2024高中物理第五章磁场与回旋加速器5.6洛伦兹力与现代科技练习含解析沪科选修3_1.docxVIP

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洛伦兹力与现代科技

一、选择题（一）

1.(2014·重庆八中高二期末考试)1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的独创、同位素和质谱的探讨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.该束带电粒子带负电

B.速度选择器的P1极板带负电

C.在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷qm

D.在B2磁场中运动半径越大的粒子,质量越大

解析:带电粒子在磁场中向下偏转,磁场的方向垂直纸面对外,依据左手定则知,该粒子带正电,选项A错误;在平行金属板间,依据左手定则知,带电粒子所受的洛伦兹力方向竖直向上,则电场力的方向竖直向下,知电场强度的方向竖直向下,所以速度选择器的P1极板带正电,选项B错误;进入B2磁场中的粒子速度是肯定的,依据qvB=mv2r得r=mvqB,知r越大,比荷qm越小,而质量

答案:C

2.如图所示的虚线区域内,充溢垂直于纸面对里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。一带电粒子a(不计重力)以肯定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域,恰好沿直线由区域右边界的O点(图中未标出)射出。若撤去该区域内的磁场而保留电场不变,另一个同样的粒子b(不计重力)仍以相同初速度由O点射入,从区域右边界穿出,则粒子b()

A.穿出位置肯定在O点下方

B.穿出位置肯定在O点上方

C.运动时,在电场中的电势能肯定减小

D.在电场中运动时,动能肯定减小

解析:a粒子要在电场、磁场的复合场区内做直线运动,则该粒子肯定做匀速直线运动,故对粒子a有Bqv=Eq,即只要满意E=Bv,无论粒子带正电还是负电,粒子都可以沿直线穿出复合场区,当撤去磁场只保留电场时,粒子b由于电性不确定,故无法推断从O点的上方或下方穿出,选项A、B错误;粒子b在穿过电场区的过程中必定受到电场力的作用而做类平抛运动,电场力做正功,其电势能减小,动能增大,选项C正确,选项D错误。

答案:C

3.(多选)如图所示,连接两平行金属板的导线的一部分CD与另一回路的一段导线GH平行且均在纸面内,金属板置于磁场中,磁场方向垂直于纸面对里,当一束等离子体射入两金属板之间时,CD段导线受到力F的作用。则()

A.若等离子体从右方射入,F向左

B.若等离子体从右方射入,F向右

C.若等离子体从左方射入,F向左

D.若等离子体从左方射入,F向右

解析:等离子体指的是整体显电中性,内部含有等量的正、负电荷的气态离子群体。当等离子体从右方射入时,正、负离子在洛伦兹力的作用下将分别向下、上偏转,使上极板的电势低于下极板,从而在外电路形成由D流向C的电流,这一电流处在通电导线GH所产生的磁场中,由左手定则可知,它受到的安培力的方向向左,所以选项A正确,选项B错误;同理可分析得知选项C错误,选项D正确。

答案:AD

4.如图所示是某粒子速度选择器的示意图,在一半径为R=10cm的圆柱形桶内有B=10-4T的匀强磁场,方向平行于轴线,在圆柱形桶某始终径的两端开有小孔,作为入射孔和出射孔。粒子束以不同角度入射,最终有不同速度的粒子束射出。现有一粒子源放射比荷qm=2×1011C/kg的阳离子,粒子束中速度分布连续,不计重力。当θ=45°时,出射粒子速度v的大小是(

A.2×106m/s B.22×106m/s

C.22×108m/s D.42×106m/s

解析:由题意,粒子从入射孔以45°角射入匀强磁场,粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。能够从出射孔射出的粒子刚好在磁场中运动14周期,由几何关系知r=2R,又r=mvqB,v=qBrm=22×

答案:B

5.医生做某些特别手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成,磁极间的磁场是匀称的。运用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图所示。由于血液中的正、负离子随血流一起在磁场中运动,电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时,血管内部的电场可看作是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中,两触点的距离为3.0mm,血管壁的厚度可忽视,两触点间的电势差为160μV,磁感应强度的大小为0.040T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为()

A.1.3m/s,a正、b负 B.2.7m/s,a正、b负

C.1.3m/s,a负、b正 D.2.7m/s,a负、b正

解析:由左手定则知,正离子在磁场中受到洛伦兹力作用向上偏转,负离子在磁场中受到洛伦兹力作用向下偏转,因此电极a为正极、b为负极;稳定时,血液中的离子受的电场力和磁场力平衡,有qE=qvB,v=EB=UBd

答案:A

二、非选择题（一）

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