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.docx

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1、2023 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10 / 10在 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Dx 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

2、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B 和 E。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A A 。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 ()1 20A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/B D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

3、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 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

4、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2Rf B质子离开盘旋时的最大动能与加速电压U 成正比C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 21D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

5、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 BdvRS BdvRA.S I B.d I S BLvRS BdvRC.d I D.L I 【答案】B【典例 6】为了诊断病人心脏功能和动脉血液粘状况，需测量血管中血液的流量，如图示为电磁流量计示意图， 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】 利

6、用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动把握等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，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 ()A. 电势差UCD仅与材料有关B. 假设霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差U BEB. 粒子射入的速度可能是vBC. 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】BE6. 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vB，那么()A. 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B. 带负电粒子必需沿ba 方向从右侧进入场区，

7、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】AC7. 一束几种不同的正离子，垂直射入正交的匀强磁场和匀强电场区域里，离子束保持原运动方向未发生偏转 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A. 它们的动能确定各不一样B. 它们的电性确定各不一样C. 它们的质量确定各不一样D. 它们的比荷确定各不一样【答案】D8. 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E 组成的速度选择器，然后粒子通过平板 S 上

8、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 ，最终打在A. 粒子带负电B. 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C. 能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于D. 粒子打在【答案】CD上的位置越靠近P，粒子的比荷 越大91922 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A. 速度选择器的 极板带负电， 极板带正电B. 粒子在C. 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D. 在 磁场中运动

9、半径越大的粒子，比荷 越小【答案】BD10. 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 材料制成,长、宽、高分别为 左右两端开口,加垂直于上下底面且方向向下、磁感应强度为 的匀强磁场,在前后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 A. 假设污水中正离子较多,则前外表比后外表电势高B. 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C. 污水中离子浓度越高,电压表的示数将越大D. 污水流量 与 成正比，与 无关【

10、答案】B11. 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d20 cm，磁场的磁感应强度大小为B5 T，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 M、N 两板间接入的额定功率为P100 W 的灯泡正常发光，且此时灯泡电阻为 R100 ， 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()A. 金属板M 上聚拢负电荷，金属板N 上聚拢正电荷B. 该发电机的电动势为 100 VC. 每秒钟有 6.251018 个离子打在金属板N 上D. 离子从左侧喷射入磁场的初速度大小为10

11、3 m/s【答案】BC12. 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A. 上极板带负电,下极板带正电B. 仅增加磁感应强度,发电机的电动势将减小C. 仅减小两板间的距离,发电机的电动势将增大D. 仅增大磁流体的喷射速度,发电机的总功率将增大【答案】AD13. 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v，单个离子所带的电量为 q，离子通道(即两极板内所围成空问)的等效电阻为 r，负载电 阻为R.则以下说法中正确的选项是A.

12、 该发电机的电动势E=BdvB. 电阻R 两端的电压为为BdvC. 该电机的总功率为D. 该发电机上极板板的电势低于下极板的电势【答案】AC14. 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，通有电流 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A. 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B. 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C. 只将金属板的厚度d 减小为原来的一半，则上

13、、下外表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、下外表之间的电势差大小变为U/2【答案】D15. 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，电路中会形成大小为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，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()A. 此装置中血浆的等效电阻

14、B. 此装置中血浆受到安培力大小FBILC. 增大磁感应强度可以加快血浆的外抽速度D. 前后两侧的压强差【答案】ACD16. 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】BCD. 流量Q17. 如以下图，有一金属块放在垂直于侧面C 的匀强磁场中

15、，当有稳恒电流自左向右通过时，以下说法正确的选项是()A. 金属块上外表的电势高于下外表的电势B. 磁感应强度增大时，金属块上、下两外表间的电势差U 增大C. 电流增大时，金属块上、下两外表间的电势差U 减小D. 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】BD18. 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

16、,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 表示自由电子定向移动的速率)以下说法正确的选项是()A. 导体上外表的电势大于下外表的电势B. 霍尔系数为K=C. 载流子所受静电力的大小eU/dD. 载流子所受洛伦兹力的大小eBv【答案】BD19. 如以下图是某霍尔元件的内部构造图，其载流子为电子。a 接直流电源的正极，b 接直流电源的负极，cd 间输出霍尔电压。以下说法正确的有A. 假设工作面水平，置于竖直向下的磁场中，c 端的电势高于d 端B. cd 间霍尔电压与ab 间电流大小有关C. 将该元件移至另一位置，假设霍尔电压一样，则两处的磁场强弱一样D. 在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平【答案】AB