2023年届高三高考物理一轮复习专题突破：洛伦兹力在现代科技中的应用实例分析

20232023届高三高考物理一轮复习专题突破：洛伦兹力在现代科技中的应用实例分析10/10洛伦兹力在现代科技中的应用实例分析一、质谱仪【典例1】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子P上的位置到入口处S1

的距离为x，可以推断( )A．假设离子束是同位素，则x越小，离子质量越大B．假设离子束是同位素，则x越小，离子质量越小C．只要x一样，则离子质量确定一样D．x越大，则离子的比荷确定越大【答案】B【典例2】如以下图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为BE。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片AA。平板S下方有磁感应强度为B的匀强磁场。以下表述正确的选项是( )12 0A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面对外C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小【答案】ABC二、盘旋【典例3】盘旋的核心局部是真空室中的两个相距很近的D形金属盒。把它们放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面对下，连接好高频沟通电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到到达最大圆周半径时通过特别装置引出，假设用同一盘旋分别加速氚核(13H)和α粒子(24He)，比较它们所需的高频沟通电源的周期和引出时的最大动能，以下说法正确的选项是( )A．加速氚核的沟通电源的周期较大，氚核获得的最大动能较大B．加速氚核的沟通电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大C．加速氚核的沟通电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小D．加速氚核的沟通电源的周期较小，氚核获得的最大动能较小【答案】C【典例4】劳伦斯和利文斯设计出盘旋工作原理示意图如以下图置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小带电粒子穿过的时间可无视磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直高频沟通电频率为f，加速电压为U。假设A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为＋q，在中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响．则以下说法正确的选项是( )A．质子被加速后的最大速度不行能超过2πRfB．质子离开盘旋时的最大动能与加速电压U成正比C．21次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1D．不转变磁感应强度B和沟通电频率f，该盘旋的最大动能不变【答案】AC三、叠加场的应用实例【典例5】如以下图，将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚拢电荷，产生电压。假设射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体布满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间电离气体的电阻率为()d

S

A.SI－ B.dI－S

S

C.dI－ D.LI－【答案】B【典例6将血管置于磁感强度为B的磁场中，测得血管两侧a、b两点电压为U，管的直径为d，则血管中血液的流量Q〔单位时间内流过的体积〔 〕A. B. C. D.【答案】C【典例7意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面对下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差U。以下说CD法中正确的选项是( )电势差UCD

仅与材料有关假设霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差U<0CD仅增大磁感应强度时，电势差U变大CD在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平【答案】BC课后作业盘旋是加速带电粒子的装置．其核心局部是分别与高频沟通电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，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，如以下图，要增大带电粒子射出时的动能，则以下说法中正确的选项是( )减小磁场的磁感应强度增大匀强电场间的加速电压增大D形金属盒的半径减小狭缝间的距离【答案】CD2是盘旋工作原理图。微观粒子从S处从静止开头被加速，到达其可能的最大速度vm

后将到达导向板处由导出装置送往需要使用高速粒子的地方以下说法正确的选项是〔 〕D型盒半径是打算vm

的一个重要因素粒子从盘旋的磁场中获得能量高频电源的电压是打算vm

的重要因素高频电源的周期等于粒子在磁场中运动周期【答案】AD盘旋是加速带电粒子的装置，其核心局部是分别与高顿沟通电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的D，以下说法中正确的选项是带电粒子从磁场中获得能量带电粒子所获得的动能与的电压有关，电压越大，动能越大带电粒子在中的运动时间与磁场有关，磁场越强，运动时间越长带电粒子所获得的能量与带电粒子的质量和电荷量均有关，质量和电荷量越大，能量越大【答案】CO点，消灭一个光斑。在垂直于纸面对里的方向上加一磁感应强度为B的匀强磁场后，粒子束发生偏转，沿半径为r的圆弧运动，打在荧光屏上的PE的匀强电场，光斑从P回到O点，关于该粒子〔不计重力，以下说法正确的选项是粒子带负电 B.初速度为C.比荷为【答案】D

D.比荷为E如以下图是一速度选择器，当粒子速度满足v＝时，粒子沿虚线水平射出；假设某一粒子以速度v射入该速0B度选择器后，运动轨迹照实线所示，则关于该粒子的说法正确的选项是( )E粒子射入的速度确定是v>BE粒子射入的速度可能是v<B粒子射出时的速度确定大于射入速度D．粒子射出时的速度确定小于射入速度【答案】BE如以下图是粒子速度选择器的原理图，假设粒子所具有的速率v＝B，那么( )带正电粒子必需沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过带负电粒子必需沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过C．不管粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过D．不管粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过【答案】AC接着进入另一匀强磁场，觉察这些离子分成几束如图．对这些离子，可得出的结论是它们的动能确定各不一样它们的电性确定各不一样它们的质量确定各不一样它们的比荷确定各不一样【答案】D如图，一束带电粒子以确定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场磁感应强度为B和匀强电场电场强度为ES上的狭缝P进入另一匀强磁场磁感应强度为上，以下表述正确的选项是

粒子带负电全部打在 上的粒子，在磁感应强度为的磁场中的运动时间都一样能通过狭缝P的带电粒子的速率等于粒子打在【答案】CD

上的位置越靠近P，粒子的比荷越大9．1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的制造、同位素和质谱的争论荣获了诺贝尔化学奖，假设速度一样的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如以下图，则以下说法正确的选项是速度选择器的极板带负电，极板带正电粒子在粒子在

磁场中运动半径不同，运动时间也不一样磁场中运动半径不同，说明离开速度选择器时速度大小不同在磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小【答案】BD为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如以下图的流量计,该装置由绝缘两个内侧固定有金属板作为电极,污水布满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压。假设用表示污水流量(单位时间内流出的污水体积),以下说祛中正确的选项是〔〕假设污水中正离子较多,则前外表比后外表电势高前外表的电势确定低于后外表的电势，与哪种离子多少无关污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大污水流量与成正比，与无关【答案】B如以下图为磁流体发电机的原理图．金属板M、N之间的距离为d＝20cm，磁场的磁感应强度大小为B＝5T，方向垂直纸面对里．现将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，整体呈中性)从左侧喷射入磁场觉察在MN两板间接入的额定功率为P＝100W的灯泡正常发光且此时灯泡电阻为R＝100Ω，不计离子重力和发电机内阻，且认为离子均为一价离子，则以下说法中正确的选项是( )金属板M上聚拢负电荷，金属板N上聚拢正电荷100V6.25×1018个离子打在金属板N上离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为103m/s【答案】BC磁流体发电机原理如以下图,等离子体高速喷射到加有磁场的管道内,正、负离子在洛伦兹力作用下分别向两金属板偏转,形成直流电源对外供电.则〔 〕上极板带负电,下极板带正电仅增加磁感应强度,发电机的电动势将减小仅减小两板间的距离,发电机的电动势将增大仅增大磁流体的喷射速度,发电机的总功率将增大【答案】AD如以下图为磁流体发电机的示意图，设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B，等离子体垂直进入磁场的速度为vqr，负载电阻为R.则以下说法中正确的选项是该发电机的电动势E=Bdv电阻R两端的电压为为Bdv该电机的总功率为该发电机上极板板的电势低于下极板的电势【答案】AC如以下图，金属板放在垂直于它的匀强磁场中，当金属板中有电流通过时，在金属板的上外表A和下外表A′之间会消灭电势差，这种现象称为霍尔效应。假设匀强磁场的磁感应强度为B，金属板宽度为h、厚度为d，通有I，稳定状态时，上、下外表之间的电势差大小为U。则以下说法中正确的选项是在上、下外表形成电势差的过程中，电子受到的洛仑兹力方向向下到达稳定状态时，金属板上外表A的电势高于下外表A′的电势只将金属板的厚度d减小为原来的一半，则上、下外表之间的电势差大小变为U/2只将电流I减小为原来的一半，则上、下外表之间的电势差大小变为U/2【答案】D如图为一个电磁泵从血库里向外抽血的构造示意图，长方体导管的左、右外表绝缘，上、下外表为导体，管长为a、内壁高为b、宽为L且内壁光滑．将导管放在垂直左、右外表对右的匀强磁场中，由于布满导管的血浆中带有正、负离子，将上、下外表和电源接通，电路中会形成大小I的电流，导管的前后两侧便会产生压强差p，从而将血浆抽出，其中v为血浆流淌方向．假设血浆的电阻率为ρ，电源的电动势为E，内阻为r，匀强磁场的磁感应强度为B，则以下推断正确的选项是( )此装置中血浆的等效电阻此装置中血浆受到安培力大小F＝BIL增大磁感应强度可以加快血浆的外抽速度前后两侧的压强差【答案】ACD如以下图为一电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的体积)的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流淌．图中磁场方向垂直于纸面对里，大小为B，导电液体中的自由电荷(负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间消灭电势差．当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就稳定为U，则()A.电势a高b低 B.电势b高a低C.流量Q＝【答案】BC

D.流量Q＝如以下图，有一金属块放在垂直于侧面C的匀强磁场中，当有稳恒电流自左向右通过时，以下说法正确的选项是( )金属块上外表的电势高于下外表的电势磁感应强度增大时，金属块上、下两外表间的电势差U增大电流增大时，金属块上、下两外表间的电势差U减小电流不变时，金属块中单位体积内自由电子越多，上、下两外表间的电势差U越小【答案】BD如以下图，宽度为d、厚度为h的金属导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下外表之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应.试验说明：当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为,式中的比例系数k称为霍尔系数，设载流子的电荷量大小为q,金属导体单位体积内的自由电荷数目为n,(电流I=nqsv,其中s=dh,v表