎng)B′中運(yùn)動(dòng)時(shí)間都相同C．能通過狹縫P的粒子的速度等于eq\f(E,B)D．粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子的比荷eq\f(q,m)越大解析：選CD由題圖知，粒子在磁場(chǎng)中向左偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則知，粒子帶正電，故A錯(cuò)誤；所有打在A1A2上的粒子，在磁場(chǎng)B′中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間等于t＝eq\f(T,2)，T＝eq\f(2πm,qB′)，則t＝eq\f(πm,qB′)，與粒子的比荷有關(guān)，故B錯(cuò)誤；能通過狹縫P的粒子經(jīng)過速度選擇器時(shí)，所受的電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，有：qE＝qvB，則v＝eq\f(E,B)，故C正確；經(jīng)過速度選擇器進(jìn)入磁場(chǎng)B′的粒子速度相等，根據(jù)r＝eq\f(mv,qB′)知，粒子打在A1A2上的位置越靠近P，則半徑越小，粒子的比荷eq\f(q,m)越大，故D正確。9．(2018·蘇錫常鎮(zhèn)四市聯(lián)考)自行車速度計(jì)利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車的運(yùn)動(dòng)速率。如圖甲所示，自行車前輪上安裝一塊磁鐵，輪子每轉(zhuǎn)一圈，這塊磁鐵就靠近霍爾傳感器一次，傳感器會(huì)輸出一個(gè)脈沖電壓。圖乙為霍爾元件的工作原理圖，當(dāng)磁場(chǎng)靠近霍爾元件時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)定向運(yùn)動(dòng)的自由電荷在磁場(chǎng)力作用下偏轉(zhuǎn)，最終使導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢(shì)差，即為霍爾電勢(shì)差。下列說法正確的是()A．根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可獲知車速大小B．自行車的車速越大，霍爾電勢(shì)差越高C．圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向移動(dòng)形成的D．如果長(zhǎng)時(shí)間不更換傳感器的電源，霍爾電勢(shì)差將減小解析：選AD根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的