2022届全国高三物理模拟试题汇编:洛伦兹力应用及答案.docx

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1、 洛伦兹力应用一、单选题1如图所示,M、N为速度选择器的上、下两个带电极板,两极板间有匀强电场和匀强磁场。匀强电场的场强大小为E、方向由M板指向N板,匀强磁场的方向垂直纸面向里。速度选择器左右两侧各有一个小孔P、Q,连线 PQ 与两极板平行。某种带电微粒以速度v从P孔沿 PQ 连线射入速度选择器,从Q孔射出。不计微粒重力,下列判断正确的是() A带电微粒一定带正电B匀强磁场的磁感应强度大小为 vEC若将该种带电微粒以速率v从Q孔沿 QP 连线射入,不能从P孔射出D若将该带电微粒以 2v 的速度从P孔沿 PQ 连线射入后将做类平抛运动2利用质谱仪检测电量相等(4价)的气态C14和C12离子的浓度

2、比,结合C14衰变为N14的半衰期,可以判断古代生物的年龄。如图所示,离子从容器A下方的狭缝S1飘入电场,经电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里,离子经磁场偏转后发生分离,检测分离后离子的电流强度可得离子的浓度比。测得IPIQ=143,则C14和C12的浓度比为()A143B314C12D213如图所示,利用电磁铁产生磁场,电流表检测输入霍尔元件的电流,电压表检测霍尔元件输出的霍尔电压。已知图中的1、2、3、4是霍尔元件(载流子为电子)上的四个接线端,开关S1、S2闭合后,电流表A和电表甲、乙都有明显示数,下列说法正确的是()A通过霍尔元件的磁场方向

3、竖直向上B电表甲为电压表,电表乙为电流表C接线端2的电势低于接线端4的电势D若减小R1的电阻、增大R2的电阻,则电表乙的示数一定增大4如图,方形金属棒放在匀强磁场中,磁场方向垂直前后表面向里,金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应,则()A金属棒上表面的电势高于下表面B金属棒前表面的电势高于后表面C仅增大磁感应强度,霍尔电压将变大D仅增大金属棒长度ab,霍尔电压将变大5图示装置叫质谱仪,最初是由阿斯顿设计的,是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。其工作原理如下:一个质量为m、电荷量为g的离子,从容器A下方的小孔 S1 飘入电势差为U的加速电场,其初速度几乎为0,然后经过 S

4、3 沿着与磁场垂直的方向,进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相的底片D上。不计离子重力。则() A离子进入磁场时的速率为 v=2mUqB离子在磁场中运动的轨道半径为 r=1B2qUmC离子在磁场中运动的轨道半径为 r=1B2mUqD若a、b是两种同位素的原子核,从底片上获知a、b在磁场中运动轨迹的直径之比是 1.08:1 ,则a、b的质量之比为 1.08:16如图所示,宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在与它垂直的磁感应强度大小为 B 的匀强磁场中,当恒定电流I通过霍尔元件时,在它的前后两个侧面之间会产生电压,这样就实现了将电流输入转化为电压输出。为提高输出的电压,可采取的措施是() A增

5、大dB减小dC增大hD减小h7如图所示,长方形金属导体左、右、上、下、前、后六个表面分别用 X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2 表示,匀强磁场垂直 Z1、Z2 面向外,当电流I从 X1 面流向 X2 面时,导体会产生霍尔电压UH。若实验中导体尺寸、电流I和磁感应强度B保持不变,下列说法正确的是() AUH存在于导体的X1、X2之间,且X1面的电势高于X2面的电势BUH存在于导体的Y1、Y2之间,且Y1面的电势高于Y2面的电势C若更换金属种类,使单位体积内自由电子数增大,则UH也会增大D导体X1、X2两面间的电阻等于 UHI二、多选题8如图是回旋加速器的原理图,由两个半径均为R的D形盒组成,D形

6、盒上加周期性变化的电压,电压的值为U,D形盒所在平面有垂直盒面向下的磁场,磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器中被加速,则()A粒子每次经过D形盒之间的缝隙后动能增加qUB粒子每次经过D形盒之间的缝隙后速度增大qUmC粒子以速度v在D形盒内运动半圆后动能增加2qBRD粒子离开D形盒时动能为q2B2R22m9回旋加速器的工作原理如图甲所示,置于真空中的正对的D形金属盒和半径均为 R ,两盒间狭缝的间距为 d ,磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直,被加速粒子的质量为 m ,电荷量为 +q ,加在狭缝间的方波型电压如图乙所示。粒子在 t=0T2 时间内,从 A 处均匀地飘入狭缝

7、,视初速度为零。下列说法正确的是() A粒子每次在D形金属盒中运动时间不同B粒子每次在D形金属盒中运动时间相同C粒子射出时的动能与 U0 成正比D粒子射出时的动能与 U0 无关10回旋加速器的工作原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间接电压为U的交流电源。中心A处的粒子源产生的带电粒子,初速度可视为0,在两盒之间被电场加速。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场B中,粒子在磁场中做匀速圆周运动。忽略两盒缝之间的距离。已知粒子被第一次加速后,经过时间t,再次到达盒缝处,与A的距离为d。则() A电场变化的周期为tB粒子被2次加速后,再次经过盒缝时,与A的距离为dC粒子的最大动能与金

8、属盒半径R有关,与加速电压U无关D粒子在加速器中运动的时间与加速电压U、金属盒半径R均有关11回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R。两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子,在加速器中被加速,加速电压为U。下列说法正确的是() A交变电场的周期为 mBqB粒子射出加速器的速度大小与电压U成正比C粒子在磁场中运动的时间为 BR22UD粒子第1次经过狭缝后进入磁场的半径为 1B2mUq12大型对撞机是科学研究的重要工具,中国也准备建造大型正负电子对撞机,预计在2022至2030年之间建

9、造,对撞机是在回旋加速器的基础上逐步发展出来的。回旋加速器的原理示意图如图所示, D1 和 D2 是两个中空的半圆金属盒,均和高频交流电源相连接,在两盒间的窄缝中形成匀强电场,两盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,中央O处是粒子源。若忽略粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应,下列说法正确的是() A带电粒子每运动一周被加速两次B带电粒子在磁场中运动的周期越来越小C粒子的最大速度与半圆金属盒的尺寸无关D磁感应强度越大,带电粒子离开加速器时的动能就越大三、综合题13在芯片制造过程中,离子注入是芯片制造重要的工序。甲图是我国自主研发的离子注入机,乙图是离子注入机的部分工作原理示意图。从离子源发出的离子

10、经电场加速后沿水平方向先通过速度选择器,再进入磁分析器,磁分析器是中心线半径为R的四分之一圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔,利用磁分析器选择出特定比荷的离子后经N点打在硅片(未画出)上,完成离子注入。已知速度选择器和磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向外;速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E。整个系统置于真空中,不计离子重力。求:(1)能从速度选择器中心线通过的离子的速度大小v;(2)能通过N打到硅片上的离子的比荷 qm ,并判断该离子的带电性质。 14如图所示,半径为L的金属圆环内部等分为两部分,两部分各有垂直于圆环平面、方向相反的匀强磁场,磁感应强度大小均

11、为B0,与圆环接触良好的导体棒绕圆环中心0匀速转动。圆环中心和圆周用导线分别与两个半径为R的D形金属盒相连,D形盒处于真空环境且内部存在着磁感应强度为B的匀强磁场,其方向垂直于纸面向里。t=0时刻导体棒从如图所示位置开始运动,同时在D形盒内中心附近的A点,由静止释放一个质量为m,电荷量为q(q0)的带电粒子,粒子每次通过狭缝都能得到加速,最后恰好从D形盒边缘出口射出。不计粒子重力及所有电阻,忽略粒子在狭缝中运动的时间,导体棒始终以最小角速度(未知)转动,求:(1)的大小;(2)粒子在狭缝中加速的次数;(3)考虑实际情况,粒子在狭缝中运动的时间不能忽略,求狭缝宽度d的取值范围。答案解析部分1【答

12、案】C2【答案】C3【答案】C4【答案】C5【答案】C6【答案】B7【答案】B8【答案】A,D9【答案】B,D10【答案】C,D11【答案】C,D12【答案】A,D13【答案】(1)解;离子通过速度选择器时,有 qE=qvB解得 v=EB(2)解;离子在磁分析器中,有 qvB=mv2R解得 qm=EB2R对离子受力分析可知,离子受到洛仑兹力指向圆心O,根据左手定则可知离子带正电荷14【答案】(1)解;根据洛伦兹力充当向心力 Bvq=mv2r得 r=mvqBT=2rv=2mqB棒的角速度最小值为 =2T=qBm(2)解;根据洛伦兹力充当向心力 Bv1q=mv12R可得粒子离开加速器的速度为 v1=BqRm由法拉第电磁感应定律,导体棒切割磁感线的电动势为 E感=12B0L2=qBB0L22m根据动能定理 NE感q=12mv12得加速的次数为 N=BL2B0R2(3)解;带电粒子在电场中的加速度为 a=E感qdm=q2BB0L22dm2粒子在电场中做匀加速直线运动,满足 Nd=12at2为保证粒子一直加速,应满足 tT2解得 dB0L22BR

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