高中物理练习：洛伦兹力与现代科技

高二小专题复习4：洛伦兹力与现代科技

学校:姓名：班级：考号：

一、单选题

二、系统分组一加入顺序

1.洛伦兹力在现代科学技术中有着广泛的应用，下列说法正确的是（）

A.甲图中，若仅增大加速电压U,粒子离开加速器时的动能不变

B.乙图中，粒子的比荷越大，偏转半径越小

C.丙图中，A极板是磁流体发电机的正极

D.丁图中，带负电的粒子从左侧射入，若速度将向下极板偏转

【答案】AB

2.如图所示，在两水平金属板构成的器件中，存在匀强电场与匀强磁场，电场强度E和磁感应

强度B相互垂直,以某一水平速度进入的不计重力的带电粒子恰好能沿直线运动，下列说法正

A.粒子一定带负电

B.粒子的速度大小丫=8小

C.若粒子速度大小改变，粒子将做曲线运动

D.若粒子速度大小改变，电场对粒子的作用力会发生改变

【答案】C

3.一质子以速度I，穿过互相垂直的电场和磁场区域而没有发生偏转则（）

XXXX

□_►v

XXXX

A.若电子以相同速度v射入该区域，将会发生偏转

B.无论何种带电粒子（不计重力），只要都以速度V射入都不会发生偏转

C.若质子的速度内”，它将向下偏转而做类似的平抛运动

D.若质子的速度心＞】，，它将向上偏转，其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线

【答案】BD

4.1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。

若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确

的是（）

A.该束带电粒子电性不能确定

B.速度选择器的P/极板带负电

C.在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷包越小

m

D.在星磁场中运动半径越大的粒子，速度越大

【答案】C

5.如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。

若速度选择器中电场强度大小为％,磁感应强度大小为瓦、方向垂直纸面向里，静电分析器

通道中心线为工圆弧，圆弧的半径（0P）为R,通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电

4

场强度大小为E，磁分析器中有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为8、方向垂

直于纸面向外。•带电粒子以速度y沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由

试卷第2页，共8页

P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的。点，不计粒子重力。下列说法正确的是

A.速度选择器的极板匕的电势比极板P2的高B.粒子的速度u=臂

C.粒子的比荷为晶D.尸、。两点间的距离为空

CKojbI£2

【答案】AC

6.I可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形盒的半径为R,若用

回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为从高频交流电频率为了,则下列说法正

确的是（）

A.不改变B和力该回旋加速器也能用于加速a粒子

B.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

C.只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

D.质子被加速后的最大速度不可能超过2n"?

【答案】BD

7.如图甲所示是处在匀强磁场中的真空室内的两个半圆形的金属扁盒型盒，若“D”型盒

的半径为R,匀强磁场的磁感应强度大小为8,现在两“D”型盒间接入峰值为仇的交变电压，

电压随时间的变化规律如图乙所示,将粒子源置于。/盒口勺圆心处，粒子源产牛.的质量为〃人

电荷量为夕的笊核在六0时刻进入"D”型盒的间隙，已知笊核的初速度不计，笊核穿过电场

的时间忽略不计，不考虑相对论效应和重力作用，下列说法正确的是（）

A.笊核离开回旋加速器的最大动能为迪变

m

B.交变电压的周期可以取翳

C.在Dz盒中第〃个半圆朝L迹的半径为:挎无

D.若变为原来的2倍，粒子在D型盒运动时间变为原来的3

【答案】BCD

8.磁流体发电的原理如图所示.将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强

度为3的匀强磁场中，在相距为d、宽为〃、长为人的两平行金属板间便产生电压.如果把

上、卜板和电阻A连接，上、下板就是一个直流电源的两极.若稳定时等离子体在两板间

均匀分布，电阻率为p.忽略边缘效应，下列判断正确的是（）

等离子体

A.上板为正极，电流/二黑胃

Rab+pd

B.上板为负极，电流/二黑二

Rab+pb

C.下板为正极，电流/二普4

Rab+pd

D.下板为负极，电流/二白/

Rab+pb

【答案】C

试卷第4页，共8页

9.电磁流量计广泛应用于测量可导电液体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管

内横截面的流体的体积）.为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管

道.其中空部分的长、宽、高分别为图中的。、仄c.流量计的两端与输送流体的管道相连

接（图中虚线）.图中流量计的.上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料.现于流量计所

在处加磁感应强度4的匀强磁场，磁场方向垂直前后两面.当导电流体稳定地流经流量计

时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，/表示测得

的电流值.已知流体的电阻率为p，不计电流表的内阻，则可求得流量为（）

A.《(aR+P》B."bR+p?)

C.《cT?十p£)D.号

【答案】B

10.如图所示，一段长方体形导电材料，左右两端面的边长都为〃和仇内有带电量为q的

某种自由运动电荷.导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，内部磁感应强度

大小为瓦当通以从左到右的稳恒电流/时，测得导电材料上、下表面之间的电压为a且

上表面的电势比下表面的低.由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电

荷的正负分别为（）

AIBa

A...,负B.以正

\q\aU\q\aU

・总负hD.—/B—,止-t

c\q\bU

【答案】C

II.某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流/的螺绕环在霍尔元件处产生

的磁场B=k】/,通有待测电流/'的直导线劭垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁

场夕=12/'。调节电阻上当电流表示数为/o时，元件输出霍尔电压UH为零，则待测电沆厂的

方向和大小分别为（）

A.Q—>b,/B.a—>b,7^

C.bta,詈/（）D.ba-.答/（）

【答案】D

12.如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I,线圈间

产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍

尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足；UH=A:蜉，式中

k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离.电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，

B.若电源的正负极对调，电压表将反偏

C.加与I成正比

D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比

【答案】CD

【详解】试题分析:根据左手定则可以判断出霍尔元件中的导电物质所受安培力指向后表面,

即将向后表面侧移，又由于该导电物质为电子，带负电，因此后表面的电势将低于前表面的

电势，A错误；若电源的正负极对调，磁场方向与图示方向相反，同时由电路结构可知，流

经霍尔元件I•.下面的电流也将反向，因此电子的受力方向不变，即前后表面电势高低情况不

试卷第6页，共8页

K

变，B错误；由电路结构可知，RL与R并联后与线圈串我，因此有:iC正

—I22

PLH

R],显然PL与成正比，又因为磁感应

确；RL消耗的电功率

U=回2

强度大小B与I成正比，即B与IH成正比，电压表的示数“d,则UH与成正

比，所以UH与RL消耗的电功率PL成正比，D正确；故选CD.

【名师点睛】霍尔元件是用来测量磁场中某处的磁感应强度的一种元件，其原理是洛伦兹力

与由霍尔电压产生的电场使运动电荷平衡时电荷不再向前后表面偏转.

13.为了降低潜艇噪音，提高其前进速度，可用电磁推进器替代螺旋桨.潜艇下方有左、右

两组推进器，每组由6个相同的用绝缘材料制成的直线通道推进器构成，其原理示意图如

下.在直线通道内充满电阻率〃=0.2。〃?的海水，通道中axbxc=03”x0.4〃M）.3〃?的空间内，

存在由超导线圈产生的匀强磁场，其磁感应强度B=6.47;方向垂直通道侧面向外.磁场区

域上、下方各有4X%=0.3〃LV0.4〃?的金属板M、M当其与推进器专用直流电源相连后，在两

板之间的海水中产生了从N到M,大小恒为/=1.0X1（）3A的电流，设电流只存在于磁场区域.不

计电源内阻及导线电阻，海水密度p=1.0xlQ\?/w<

（1）求一个直线通道推进器内磁场对通电海水的作用力大小，并判断其方向.

（2）在不改变潜艇结构的前提卜，简述潜艇如何转弯？如何倒车？

（3）当潜艇以恒定速度>0=30〃源前进时，海水在出口处相对「推进器的速度1=34./s,思

考专用直流电源所提供的电功率如何分配，求出相应功率的大小.

【答案】（1）1.92x103/V用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右（或与海水出口方向

相同）；（2）根据受力情况，通过开启、关闭推进器实现“转弯”，通过改变磁场力的方向实

现“倒车”；（3）6.9x105W6.0x106W4.6x104VV

【详解】（1）将通电海水看成导线，所受磁场力：/二/BL,代入数据得：

F=/Bc-=1.0x103X6.4x0.3/V=1.92x103/V

用左手定则判断磁场对海水作用力方向向右(或与海水出口方向相同)

(2)考虑到潜艇下方有左、右2组推进器，可以开启或关闭不同个数的左、右两侧的直线

通道推进器，实施转弯.攻变电流方向，或者磁场方向，可以改变海水所受磁场力的方向,

根据牛顿第三定律，使潜施“倒车”.

(3)电源提供的电功率中的