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

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

1．(多選)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，如果又順利垂直進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度是原來(lái)磁感應(yīng)強(qiáng)度2倍的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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?lái)的1/4

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(cuò)誤；由r＝和T＝判斷B、D正確。

2．(多選)在回旋加速器中，下列說(shuō)法正確的是()

A．電場(chǎng)用來(lái)加速帶電粒子，磁場(chǎng)則使帶電粒子旋轉(zhuǎn)

B．電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來(lái)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(dòng)能越大

D．同一帶電粒子獲得的最大動(dòng)能只與交流電源的電壓有關(guān)，而與交流電源的頻率無(wú)關(guān)

【答案】AC

【解析】在回旋加速器中磁場(chǎng)是用來(lái)偏轉(zhuǎn)的，電場(chǎng)是用來(lái)加速的，所以選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)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(dòng)能越大，與交流電源的電壓無(wú)關(guān)，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。

3．如圖所示，圖甲為磁流體發(fā)電機(jī)原理示意圖，圖乙為質(zhì)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(shí)間，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

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

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

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

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(zhuǎn)，所以B板帶正電，電勢(shì)較高。A正確，不符合題意；

B．粒子經(jīng)電場(chǎng)加速后，有

在磁場(chǎng)中，根據(jù)牛頓第二定律得

解得

三粒子的電量相同，的質(zhì)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(duì)粒子的正負(fù)沒(méi)有限制，所以若質(zhì)子可以自上而下平行極板勻速通過(guò)，則率相同的電子也可以自上而下平行極板勻速通過(guò)，自下而上平行極板則不能勻速通過(guò)。C錯(cuò)誤，符合題意；

D．隨著速度的增大，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示。要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，下列說(shuō)法中正確的是()

A．增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓

B．增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(shè)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(shí)的動(dòng)能，B、D正確。

5．如圖所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向水平向里，勻強(qiáng)電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)

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(zhuǎn)

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(zhuǎn)

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(zhuǎn)

【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(chǎng)力向上，洛倫茲力也向上，所以向上偏，故AC錯(cuò)誤，B正確；

D．若電子以同樣大小的速度從左向右飛入，電場(chǎng)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(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。

故選B。

6．有三束粒子，分別是質(zhì)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(chǎng)方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)方向垂直紙面向里)。在如圖所示的四個(gè)圖中，能正確地表示出這三束粒子運(yùn)動(dòng)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(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，因此粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(kāi)口，下端封閉，管底有一帶電小球，整個(gè)裝置在垂直紙面向里且足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中?，F(xiàn)對(duì)管施加一水平向右的恒力F，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，小球從上端開(kāi)口處飛出，在這個(gè)過(guò)程中小球所帶電量不變，下列說(shuō)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(yùn)動(dòng)的軌跡為拋物線

C.洛倫茲力對(duì)小球做正功

D．小球的機(jī)械能增加

【答案】D

【解析】

ABC．設(shè)小球豎直分速度為vy、水平分速度為v。以小球?yàn)檠芯繉?duì)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(yùn)動(dòng)，則豎直方向的洛倫茲力增大，豎直方向做變加速運(yùn)動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)的合成可知，小球運(yùn)動(dòng)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(duì)小球不做功，故ABC錯(cuò)誤；

D．由于小球受到玻璃管的作用力對(duì)小球做正功，故小球的機(jī)械能增加，故D正確。

故選D。

8.(多選)長(zhǎng)為L(zhǎng)的水平極板間，有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板間距離也為L(zhǎng)，極板不帶電，現(xiàn)有質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子(重力不計(jì))，從左邊極板間中點(diǎn)處垂直磁場(chǎng)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(shí)，

粒子就打不到極板上。

當(dāng)粒子緊擦著上極板左邊緣飛出時(shí)(如圖所示)

R＝，由R＝得v＝＝，即當(dāng)粒子的速度v。

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

A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具

B．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外

C．能通過(guò)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(zhì)比越小

【答案】D

【解析】因同位素原子的化學(xué)性質(zhì)完全相同，無(wú)法用化學(xué)方法進(jìn)行分析，故質(zhì)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(chǎng)力和洛倫茲力在粒子沿直線運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)等大反向，結(jié)合左手定則可知B正確。再由qE＝qvB有v＝E/B，C正確。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B0中R＝，所以＝，D錯(cuò)誤。

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

A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器

B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器

C．離子從磁場(chǎng)中獲得能量

D．離子從電場(chǎng)中獲得能量

【答案】AD

【解析】回旋加速器的兩個(gè)D形盒間隙分布周期性變化的電場(chǎng)，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(chǎng)，具有一定速度的帶電粒子在D形盒內(nèi)受到磁場(chǎng)的洛倫茲力提供的向心力而做圓周運(yùn)動(dòng)；洛倫茲力不做功故不能使離子獲得能量，C錯(cuò)；離子源在回旋加速器的中心附近，所以正確選項(xiàng)為A、D。

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

A．不能確定粒子通過(guò)y軸時(shí)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間

D．以上三個(gè)判斷都不對(duì)

【答案】D

【解析】垂直于x軸進(jìn)入磁場(chǎng)，垂直于y軸離開(kāi)磁場(chǎng)，由此可確定離子運(yùn)動(dòng)的軌跡是四分之一個(gè)圓周，故選項(xiàng)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(gè)離子，它們帶等量的同種電荷，質(zhì)量不等，ma＝mb

C．使粒子速度v>

D．使粒子速度<v<

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

A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具

B．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外

C．能通過(guò)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(zhì)比越小

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

A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器

B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器

C．離子從磁場(chǎng)中獲得能量

D．離子從電場(chǎng)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(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直于xOy平面向里，大小為B?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，在x軸上到原點(diǎn)的距離為x0的P點(diǎn)，以平行于y軸的初速度射入此磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下沿垂直于y軸的方向射出此磁場(chǎng)。不計(jì)重力的影響。由這些條件可知()

A．不能確定粒子通過(guò)y軸時(shí)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所經(jīng)歷的時(shí)間

D．以上三個(gè)判斷都不對(duì)

12．(多選)如圖所示，有a、b、c、d四個(gè)離子，它們帶等量的同種電荷，質(zhì)量不等，ma＝mb<mc＝md，以不等的速度va<vb＝vc<vd進(jìn)入速度選擇器后，有兩種離子從速度選擇器中射出，進(jìn)入B2磁場(chǎng)，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(zhì)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(diǎn)進(jìn)入方向如圖所示的正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)組成的混合場(chǎng)區(qū)，該微粒在電場(chǎng)力、洛倫茲力和重力的共同作用下，恰好沿直線運(yùn)動(dòng)到A，重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是（）

A．該微粒一定帶負(fù)電荷

B．微粒從O到A的運(yùn)動(dòng)可能是勻變速運(yùn)動(dòng)

C．該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為

D．該電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)邊界上的a點(diǎn)射入磁場(chǎng)，已知該粒子的比荷＝1.0×108C/kg，不計(jì)粒子的重力，則粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)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(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí)的速度方向與原來(lái)電子的入射方向的夾角θ是30°，則電子的質(zhì)量是多少？電子穿過(guò)磁場(chǎng)的時(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)，電子束經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域后，其運(yùn)動(dòng)方向與原入射方向成θ＝60°角，設(shè)電子的質(zhì)量為m，電荷量為－e，不計(jì)電子之間的相互作用力及電子所受的