第52講洛倫茲力與現(xiàn)代科技（練習(xí)）（原卷版）

第52講洛倫茲力與現(xiàn)代科技（模擬精練+真題演練）1．（2023·北京西城·北師大實(shí)驗(yàn)中學(xué)?？既＃┤鐖D所示為質(zhì)譜儀的原理圖，一束粒子以速度v沿直線穿過(guò)相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度為E）和勻強(qiáng)磁場(chǎng)（磁感應(yīng)強(qiáng)度為）的重疊區(qū)域，然后通過(guò)狹縫垂直進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)（磁感應(yīng)強(qiáng)度為），最后打在照相底片上的三個(gè)不同位置，粒子的重力可忽略不計(jì)，則下列說(shuō)法正確的是（）

A．該束粒子帶負(fù)電B．板帶負(fù)電C．粒子的速度v滿足關(guān)系式D．在的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，荷質(zhì)比越小2．（2023·河南鄭州·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示為質(zhì)譜儀工作的原理圖，已知質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0，經(jīng)電場(chǎng)加速后，由小孔S沿著與磁場(chǎng)垂直的方向，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。粒子在S點(diǎn)的速度與磁場(chǎng)邊界垂直，最后打在照相底片上的P點(diǎn)，且。忽略粒子的重力，通過(guò)測(cè)量得到x與的關(guān)系如圖乙所示，已知斜率為k=0.5，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為，，則下列說(shuō)法中正確的是（）

A．該粒子帶負(fù)電B．該粒子比荷為C．該粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間約為D．若電壓U不變，打到Q點(diǎn)的粒子比荷大于打到P點(diǎn)的粒子3．（2023·重慶沙坪壩·重慶一中校考模擬預(yù)測(cè)）實(shí)驗(yàn)中，將離子束從回旋加速器中引出可以采用磁屏蔽通道法。使用磁屏蔽通道法引出離子的原理如圖所示：離子從P點(diǎn)以速度v進(jìn)入通道時(shí)，由于引出通道內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生改變，離子運(yùn)動(dòng)軌跡半徑增大，可使離子引出加速器。已知回旋加速器D型盒的半徑為R，圓心在O點(diǎn)，D型盒區(qū)域中磁場(chǎng)垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，引出通道外側(cè)末端Q點(diǎn)到O點(diǎn)距離為L(zhǎng)，OQ與OP的夾角為θ，離子帶電為q，質(zhì)量為m，則（）

A．離子經(jīng)過(guò)引出通道后的速度大于vB．引出通道內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于BC．若離子恰能從引出通道的Q點(diǎn)引出，引出通道中的磁感應(yīng)強(qiáng)度D．若引出通道中磁場(chǎng)為時(shí)，該離子能引出加速器，則此時(shí)將一帶電量2q，質(zhì)量為2m的離子一定不能從加速器中引出4．（2023·福建南平·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）回旋加速器工作原理如圖所示，置于真空中的兩個(gè)半圓形金屬盒半徑為R，兩盒間留有一狹縫接有頻率為f的高頻交流電，加速電壓為U，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。若A處粒子源產(chǎn)生的氘核在狹縫中被加速，不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響，不計(jì)粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間。則（）A．氘核離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大速率隨加速電壓U增大而增大B．氘核被加速后的最大速度可能超過(guò)C．氘核第n次和第次經(jīng)過(guò)兩金屬盒間狹縫后的軌道半徑之比為D．不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能加速粒子5．（2023·北京東城·北京市廣渠門中學(xué)?？既＃┤鐖D所示，速度選擇器的兩平行導(dǎo)體板之間有方向互相垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。一電荷量為+q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入速度選擇器后，恰能沿圖中虛線通過(guò)。不計(jì)粒子重力，下列說(shuō)法可能正確的是（）

A．電荷量為q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后將向下偏轉(zhuǎn)B．電荷量為+2q的粒子以速度v從S點(diǎn)進(jìn)入后將做類平拋運(yùn)動(dòng)C．電荷量為+q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后動(dòng)能將逐漸減小D．電荷量為q的粒子以大于v的速度從S點(diǎn)進(jìn)入后動(dòng)能將逐漸增大6．（2023·江蘇·模擬預(yù)測(cè)）目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，立體圖如圖甲所示，側(cè)視圖如圖乙所示，其工作原理是燃燒室在高溫下將氣體全部電離為電子與正離子，即高溫等離子體，高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以速度進(jìn)入矩形發(fā)電通道，發(fā)電通道有垂直于噴射方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)（圖乙中垂直紙面向里），磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，等離子體在發(fā)電通道內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這時(shí)兩金屬薄板上就會(huì)聚集電荷，形成電勢(shì)差。已知發(fā)電通道從左向右看長(zhǎng)，寬，高，等離子體的電阻率，電子的電荷量。不計(jì)電子和離子的重力以及微粒間的相互作用，則以下判斷正確的是（）A．發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為2500VB．若電流表示數(shù)為16A，則1s內(nèi)打在下極板的電子有1010個(gè)C．當(dāng)外接電阻為12Ω時(shí)，電流表的示數(shù)為5AD．當(dāng)外接電阻為8Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率最大7．（2023·北京東城·統(tǒng)考一模）工業(yè)上常用電磁流量計(jì)來(lái)測(cè)量高黏度及強(qiáng)腐蝕性流體的流量Q（單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道橫截面的液體體積），原理如圖甲所示，在非磁性材料做成的圓管處加一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，當(dāng)導(dǎo)電液體流過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，測(cè)出管壁上下M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差U，就可計(jì)算出管中液體的流量。為了測(cè)量某工廠的污水排放量，技術(shù)人員在充滿污水的排污管末端安裝了一個(gè)電磁流量計(jì)，如圖乙所示，已知排污管和電磁流量計(jì)處的管道直徑分別為20和10。當(dāng)流經(jīng)電磁流量計(jì)的液體速度為10時(shí)，其流量約為280，若某段時(shí)間內(nèi)通過(guò)電磁流量計(jì)的流量為70，則在這段時(shí)間內(nèi)（

）A．M點(diǎn)的電勢(shì)一定低于N點(diǎn)的電勢(shì)B．通過(guò)排污管的污水流量約為140C．排污管內(nèi)污水的速度約為2.5D．電勢(shì)差U與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之比約為0.258．（2023·天津紅橋·統(tǒng)考二模）為監(jiān)測(cè)某化工廠的含有離子的污水排放情況，技術(shù)人員在排污管中安裝了監(jiān)測(cè)裝置，該裝置的核心部分是一個(gè)用絕緣材料制成的空腔，其寬和高分別為和，左、右兩端開(kāi)口與排污管相連，如圖所示。在垂直于上、下底面加磁感應(yīng)強(qiáng)度為向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在空腔前、后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為的相互平行且正對(duì)的電極和，和與內(nèi)阻為的電流表相連。污水從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電流表將顯示出污水排放情況。下列說(shuō)法中正確的是（）A．板比板電勢(shì)高B．污水中離子濃度越高，則電流表的示數(shù)越小C．污水流量大小，對(duì)電流表的示數(shù)無(wú)影響D．若只增大所加磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度，則電流表的示數(shù)也增大9．（2023秋·山東淄博·高三校考開(kāi)學(xué)考試）電磁流量計(jì)是隨著電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的新型流量測(cè)量?jī)x表。主要有直流式和感應(yīng)式兩種。如圖所示直流式電磁流量計(jì)，外加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于管軸，在豎直徑向a、b處裝有兩個(gè)電極，用來(lái)測(cè)量含有大量正，負(fù)離子的液體通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)所產(chǎn)生的電勢(shì)差大小U。液體的流量Q可表示為，其中d為管道直徑，k為修正系數(shù)，用來(lái)修正導(dǎo)出公式時(shí)未計(jì)及的因素（如流量計(jì)管道內(nèi)的流速并不均勻等）的影響。那么A應(yīng)該為（）

A．恒定常數(shù) B．管道的橫截面積C．液體的流速 D．液體中單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)某一橫截面的電荷量10．（2023·北京通州·潞河中學(xué)?？既＃┐琶粼谠絹?lái)越多的電子產(chǎn)品中被使用，市場(chǎng)上看到的帶皮套的智能就是使用磁性物質(zhì)和霍爾元件等起到開(kāi)關(guān)控制的，當(dāng)打開(kāi)皮套，磁體遠(yuǎn)離霍爾元件，屏幕亮；當(dāng)合上皮套，磁體靠近霍爾元件，屏幕熄滅，進(jìn)入省電模式。如圖所示，一塊寬度為、長(zhǎng)為、厚度為的矩形半導(dǎo)體霍爾元件，元件內(nèi)的導(dǎo)電粒子是電荷量為的自由電子，通入水平向右大小為的電流時(shí)，當(dāng)套合上時(shí)元件處于垂直于上表面、方向向上且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，于是元件的前、后表面產(chǎn)生穩(wěn)定電勢(shì)差；以此來(lái)控制屏幕熄滅，則下列說(shuō)法正確的是（）

A．前表面的電勢(shì)比后表面的電勢(shì)高B．自由電子所受洛倫茲力的大小為C．用這種霍爾元件探測(cè)某空間的磁場(chǎng)時(shí)，霍爾元件的擺放方向?qū)o(wú)影響D．若該元件單位體積內(nèi)的自由電子個(gè)數(shù)為，則發(fā)生霍爾效應(yīng)時(shí)，元件前后表面的電勢(shì)差為11．（2023·浙江寧波·?？既＃├没魻杺鞲衅骺蓽y(cè)量自行車的運(yùn)動(dòng)速率，如圖所示，一塊磁鐵安裝在前輪上，霍爾傳感器固定在前叉上，離輪軸距離為r，輪子每轉(zhuǎn)一圈，磁鐵就靠近霍爾傳感器一次，傳感器就會(huì)輸出一個(gè)脈沖電壓。當(dāng)磁鐵靠霍爾元件最近時(shí)，通過(guò)元件的磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在導(dǎo)體前后表面間出現(xiàn)電勢(shì)差U。已知霍爾元件沿磁場(chǎng)方向的厚度為d，載流子的電荷量為，電流I向左。下列說(shuō)法正確的是（）A．前表面的電勢(shì)高于后表面的電勢(shì)B．若車速越大，則霍爾電勢(shì)差U越大C．元件內(nèi)單位體積中的載流子數(shù)為D．若單位時(shí)間內(nèi)霍爾元件檢測(cè)到m個(gè)脈沖，則自行車行駛的速度大小12．（2023·福建寧德·?？既＃┤鐖D所示為一種質(zhì)譜儀的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，粒子源釋放出初速度可忽略不計(jì)的帶電粒子P1和P2，粒子經(jīng)加速電壓為的直線加速器加速后由通道入口的中心縫垂直于邊界進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)。該通道的上下表面是內(nèi)半徑為R、外半徑為的半圓環(huán)。該通道置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，正對(duì)著通道出口處放置一塊照相底片，能記錄粒子從出口射出時(shí)的位置。已知帶電粒子P1的電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子P2的電荷量為，質(zhì)量為，粒子P1恰好能擊中照相底片的正中間位置，下列說(shuō)法正確的是（

）A．照相底片上P1和P2所擊中位置間的距離為B．照相底片上P1和P2所擊中位置間的距離為C．若加速電壓在到之間波動(dòng)，則粒子P1和P2在底片上剛好沒(méi)有重疊區(qū)域D．若加速電壓在到之間波動(dòng)，則粒子P1和P2在底片上剛好沒(méi)有重疊區(qū)域13．（2023·黑龍江哈爾濱·哈爾濱三中?？寄M預(yù)測(cè)）2022年12月28日我國(guó)中核集團(tuán)全面完成了230MeV超導(dǎo)回旋加速器自主研制的任務(wù)，標(biāo)志著我國(guó)已全面掌握小型化超導(dǎo)回旋加速器的核心技術(shù)，進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)行列。如圖所示，圖甲為該回旋加速器的照片，圖乙為回旋加速器工作原理示意圖，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，交流加速電壓為U。圓心A處粒子源產(chǎn)生初速度為零，質(zhì)量為m，電荷量為q的質(zhì)子，質(zhì)子在加速器中被加速。忽略質(zhì)子穿過(guò)兩金屬盒間狹縫的時(shí)間，忽略相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響，下列說(shuō)法正確的是（）

A．保持B、R、U及交流電頻率均不變，該裝置也可用于加速氘核和氚核B．若增大加速電壓U，質(zhì)子從D型盒出口射出的動(dòng)能增大C．質(zhì)子從D型盒出口射出時(shí)，加速次數(shù)D．質(zhì)子第n次加速后和第次加速后的運(yùn)動(dòng)半徑之比為14．（2023·全國(guó)·二模）速度選擇器可以使一定速度的粒子沿直線運(yùn)動(dòng)，如圖甲所示?；魻栐墓ぷ髟砼c速度選擇器類似，某載流子為電子的霍爾元件如圖乙所示。下列說(shuō)法正確的是（）A．圖甲中，電子以速度大小從Q端射入，可沿直線運(yùn)動(dòng)從P點(diǎn)射出B．圖甲中，電子以速度大小從P端射入，電子向下偏轉(zhuǎn)，軌跡為拋物線C．圖乙中，僅增大電流I，其他條件不變，MN之間的霍爾電壓將增大D．圖乙中，穩(wěn)定時(shí)霍爾元件M側(cè)的電勢(shì)低于N側(cè)的電勢(shì)15．（2023·湖南·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示為研究某種帶電粒子的裝置示意圖，粒子源射出的粒子束以一定的初速度沿直線射到熒光屏上的點(diǎn)，出現(xiàn)一個(gè)光斑。在垂直紙面向里的方向上加一寬度為、磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，粒子束發(fā)生偏轉(zhuǎn)，沿半徑為的圓弧運(yùn)動(dòng)，最后打在距磁場(chǎng)右側(cè)距離為的熒光屏上的點(diǎn)?，F(xiàn)在磁場(chǎng)區(qū)域再加一豎直方向、電場(chǎng)強(qiáng)度大小為的勻強(qiáng)電場(chǎng)，光斑從點(diǎn)又回到點(diǎn)，不計(jì)粒子重力，則（）A．粒子帶正電B．粒子的初速度大小為C．粒子的比荷為D．兩點(diǎn)之間的距離為16．（2023·河北滄州·河北省吳橋中學(xué)校考模擬預(yù)測(cè)）如圖所示的磁流體發(fā)電機(jī)由彼此正對(duì)的兩水平且彼此平行的金屬板M、N構(gòu)成，M、N間存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，兩金屬板與兩平行且水平放置的金屬導(dǎo)軌相連，金屬板M、N及兩平行金屬導(dǎo)軌間的距離均為d，平行金屬導(dǎo)軌間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向與豎直方向成θ角，在兩平行金屬導(dǎo)軌上放有一長(zhǎng)為d的直導(dǎo)體棒PQ，直導(dǎo)體棒PQ與兩平行金屬導(dǎo)軌垂直，其電阻為R，其余電阻不計(jì)。在兩平行金屬板M、N間垂直于磁場(chǎng)方向噴入一束速度大小為v0的等離子體，PQ仍靜止在導(dǎo)軌上，已知導(dǎo)體棒的質(zhì)量為m，它與金屬導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g，下列說(shuō)法正確的是（）A．通過(guò)導(dǎo)體棒的電流方向?yàn)镻→QB．導(dǎo)體棒受到的安培力大小為C．金屬導(dǎo)軌對(duì)導(dǎo)體棒的支持力大小為D．導(dǎo)體棒受到金屬導(dǎo)軌的摩擦力大小為17．（2023·全國(guó)·模擬預(yù)測(cè)）2023年1月《力學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了標(biāo)題為《爆轟驅(qū)動(dòng)惰性氣體磁流體發(fā)電試驗(yàn)研究》的文章，文中論述了基于爆轟驅(qū)動(dòng)激波管技術(shù)的惰性氣體磁流體發(fā)電的可能性。發(fā)電原理示意圖如圖所示，平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將爆轟驅(qū)動(dòng)獲得的高速等離子體沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入磁場(chǎng)，則金屬板A、B間便產(chǎn)生強(qiáng)電壓。已知A、B板間距為d，板間磁場(chǎng)可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，以速率v進(jìn)入磁場(chǎng)的等離子流截面積為S，穩(wěn)定工作時(shí)，進(jìn)、出極板的離子流單位體積內(nèi)正、負(fù)離子的個(gè)數(shù)均為n，正負(fù)離子電荷量均為q，外電路接電阻R形成閉合回路獲得強(qiáng)電流，則（）A．所能形成的持續(xù)穩(wěn)定的電流為 B．磁流體發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定輸出功率為C．極板間電離氣體的電阻率為 D．發(fā)電通道兩端的壓強(qiáng)差18．（2023·山西陽(yáng)泉·統(tǒng)考三模）如圖為利用霍爾元件進(jìn)行微小位移測(cè)量的實(shí)驗(yàn)裝置。在兩塊磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，同極相對(duì)放置的磁體狹縫中放入金屬材料制成的霍爾元件，當(dāng)霍爾元件處于中間位置時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，霍爾電壓（霍爾元件上下兩表面的電勢(shì)差）也為0。將該點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立空間坐標(biāo)系，當(dāng)霍爾元件沿x軸移動(dòng)時(shí)，即有霍爾電壓輸出?；魻栐须娏鞣较蚴冀K為z軸負(fù)方向且大小不變，下列說(shuō)法正確的是（）

A．霍