新教材2025版高中物理課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)4洛倫茲力的應(yīng)用教科版選擇性必修第二冊(cè)

課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)4洛倫茲力的應(yīng)用A組合格性考試練1．(多選)如圖所示為一速度選擇器，內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一束正離子以速度v從左側(cè)水平射入，為使粒子流經(jīng)磁場(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力)則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必需同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，下列說法正確的是()A．該電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小為Bv，方向向下B．離子沿直線勻速穿過該裝置的時(shí)間與場(chǎng)強(qiáng)無(wú)關(guān)C．負(fù)離子以速度v從右向左水平射入時(shí)，不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．負(fù)離子以速度v從左向右水平射入時(shí)，也不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)2．如圖所示，一段長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)電材料，左右兩端面的邊長(zhǎng)為a和b，內(nèi)有帶電量為－e的自由電子，已知該導(dǎo)電材料單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n；導(dǎo)電材料置于方向垂直于其前表面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.當(dāng)通以從左到右的穩(wěn)恒電流I時(shí)，導(dǎo)電材料上、下表面之間的電勢(shì)差U為()A．－eq\f(IB,neb)B．eq\f(IB,neb)C．－eq\f(IB,nea)D．eq\f(IB,nea)3．如圖所示，回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，分別與高頻電源相連．下列說法正確的有()A．粒子被加速后的最大速度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑的增大而增大B．粒子被加速后的最大動(dòng)能隨高頻電源的加速電壓的增大而增大C．粒子可以在回旋加速器中始終被加速D．粒子從磁場(chǎng)中獲得能量4．(多選)如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖，將等離子體沿A、B板間垂直磁場(chǎng)方向噴入，假如射入的等離子體速度均為v，兩金屬板間距離為d，板平面的面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，負(fù)載電阻為R，等離子體充溢兩板間的空間，當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)，電流表示數(shù)為I，則()A．上極板A帶正電B．兩極板間的電動(dòng)勢(shì)為BdvC．回路中的總電阻為eq\f(Bdv,I)D．板間等離子體的電阻率為eq\f(SBdv,dI)5.(多選)回旋加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒構(gòu)成，盒間留有縫隙，加高頻電源，中間形成交變的電場(chǎng)，D形盒裝在真空容器里，整個(gè)裝置放在與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中．若用回旋加速器加速質(zhì)子，不考慮相對(duì)論效應(yīng)，下列說法正確的是()A．質(zhì)子動(dòng)能增大是由于洛倫茲力做功B．質(zhì)子動(dòng)能增大是由于電場(chǎng)力做功C．質(zhì)子速度增大，在D形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期變大D．質(zhì)子速度增大，在D形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期不變6．如圖為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)恒定，且被限制在A、C板間．帶電粒子從P0處以速度v0沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．對(duì)于這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說法正確的是()A．帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次B．P1P2＝P2P3C．加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)D.加速電場(chǎng)方向須要做周期性的變更7．如圖甲所示是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連．帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變更規(guī)律如圖乙所示，忽視帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列推斷中正確的是()A．在Ek-t圖像中應(yīng)有t4－t3<t3－t2<t2－t1B．加速電壓越大，粒子最終獲得的動(dòng)能就越大C．粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能肯定越大D．要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加D形盒的面積8．質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量或分析同位素的重要設(shè)備，它的構(gòu)造原理圖如圖所示．粒子源S產(chǎn)生的各種不同正粒子束(速度可視為零)，經(jīng)MN間的加速電壓U加速后從小孔S1垂直于磁感線進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)半周后到達(dá)照相底片上的P點(diǎn)．設(shè)P到S1的距離為x，則()A．若粒子束是同位素，則x越大對(duì)應(yīng)的粒子質(zhì)量越小B．若粒子束是同位素，則x越大對(duì)應(yīng)的粒子質(zhì)量越大C．只要x相同，對(duì)應(yīng)的粒子質(zhì)量肯定相等D．只要x相同，對(duì)應(yīng)的粒子的電荷量肯定相等9．為了診斷病人的心臟功能和動(dòng)脈中血液粘滯狀況，可以運(yùn)用電磁流量計(jì)測(cè)量血管中血液的流速和流量．如圖是電磁流量計(jì)測(cè)量血管中血液流速的示意圖，下列說法正確的是()A．a(chǎn)端電勢(shì)高于b端電勢(shì)B．血液越粘滯，ab端電勢(shì)差越大C．外加磁場(chǎng)越大，ab兩端電勢(shì)差越小D．液體均可以運(yùn)用電磁流量計(jì)測(cè)量流量B組選擇性考試練10.如圖所示，在一個(gè)很小的矩形半導(dǎo)體薄片上，作四個(gè)電極E、F、M、N，它就成了一個(gè)霍爾元件．在E、F間通入恒定的電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則薄片中的載流子在洛倫茲力的作用下，向著與電流和磁場(chǎng)都垂直的方向漂移，使M、N間出現(xiàn)了電壓，稱為霍爾電壓UH.下列關(guān)于霍爾電壓大小的說法正確的是()A．B越大則UH越大，與I的大小無(wú)關(guān)B．I越大則UH越大，與B的大小無(wú)關(guān)C．在電流I、磁場(chǎng)B肯定時(shí)，薄片的厚度越大，則UH越大D．在電流I、磁場(chǎng)B肯定時(shí)，薄片的厚度越大，則UH越小11．(多選)如圖所示為某種質(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：粒子源N；P、Q間的加速電場(chǎng)；靜電分析器；磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面對(duì)外；膠片M.若靜電分析器通道中心線半徑為R，通道內(nèi)的勻稱輻射電場(chǎng)在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E.由粒子源發(fā)出一質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子(初速度為零，重力不計(jì))，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，垂直場(chǎng)強(qiáng)方向進(jìn)入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿中心線做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而后由S點(diǎn)沿著既垂直于靜電分析器的左邊界，又垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)中，最終打到膠片上的某點(diǎn)．下列說法中正確的是()A．P、Q間加速電壓為eq\f(1,2)ERB．離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑為eq\r(\f(mER,q))C．若一質(zhì)量為4m、電荷量為q的正離子加速后進(jìn)入靜電分析器，離子不能從S點(diǎn)射出D．若一群離子經(jīng)過上述過程打在膠片上同一點(diǎn)，則這些離子具有相同的比荷12.質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分別器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2.今有一質(zhì)量為m、電荷量為e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)入分別器后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．求：(1)粒子的速度v；(2)速度選擇器的電壓U2；(3)粒子在分別器磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R.13．如圖所示為回旋加速器的示意圖．它由兩個(gè)鋁制D形金屬扁盒組成，兩個(gè)D形盒正中間開有一條狹縫，兩個(gè)D形盒處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并接在高頻交變電源上．在D1盒中心A處有一粒子源，它產(chǎn)生并發(fā)出的α粒子經(jīng)狹縫電壓加速后，進(jìn)入D2盒中，在磁場(chǎng)力的作用下運(yùn)動(dòng)半個(gè)圓周后，再次經(jīng)狹縫電壓加速．為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期一樣．如此周而復(fù)始，速度越來(lái)越大，運(yùn)動(dòng)半徑也越來(lái)越大，最終到達(dá)D形盒的邊緣，以最大速度被導(dǎo)出．已知α粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，加速時(shí)電極間電壓大小恒為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為R，設(shè)狹縫很窄，粒子通過狹縫的時(shí)間可以忽視不計(jì)，且α粒子從粒子源發(fā)出時(shí)的初速度為零．(不計(jì)α粒子重力)求：(1)α粒子第1次由D1盒進(jìn)入D2盒中時(shí)的速度大??；(2)α粒子被加速后獲得的最大動(dòng)能Ek；(3)符合條件的交變電壓的周期T；(4)粒子仍在盒中活動(dòng)過程中，α粒子在第n次由D2盒進(jìn)入D1盒的位置與緊接著第n＋1次由D2盒進(jìn)入D1盒位置之間的距離Δx.課時(shí)素養(yǎng)評(píng)價(jià)4洛倫茲力的應(yīng)用1．解析：為使粒子不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，粒子所受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力是平衡力，即qvB＝qE，所以電場(chǎng)強(qiáng)度大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的關(guān)系為E＝vB，依據(jù)左手定則，得洛倫茲力方向向下，所以電場(chǎng)力必需向上，粒子帶正電，故電場(chǎng)強(qiáng)度向上，A錯(cuò)誤；設(shè)裝置長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則離子沿直線勻速穿過該裝置的時(shí)間為t＝eq\f(L,v)，時(shí)間與場(chǎng)強(qiáng)無(wú)關(guān)，B正確；負(fù)離子從右向左以速度v水平射入時(shí)，洛倫茲力和電場(chǎng)力的方向都向下，所以受力不再平衡，將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；負(fù)離子從左向右以速度v水平射入時(shí)，洛倫茲力向上，電場(chǎng)力向下，還是受力平衡，所以負(fù)離子不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，D正確．答案：BD2．解析：依據(jù)題意，由左手定則可知，負(fù)電荷向上表面偏轉(zhuǎn)，上表面帶負(fù)電，下表面帶正電，所以上表面比下表面電勢(shì)低，最終電子在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下處于平衡有evB＝eeq\f(U,a)，由電流微觀表達(dá)式有I＝neSv＝neabv，聯(lián)立解得U＝－eq\f(IB,neb)，A正確．答案：A3．解析：依據(jù)qvB＝meq\f(v2,R)得，最大速度v＝eq\f(qBR,m)，則最大動(dòng)能Ekm＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(q2B2R2,2m)，最大動(dòng)能隨金屬盒的半徑以及磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大，與加速的次數(shù)和加速電壓的大小無(wú)關(guān)，A正確，B錯(cuò)誤；粒子在加速器中加速到在磁場(chǎng)中的半徑等于D形盒的半徑時(shí)就不能再加速了，所以粒子在回旋加速器中不是始終被加速，C錯(cuò)誤；粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力，其對(duì)粒子不做功，不能獲得能量，D錯(cuò)誤．答案：A4．解析：由左手定則可得下極板帶正電，A錯(cuò)誤；由洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡可得qvB＝qeq\f(U,d)，解得U＝Bdv，則兩極板間的電動(dòng)勢(shì)為Bdv，B正確；回路中的電阻為R總＝eq\f(U,I)＝eq\f(Bdv,I)，C正確；板間等離子體的電阻R1＝R總－R，由電阻定律有R1＝ρeq\f(d,S)，解得ρ＝eq\f(（Bdv－IR）S,Id)，D錯(cuò)誤．答案：BC5．解析：洛倫茲力始終與速度垂直，即洛倫茲力對(duì)粒子不做功，而電場(chǎng)力對(duì)粒子做功，即質(zhì)子動(dòng)能增大是由于電場(chǎng)力做功，A錯(cuò)誤，B正確；由Bqv＝meq\f(v2,r)，T＝eq\f(2πr,v)，可以得到T＝eq\f(2πm,qB)，即周期與速度無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤，D正確．答案：BD6．解析：帶電粒子只有經(jīng)過AC板間時(shí)被加速，即帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速一次．電場(chǎng)的方向沒有變更，則在AC間加速，A、D錯(cuò)誤；依據(jù)洛倫茲力供應(yīng)向心力qvB＝meq\f(v2,r)，可得r＝eq\f(mv,qB)，所以P1P2＝2(r2－r1)＝eq\f(2mΔv,qB)，因?yàn)槊哭D(zhuǎn)一圈被加速一次，依據(jù)速度位移關(guān)系v2－veq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))＝2ad，可知每轉(zhuǎn)一圈，速度的變更量不等，且v3－v2<v2－v1，所以P1P2>P2P3，B錯(cuò)誤；當(dāng)粒子從D形盒中射出時(shí)，速度最大，則qvB＝meq\f(v2,R)，可得v＝eq\f(qBR,m)，由此可知，加速粒子的最大速度與D形盒的半徑有關(guān)，C正確．答案：C7．解析：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度大小無(wú)關(guān)，因此，在Ek-t圖中應(yīng)有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1，A錯(cuò)誤；粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)，加速電壓越小，粒子加速次數(shù)就越多，由粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(\r(2mEk),qB)，可知Ek＝eq\f(q2B2r2,2m)，即粒子獲得的最大動(dòng)能確定于D形盒的半徑，當(dāng)軌道半徑r與D形盒半徑R相等時(shí)就不能接著加速，B、C錯(cuò)誤，D正確．答案：D8．解析：粒子在加速電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)，由動(dòng)能定理得：qU＝eq\f(1,2)mv2，解得：v＝eq\r(\f(2qU,m)).粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力供應(yīng)向心力，由牛頓其次定律得：qvB＝eq\f(mv2,r)，可得：r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2Um,q))，所以：x＝2r＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2Um,q))；若粒子束是同位素，則q相同而m不同，x越大對(duì)應(yīng)的粒子質(zhì)量越大，A錯(cuò)誤，B正確．由x＝eq\f(2,B)eq\r(\f(2Um,q))可知，只要x相同，對(duì)應(yīng)的粒子的比荷肯定相等，粒子質(zhì)量和電荷量不肯定相等，C、D錯(cuò)誤．答案：B9．解析：血液中正負(fù)離子向右流淌的速度為v，依據(jù)左手定則，在洛倫茲力作用下，正離子向管道a的一側(cè)集中，而負(fù)離子向管道b的一側(cè)集中，兩者之間形成電勢(shì)差，則a端電勢(shì)高于b端電勢(shì)，A正確；當(dāng)正負(fù)離子受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，離子不再偏移，此時(shí)有穩(wěn)定的電勢(shì)差，形成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，對(duì)離子有qvB＝qeq\f(U,d)，解得U＝vBd，血液越粘滯，v越小，ab端電勢(shì)差越小，B錯(cuò)誤；依據(jù)U＝vBd，外加磁場(chǎng)越大，ab兩端電勢(shì)差越大，故C錯(cuò)誤；依據(jù)U＝vBd，得v＝eq\f(U,Bd).設(shè)在時(shí)間Δt內(nèi)流進(jìn)管道的血液體積為V，則流量Q＝eq\f(V,Δt)＝eq\f(π（\f(d,2)）2v·Δt,Δt)，聯(lián)立解得Q＝eq\f(πdU,4B)，若液體不含帶電粒子，不行以運(yùn)用電磁流量計(jì)測(cè)量流量，D錯(cuò)誤．答案：A10．解析：設(shè)M、N間距離為d，薄片的厚度為x，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，載流子受力平衡，滿意qeq\f(UH,d)＝qvB，又有電流的微觀表達(dá)式I＝nqvS＝nqv·dx，聯(lián)立可得UH＝eq\f(BI,nqx)，與B、I均有關(guān)系，A、B錯(cuò)誤；由上述分析可知，在電流I、磁場(chǎng)B肯定時(shí)，薄片的厚度x越大，則UH越小，C錯(cuò)誤，D正確．答案：D11．解析：離子在加速電場(chǎng)中加速，依據(jù)動(dòng)能定理，有qU＝eq\f(1,2)mv2①，電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)過程，電場(chǎng)力供應(yīng)向心力，依據(jù)牛頓其次定律，有qE＝meq\f(v2,R)②，磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)過程，洛倫茲力供應(yīng)向心力，依據(jù)牛頓其次定律，有qvB＝meq\f(v2,r)③，由①②解得U＝eq\f(1,2)ER④.由②③解得r＝eq\f(m,qB)eq\r(\f(qER,m))＝eq\f(1,B)eq\r(\f(mER,q))⑤，由④式可知，只要滿意R＝eq\f(2U,E)，全部粒子都可以在弧形電場(chǎng)區(qū)通過；因r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(mER,q))，故打到膠片上同一點(diǎn)的粒子的比荷肯定相等，A、D正確，B、C錯(cuò)誤．答案：AD12．解析：(1)在電場(chǎng)中，粒子被加速電場(chǎng)加速，由動(dòng)能定理有eU1＝eq\f(1,2)mv2解得粒子的速度v＝eq\r(\f(2eU1,m)).(2)在速度選擇器中，粒子受的電場(chǎng)力和洛倫茲力大小相等，則有eeq\f(U2,d)＝evB1解得速度選擇器的電壓U2＝B1dv＝B1deq\r(\f(2eU1,m)).(3)在磁場(chǎng)中，粒子受洛倫茲力作用而做圓周運(yùn)動(dòng)，則有evB2＝eq\f(mv2,R)解得半徑R＝eq\f(mv,eB2)＝eq\f(1,B2)eq\r(\f(2mU1,e)).答案：(1)eq\r(\f(2eU1,m))(2)B1deq\r(\f(2eU1,m))(3)eq\f(1,B2)eq\r(\f(2mU1,e))13．解析：(1)設(shè)α粒子第一次被加速后進(jìn)入D2盒中時(shí)的速度大小為v1，依據(jù)動(dòng)能定理有qU＝eq\f(1,2)mveq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))解得v1＝eq\r(\f(2qU,m)).(2)α粒子在D形盒內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑達(dá)到最大時(shí)被引出，具有最大動(dòng)能．設(shè)此時(shí)的速度為v，有qvB＝eq\f(mv2,R)解得v＝eq\f(qBR,m)設(shè)α粒子的最大動(dòng)能為Ek，則Ek＝eq\f(1,2)mv2解得Ek＝eq\f(q2B2R2,2m).(3)為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間應(yīng)等于交變電壓的周期(在狹縫的時(shí)間