洛伦兹力和现代科技.doc

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1、1如图所示，a、b是一对平行金属板，分别接到直流电源两极上，右边有一档板，正中间开有一小孔d，在较大空间范围内存在着匀强磁场，磁感强度大小为B，方向垂直纸面向里，在a、b两板间还存在着匀强电场E从两板左侧中点C处射入一束负离子（不计重力），这些负离子都沿直线运动到右侧，从d孔射出后分成3束则下列判断正确的是A这三束负离子的速度一定不相同B这三束负离子的比荷一定不相同Ca、b两扳间的匀强电场方向一定由a指向bD若这三束粒子改为带正电而其它条件不变则仍能从d孔射出2质谱仪的工作原理示意图如图所示。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B和E。

2、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A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是 （ ）A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向外C能通过的狭缝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，粒子的荷质比越小3如图所示，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，在金属板的上表面A和下表面A之间会出现电势差，这种现象称为霍尔效应。若匀强磁场的磁感应强度为B，金属板宽度为h、厚度为d，通有电流I，稳定状态时，上、下表面之间的电势差大小为U。已知电流I与导体单位体积内的自由电子数n、电子电荷量e、导体横截面积S和电子

3、定向移动速度v之间的关系为。则下列说法中正确的是A在上、下表面形成电势差的过程中，电子受到的洛仑兹力方向向上B达到稳定状态时，金属板上表面A的电势高于下表面A的电势C只将金属板的厚度d减小为原来的一半，则上、下表面之间的电势差大小变为U/2D只将电流I减小为原来的一半，则上、下表面之间的电势差大小变为U/24为监测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图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电

4、压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是AN端的电势比M端的高B若污水中正负离子数相同，则前后表面的电势差为零C电压表的示数U跟a和b都成正比，跟c无关D电压表的示数U跟污水的流量Q成正比5半导体中参与导电的电流载体称为载流子。N型半导体的载流子是带负电的电子，P型半导体的载流子是带正电的“空穴”，如图所示，一块厚度为d、宽度为L的长方形半导体样品，置于方向如图所示、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，当半导体样品中通以向右的电流强度为I的恒定电流时，样品上、下底面出现恒定电势差U，且上表面带正电、下表面带负电。设半导体样品中每个载流子带电荷

5、量为q，半导体样品中载流子的密度（单位体积内载流子的个数）用n表示（已知电流I=nqvS，其中v为载流子定向移动的速度，S为导体横截面积），则下列关于样品材料类型的判断和其中载流子密度n大小的表达式正确的是（ ）A.是N型半导体，B.是P型半导体，C.是N型半导体，D.是P型半导体，6霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B=B0+kz(B0、k均为常数)。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图9所示)，当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则 ( )A.磁感应强度B越大，上、

6、下表面的电势差U越大B.k越大，传感器灵敏度()越高C.若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高D.电流越大，上、下表面的电势差U越小7目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能如图10所示为它的发电原理图将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体上来说呈电中性)喷射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g，则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为()AI， ARB BI，BRACI，BRA DI，ARB8 目前，世界上正在研究一种

7、新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表示出了它的原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，而从整体来说呈中性）喷射入磁场，磁场中有两块金属A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体的初速度为v，两金属板的板长（沿初速度方向）为L，板间距离为d，金属板的正对面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于离子初速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表的示数为I。那么板间电离气体的电阻率为：A. B. C. D. 9速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中S0AS0C，则下列说法正确

8、的是()A甲束粒子带正电，乙束粒子带负电B甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于D若甲、乙两束粒子的电荷量相等，则甲、乙两束粒子的质量比为3210劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U.若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，则下列说法正确的是（）A质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U无关B质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率f成正比C质

9、子被加速后的最大速度不可能超过2RfD质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为111回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，在两盒间的窄缝中形成交变电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出，如果用同一回旋加速器分别加速氚核（H）和粒子（He），比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，可知A. 加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小B.

10、加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大C. 加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小D. 加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大12图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个“D”形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两极相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是A在Ekt图中应有（t2-t1）（t3-t2）（t4-t3）（tn-tn-1）B高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1C要使粒子获得的最大动能增大，可以增大“D”形盒的半径D在磁感应强

11、度B、“D”形盒半径R、粒子的质量m及其电荷量q不变的情况下，粒子的加速次数越多，粒子的最大动能一定越大13美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。如图所示为改进后的回旋加速器的示意图，其中距离很小的盒缝间的加速电场的场强大小恒定，且被限制在A、C板间，带电粒子从P0处静止释放，并沿电场线方向进入加速电场，经加速后进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种回旋加速器，下列说法正确的是A带电粒子每运动一周被加速一次BP1P2P2P3C粒子能达到的最大速度与D形盒的尺寸无关D加速电场的

12、方向需要做周期性的变化14如图，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(B)和匀强电场(E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场B，最终打在A1A2上下列表述正确的是A粒子带负电B所有打在A1A2上的粒子，在磁场B中运动时间都相同C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D粒子打在A1A2上的位置越靠近P，粒子的比荷越大15如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择

13、器中，若m甲=m乙m丙=m丁，v甲v乙=v丙v丁，在不计重力的情况下，则分别打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是（ ）A甲、乙、丙、丁 B甲、丁、乙、丙C丙、丁、乙、甲 D甲、乙、丁、丙16质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。如图所示为质谱仪的原理图，设想有一个静止的质量为m、带电量为q的带电粒子（不计重力），经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打至底片上的P点，设OP=x，则在图中能正确反映x与U之间的函数关系的是（ ）试卷第5页，总6页参考答案1 BCD【解析】试题分析: 3束离子在复合场中运动情况相同，即沿水平方向直线通过故有qE=qvB

14、，所以，故三束正离子的速度一定相同故A错误；3束离子在磁场中有，故，由于三束正离子的在磁场中圆周运动的轨道半径不同，故比荷一定不相同，故B正确；由于在复合场中洛伦兹力竖直向上，则电场力一定竖直向下，故匀强电场方向一定竖直向下，即由a指向b，故C正确；若这三束粒子改为带负电后电场力和洛伦兹力方向都发生改变，由于其它条件不变故合力仍为0，所以仍能从d孔射出，故D正确。考点： 带电粒子在复合场中的运动2ABC【解析】试题分析：进入的粒子满足，知道粒子电量后，便可求出m的质量，所以质谱仪可以用来分析同位素，故A正确；假设粒子带正电，则受电场力向右，由左手定则可判断磁场方向垂直直面向外，故B正确；由，得

15、，此时离子受力平衡，可沿直线穿过选择器，故C正确；由，知R越小，荷质比越大，故D错误。考点：质谱仪的工作原理3AD【解析】试题分析：电流向右、磁场向内，根据左手定则，安培力向上；电流是电子的定向移动形成的，故洛伦兹力也向上；故上极板聚集负电荷，下极板带正电荷，故下极板电势较高；故A正确；B错误；电子最终达到平衡，有：则：U=vBh；电流的微观表达式：I=nevS=nevhd，则：，代入得：；只将金属板的厚度d减小为原来的一半，则上、下表面之间的电势差大小变为2U，故C错误；只将电流I减小为原来的一半，则上、下表面之间的电势差大小变为，故D正确。考点：左手定则；洛伦兹力与电场力的平衡；4AD【解

16、析】试题分析：正负离子向右移动，受到洛伦兹力，根据左手定则，正离子向后表面偏，负离子向前表面偏所以前表面比后表面电势低即N端的电势比M端的高，A正确B错误；最终正负离子会受到电场力、洛伦兹力处于平衡，有，即而污水流量，所以;电压表的示数U跟污水的流量Q成正比，跟c成反比；C错误，D正确；考点：霍尔效应及其应用5D【解析】试题分析：因为上表面带正电、下表面带负电，电流的方向向右，根据左手定则可判断，是正电荷向右移动，故是是P型半导体；根据，可得，根据I=nqvS，得,选项D正确。考点：霍尔效应及电流强度的概念。6AB【解析】试题分析：根据左手定则可判断电子向下板偏转，所以上板电势高；很据，解得U

17、=Bdv,所以磁感应强度B越大，上、下表面的电势差U越大；电流越大，则电子定向移动的速率v越大,上、下表面的电势差U越大；由于B=B0+kz，所以U=（B0+kz ）dv，所以，所以k越大，传感器灵敏度()越高。选项AB正确。考点：此题考查霍尔效应及传感器的问题。7D【解析】试题分析：根据左手定则，正电荷会在洛伦兹力下向上偏转，负电荷会向下偏转，电容器会形成附加电场，即，当电荷聚集越来越多时，加速度会越来越小，当a=0时，电荷不在偏转，电势差稳定。当电荷中和后，AB电势差变小，带电粒子重新偏转，维持两端电势差恒定即（维持a=0条件）。电荷中和时，电流为ARB方向，所以BC错误。根据分析稳定电势

18、差,根据电阻定律则，根据闭合电路欧姆定律则，所以D正确。考点：闭合电路欧姆定律、电阻定律、速度选择器、左手定则点评：此类题型考察了带电粒子在平行板电容器中的受力情况，通过动态分析确定电荷偏转后的条件，从而确定电路中电流的大小。8A【解析】带电微粒在磁场中运动，相当于长度为d的导体棒切割磁感线，产生的感应电动势为Bdv，则总电阻为,所以板间电阻：，电流方向从上到下，根据电阻定律，可得，故应该选A9B【解析】试题分析：根据左手定值可得甲带负电，乙带正电，A错误；根据公式，因为速度，和磁感应强度相等，所以有：，解得，故B正确；根据公式可得能沿直线通过粒子的速率为，C错误；若甲、乙两束粒子的电荷量相等

19、，根据，则甲、乙两束粒子的质量比为，故D错误.考点：考查了带电粒子在电场中的运动10AC【解析】试题分析：根据，知，则最大动能与加速的电压无关与交流电频率f无关，故A正确，B错误；质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则所以最大速度不超过2fR，故C正确；粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据知，质子第2次和第1次经过D形盒狭缝的速度比为，根据，则半径比为，故D错误。考点：回旋加速度器的原理。11A【解析】试题分析：因为加速器所加的高频交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相等，而粒子在磁场中做圆周运动的周期与粒子的运动速度还没关系，故由公式T=可知，氚核的交流电源的周

20、期较大，故C、D均错误；再根据最大动能Ek=，将氚核与氦核的相关电荷量与质量代入，发现氚核获得的最大动能较小，故A正确，B错误。考点：加旋加速器。12C【解析】试题分析：根据周期公式T=知，粒子的回旋的周期不变，与粒子的速度无关，所以t4-t3=t3-t2=t2-t1A错误；交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致，故电源的变化周期应该等于2（tn-tn-1），B错误；根据公式r=，有v=，故最大动能Ekm=mv2=，与半径有关；要想粒子获得的最大动能增大，可以增大“D”形盒的半径，C正确；与粒子加速的次数无关，D正确。考点：本题考查回旋加速器。13A【解析】试题分析：据题意，由于加速电

21、场只在实线部分有，则带电粒子运动一周，经过加速电场一次，故应该被加速一次，选项A正确而D选项错误；据图有：和，由于带电粒子经过加速电场时有：，经过处理得到：，即，同理有：，故B选项错误；据可知，带电粒子的最大速度有D形盒半径决定，故C选项错误。考点：本题考查回旋加速器。14 CD【解析】 在磁场B中由左手定则可知，粒子带正电，选项A错误；所有在A1A2上的粒子，在磁场B中的运动时间，粒子的不同，时间t就不同，选项B错误；粒子在速度选择器中有，则，选项C正确；粒子打在A1A2上的位置越靠近P，半径越小，则比荷越大，选项D正确15B【解析】试题分析：四种粒子，只有两个粒子通过速度选择器，只有速度满足,，才能通过速度选择器所以通过速度选择器进入磁场的粒子是乙和丙，根据，乙的质量小于丙的质量，所以乙的半径小于丙的半径，则乙打在P3点，丙打在P4点甲的速度小于乙的速度，即小于，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，打在P1点丁的速度大于乙的速度，即大于，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，打在P2点，故B正确，A、C、D错误。考点：本题考查了质谱仪和回旋加速器原理。16B 【解析】试题分析: 电子在加速电场中：根据动能定理得qU=，得到v=；电子进入磁场过程：由evB=，电子的轨迹半径为r=， x=2r=，可见x，故B正确，A、C、D错误考点：质谱仪的工作原理 答案第5页，总5页