2022高考人教四川专版物理选修3-1课时跟踪训练第1部分第三章第5节洛伦兹力的应用Word版含解析[课时跟踪训练](满分60分 时间30分钟)一、选择题(每小题至少有一个选项正确，选对得5分，选不全得3分，错选不得分，共40分)1．(2022·广州高二检测)一个电子穿过某一空间而未发生偏转，则此空间( )A．一定不存在磁场B．可能只存在电场C．可能存在方向重合的电场和磁场D．可能存在正交的磁场和电场解析：若电子运动的方向沿电场线或沿磁场线，电子的运动轨迹均为直线，不发生偏转，故A错误，B、C正确；若电场与磁场垂直，电子垂直于电场方向和磁场方向进入混合场中，若洛伦兹力与电场力等大反向，则电子也不偏转，故D正确。答案：BCD2．如图1所示为一“滤速器”装置示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并图1沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO′运动，由O′射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是( )A．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C．使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D．使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外解析：a板电势高于b板时，空间有竖直向下的匀强电场，电子向右运动时，受到竖直向上的电场力作用，同时垂直纸面向里匀强磁场对电子施加竖直向下的洛伦兹力作用，如果电场力和洛伦兹力大小相等，则电子沿直线通过该装置，选项A正确，B错误。同理，选项C错误，D正确。答案：AD3．(2022·宁波高二检测)如图2所示，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U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，粒子打至P点，设OP＝x，能正确反映x与U6\n之间函数关系的x－U图像是图3中的( )图2图3解析：电场加速qU＝mv2，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动qvB＝m，x＝2r，所以有x＝，B正确。答案：B4．如图4所示，一束质量、速度和带电荷量不同的正离子垂直地射入正交的匀强磁场和匀强电场区域里，结果发现有些离子原来的运动方向未发生任何变化，如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发图4现这些离子又分裂成几束，对这些进入后一磁场的离子，可得出结论( )A．它们的动能一定各不相同B．它们的带电荷量一定各不相同C．它们的质量一定各不相同D．它们的带电荷量与质量之比一定各不相同解析：能够通过速度选择器的粒子，说明它们进入另一匀强磁场时具有相同的速度，而在第二个磁场中又分裂成几束，说明它们的运转半径不同。由qBv＝m得R＝，在v、B相同时，只能说明它们的即不同。故D正确。答案：D5．如图5甲所示，一带电粒子以水平初速度v0(v0<)先后进入方向垂直的匀强电场和匀强磁场区域，已知电场方向竖直与磁场宽度相同且紧邻在一起，在带电粒子穿过电场和磁场的过程中(其所受重力忽略不计)，电场和磁场对粒子所做的总功为W1；若把电场和磁场正交重叠，如图乙所示，粒子仍以初速度v0穿过重叠场区，在带电粒子穿过电场和磁场的过程中，电场和磁场对粒子所做的总功为W2，比较W1和W2，有( )图56\nA．一定是W1>W2B．一定是W1＝W2C．一定是W1<W2D．可能是W1<W2，也可能是W1>W2解析：洛伦兹力对带电粒子不做功，只有电场力对带电粒子做功，且W＝Eq·y，其中y为带电粒子沿电场力方向偏移的距离，因图乙中洛伦兹力的存在，使粒子在电场方向上偏移的距离y2比图甲中偏移的距离y1小，故有W1>W2，A正确。答案：A6．如图6所示是质谱仪的工作原理示意图。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A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是( )图6A．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，粒子的比荷越小解析：因同位素原子的化学性质完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为同位素分析的重要工具，A正确。在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确。再由qE＝qvB有v＝E/B，C正确。在匀强磁场B0中R＝所以＝，D错误。答案：ABC7．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，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步。图7为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间图7的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，如图所示。带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是( )A．带电粒子每运动一周被加速两次6\nB．带电粒子每运动一周P1P2＝P2P3C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关D．加速电场方向需要做周期性的变化解析：由图可以看出，带电粒子每运动一周被加速一次，A错误。由R＝和Uq＝mv－mv可知，带电粒子每运动一周，电场力做功都相同，动能增量都相同，但速度的增量不相同，故粒子做圆周运动的半径增加量不相同，B错误。由v＝可知，加速粒子的最大速度与D形盒的半径R有关，C正确；由T＝可知，粒子运动的周期不随v而变，故D错误。答案：C8．如图8所示，在一个圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场。速率不同的一束质子从边缘的M点沿半径方向射入磁场区域，关于质子在磁场中的运动下列说法正确的是( )图8A．运动轨迹越长的，运动时间越长B．运动轨迹越短的，运动时间越长C．运动速率大的，运动时间越长D．运动速率小的，运动时间越长解析：根据质子在磁场中的运动情况做出不同速率的质子的运动轨迹如图所示，由图和r＝可知，质子的运动速率v1>v2，显然运动轨迹s1>s2，θ1<θ2，且质子的运动时间t∝θ，正确答案为B、D项。答案：BD二、非选择题(每小题10分，共20分)9．回旋加速器D形盒中央为质子源，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m。求：(1)质子最初进入D形盒的动能多大？(2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大？(3)交流电的频率是多少？解析：(1)粒子在电场中加速，由动能定理得：eU＝Ek－0，解得Ek＝eU。6\n(2)质子在回旋加速器的磁场中绕行的最大半径为R，由牛顿第二定律得：evB＝m①质子的最大动能：Ekm＝mv2②解①②式得：Ekm＝(3)f＝＝答案：(1)eU (2) (3)10．(2022·威海模拟)如图9所示，相距为R的两块平行金属板M、N正对着放置，s1、s2分别为M、N板上的小孔，s1、s2、O三点共线，它们的连线垂直M、N，且s2O＝R。以O为圆心、R为半径的圆形区域内存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场。D为收集板，收集板上各点到O点的距离以及两端点A和C的距离都为2R，图9板两端点的连线AC垂直M、N板。质量为m、带电量为＋q的粒子，经s1进入M、N间的电场后，通过s2进入磁场。粒子在s1处的速度和粒子所受的重力均不计。(1)当M、N间的电压为Ux时，求粒子进入磁场时速度的大小vx；(2)要使粒子能够打在收集板D上，求在M、N间所加电压的范围。解析：(1)粒子从s1到达s2的过程中，根据动能定理得：qUx＝mv，解得：vx＝(2)粒子进入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，设此时其速度大小为v，轨道半径为r，根据牛顿第二定律得：qvB＝m，粒子在M、N之间运动，根据动能定理得：qU＝mv2，联立解得：U＝当粒子打在收集板D的A点时，经历的时间最长，由几何关系可知粒子在磁场中运动的半径r1＝R，此时M、N间的电压最小，为U1＝当粒子打在收集板D的C点时，经历的时间最短，由几何关系可知粒子在磁场中运动的半径r2＝R，此时M、N间的电压最大，为U2＝要使粒子能够打在收集板D上，在M、N间所加电压的范围为≤U≤(或6\n<U<)答案：(1) (2)≤U≤(或<U<)6
