2019_2020学年高中物理第3章磁场第6节洛伦兹力与现代技术课后提能训练粤教版.docx

第6节 洛伦兹力与现代技术基础达标一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第14题只有一项符合题目要求，第56题有多项符合题目要求)1有电子、质子、氘核和氚核，以同样的速度垂直射入同一匀强磁场中，它们在磁场中做匀速圆周运动，则轨道半径最大的是()A氘核B氚核C电子D质子【答案】B【解析】因为qvB，故r，因为v、B相同，所以r，而氚核的最大，故选B2如图所示，带负电的粒子以速度v从粒子源P处射出，若图中匀强磁场范围足够大(方向垂直纸面向外)，则带电粒子的可能轨迹是()AaBbCcDd【答案】B【解析】粒子的出射方向必定与它的运动轨迹相切，故轨迹a、c、d均不可能，正确答案为B3(2018西安名校模拟)如图所示为质谱仪的工作原理图，初速度忽略不计的带电粒子进入加速电场，经加速电场加速后进入速度选择器，在速度选择器中直线运动后通过平板S的狭缝P点进入平板S下方的偏转磁场，磁场的方向垂直于纸面，磁感应强度大小为B2，粒子最终打在胶片A1A2上，粒子打往胶片上的位置离P点距离为L，加速电场两板间的电压为U，速度选择器两板的电场强度大小为E，不计粒子的重力，则下列判断正确的是()A速度选择器两板间磁场的方向垂直于纸面向里B平板S下面的偏转磁场方向垂直于纸面向里C粒子经加速电场加速后获得的速度大小为D速度选择器两板间磁场的磁感应强度大小为【答案】C【解析】粒子经加速电场加速，根据加速电压可知，粒子带正电，要使粒子沿直线运动，粒子在速度选择器中受到的电场力与洛伦兹力应大小相等，方向相反，由此可以判断出速度选择器中磁场的方向垂直于纸面向外，故A错误；粒子进入偏转磁场后向左偏转，根据左手定则可知，偏转磁场的方向垂直于纸面向外，故B错误；粒子经加速电场加速，有qUmv2，在速度选择器中有qEqvB1，粒子在偏转磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB2，联立解得v，B1，故C正确，D错误4(2018德州一模)如图装置可粗略测定磁感应强度原理如图所示，有一水平的圆柱状金属导体，它的横截面半径为r，放在垂直纸面向里的匀强磁场中，现导体中通有沿如图方向、大小为I的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动两电极a、b均与导体上、下两侧接触良好，用电压表测出两电极间的电势差为U.则磁感应强度的大小和电极a、b的正负为()A，下正、上负B，下正、上负C，上正、下负D，上正、下负【答案】A【解析】根据左手定则可知，电子受洛伦兹力向上，则a为负，b为正；根据IneSv，Sr2，平衡时eBev，解得B.故A正确，B、C、D错误5(2017河北邯郸模拟)如图所示，两个匀强磁场的方向相同，磁感应强度分别为B1、B2，虚线MN为理想边界现有一个质量为m、电荷量为e的电子以垂直于边界MN的速度v由P点沿垂直于磁场的方向射入磁感应强度为B1的匀强磁场中，其运动轨迹为图中虚线所示的心形图线则以下说法正确的是()A电子的运动轨迹为PDMCNEPB电子运动一周回到P点所用的时间TCB14B2DB12B2【答案】AD【解析】根据左手定则可知：电子从P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1时，受到的洛伦兹力方向向上，所以电子的运行轨迹为PDMCNEP，故A正确；由图象可知，电子在匀强磁场B1中运动半径是匀强磁场B2中运动半径的一半，根据r可知，B12B2，故C错误，D正确；电子在整个过程中，在匀强磁场B1中运动两个半圆，即运动一个周期，在匀强磁场B2中运动半个周期，所以T，故B错误6(2019大庆名校月考)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示设D形盒半径为R.若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是()A质子在匀强磁场每运动一周被加速一次B质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子D质子被加速后的最大速度不可能超过2Rf【答案】D【解析】质子在匀强磁场每运动一周被加速两次，故A错误；根据qvBm，得vm，与加速的电压无关，故B错误；根据T，知质子换成粒子，比荷发生变化，则在磁场中运动的周期发生变化，回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，故需要改变磁感应强度或交流电的周期，故C错误；当粒子从D形盒中出来时速度最大，vm2fR，D正确二、非选择题7有一回旋加速器，它的高频电源的频率为1.2107 Hz，D形盒的半径为0.532 m，求加速氘核时所需的磁感应强度为多大？氘核所能达到的最大动能为多少？(氘核的质量为3.31027 kg，氘核的电荷量为1.61019 C)【解析】氘核在磁场中做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，据牛顿第二定律qvBm，周期T，解得圆周运动的周期T.要使氘核每次经过电场均被加速，则其在磁场中做圆周运动的周期等于交变电压的周期，即T.所以B T1.55 T.设氘核的最大速度为v，对应的圆周运动的半径恰好等于D形盒的半径，所以v.故氘核所能达到的最大动能Emaxmv2m2J2.641012 J.答案：1.55 T2.641012 J8已知质量为m的带电液滴，以速度v射入互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B中，液滴在此空间刚好能在竖直平面内做匀速圆周运动如下图所示求：(1)液滴在空间受到几个力作用？(2)液滴带电荷量及电性；(3)液滴做匀速圆周运动的半径多大？【解析】(1)由于是带电液滴，它必然受重力，又处于电磁复合场中，还应受到电场力及洛伦兹力共三个力作用(2)因液滴做匀速圆周运动，故必须满足重力与电场力平衡，所以液滴应带负电，电荷量由mgqE，求得q.(3)尽管液滴受三个力，但合力为洛伦兹力，所以仍可用半径公式R，把电荷量代入可得R.答案：(1)三(2)负电(3)能力提升9(2017河南校级模拟)如图所示，一束粒子(不计重力，初速度可忽略)缓慢通过小孔O1进入极板间电压为U的水平加速电场区域，再通过小孔O2射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域，其中磁场的方向如图所示，收集室的小孔O3与O1、O2在同一条水平线上则()A该装置可筛选出具有特定质量的粒子B该装置可筛选出具有特定电量的粒子C该装置可筛选出具有特定速度的粒子D该装置可筛选出具有特定动能的粒子【答案】C【解析】粒子只有沿O2、O3方向做直线运动，粒子才能进入收集室，由qvBqE，得v，所以该装置可筛选出具有特定速度的粒子在电场中，根据动能定理得qUmv2，解得v，又v，所以，所以可以筛选出具有特定比荷的粒子，但不能选出特定质量或特定电荷量的粒子，也不能选出具有特定动能的粒子，故C正确，A、B、D错误10(多选)(2017辽宁大连模拟)如图所示，虚线MN将平面分成I和两个区域，两个区域都存在与纸面垂直的匀强磁场一带电粒子仅在磁场力作用下由I区运动到区，弧线aPb为运动过程中的一段轨迹，其中弧aP与弧Pb的弧长之比为21，下列判断一定正确的是()A两个磁场的磁感应强度方向相反，大小之比为21B粒子在两个磁场中的运动速度大小之比为11C粒子通过aP、Pb两段弧的时间之比为21D弧aP与弧Pb对应的圆心角之比为21【答案】BC【解析】根据曲线运动的条件，可知洛伦兹力的方向与运动方向的关系，再由左手定则可知，两个磁场的磁感应强度方向相反，根据圆心角，再由r，及洛伦兹力不做功，即运动的速率不变，可得：圆心角，因圆心角不知，所以无法确定磁感应强度之比为，故A错误；由于洛伦兹力不做功，所以粒子在两个磁场中的运动速度大小不变，故B正确；已知粒子在两个磁场中运动的速度大小相等，题中说两段弧长之比为21，所以时间之比为21，故C正确，D错误11(2017四川段考)如图所示，平行金属板P、Q水平放置，两板间距离为d，板间存在垂直于平行金属板的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B1，两板间电势差为U.现有质量为m、电荷量为q的带正电的粒子，以某一速度沿垂直电场和磁场方向射入金属板P、Q间，恰好沿直线通过平行金属板粒子离开金属板匀速飞行一段距离后进入另一边界为圆形的匀强磁场区域(未画出)，圆形区域内磁场的磁感应强度大小为B2，方向垂直纸面向外，粒子在圆形区域内速度方向改变90时离开圆形区域，不计粒子所受重力，整个装置处在真空中求：(1)粒子速度大小；(2)粒子在圆形区域内做匀速圆周运动的轨道半径；(3)圆形区域的最小面积【解析】(1)粒子在金属板P、Q间做匀速直线运动qvB1q解得v.(2)设粒子在圆形磁场区域中做圆周运动的半径为R，由洛伦兹力提供向心力得qvB2m解得R.(3)粒子在圆形磁场区域运动中轨迹如图，由几何关系知：圆心角90，由题意可知最小圆形磁场区域是以圆轨迹弦长为直径的圆设圆形有界磁场区为r，有rR则最小面积为Sr22.答案：(1)(2) (3)212如图为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电压为U的加速电场后进入粒子速度选择器选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点可测量出G、H间的距离为L，带电粒子的重力可忽略不计