2023年高考物理預(yù)測題之洛倫茲力及應(yīng)用含答案

高考物理預(yù)測題之洛倫茲力及應(yīng)用一、單選題1．某興趣小組設(shè)計的測量大電流的裝置如圖所示，通有電流I的螺繞環(huán)在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場，通有待測電流的直導(dǎo)線垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產(chǎn)生的磁場。調(diào)節(jié)電阻R，當(dāng)電流表示數(shù)為時，元件輸出霍爾電壓為零，則待測電流的方向和大小分別為（）A．， B．，C．， D．，2．霍爾元件廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，有的電動自行車上控制速度的轉(zhuǎn)動把手就應(yīng)用了霍爾元件，這種轉(zhuǎn)動把手稱為“霍爾轉(zhuǎn)把”?！盎魻栟D(zhuǎn)把”內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖。開啟電動自行車的電源時，在霍爾器件的上下面之間就有一個恒定電流I，如圖。將“霍爾轉(zhuǎn)把”旋轉(zhuǎn)，永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動，施加在霍爾器件上的磁場就發(fā)生變化，霍爾器件就能輸出變化的電勢差U。這個電勢差是控制車速的，電勢差與車速的關(guān)系如圖。以下敘述正確的是（）A．若霍爾元件的自由電荷是自由電子，則端的電勢高于端的電勢B．若改變霍爾器件上下面之間的恒定電流I的方向，將影響車速控制C．其他條件不變，僅增大恒定電流I，可使電動自行車更容易獲得最大速度D．按第一張圖順時針均勻轉(zhuǎn)動把手，車速減小3．“天問一號”環(huán)繞火星飛行過程中攜帶磁強(qiáng)計探測火星磁場。有一種磁強(qiáng)計原理如圖所示。將一段橫截面為長方形的N型半導(dǎo)體（靠自由電子導(dǎo)電）放在勻強(qiáng)磁場中，兩電極P、Q分別與半導(dǎo)體的前、后兩側(cè)接觸。已知磁場方向沿y軸正方向，N型半導(dǎo)體橫截面的長為a，寬為b，單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，自由電子所做的定向移動可視為勻速運動。半導(dǎo)體中通有沿x軸正方向、大小為I的電流時，測得兩電極P、Q間的電勢差大小為U。下列說法正確的是（）A．P為正極，Q為負(fù)極B．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為C．磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為D．其他條件不變時，B越大，U越小4．如圖所示為一種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：離子源、加速電場、靜電分析器、磁分析器、收集器。靜電分析器通道中心線MN所在圓的半徑為R，通道內(nèi)有均勻輻射的電場，中心線處的電場強(qiáng)度大小為E；磁分析器中分布著方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁分析器的左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的離子（初速度為零，重力不計），經(jīng)加速電場加速后進(jìn)入靜電分析器，沿中心線MN做勻速圓周運動，而后由P點進(jìn)入磁分析器中，最終經(jīng)過Q點進(jìn)入收集器（進(jìn)入收集器時速度方向與O2P平行），下列說法正確的是（）A．磁分析器中勻強(qiáng)磁場的方向垂直于紙面向內(nèi)B．任何比荷相同的正離子都能進(jìn)入收集器，但從Р到Q的時間不同C．加速電場中的加速電壓U=ERD．磁分析器中軌跡圓心O2到Q點的距離5．如圖所示，利用電磁鐵產(chǎn)生磁場，電流表檢測輸入霍爾元件的電流，電壓表檢測霍爾元件輸出的霍爾電壓。已知圖中的1、2、3、4是霍爾元件（載流子為電子）上的四個接線端，開關(guān)、閉合后，電流表A和電表甲、乙都有明顯示數(shù)，下列說法正確的是（）A．通過霍爾元件的磁場方向豎直向上B．電表甲為電壓表，電表乙為電流表C．接線端2的電勢低于接線端4的電勢D．若減小的電阻、增大的電阻，則電表乙的示數(shù)一定增大6．關(guān)于下列四幅圖的說法正確的是（）A．圖甲是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動能增大，可增加電壓UB．圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，正離子進(jìn)入后會偏向B板，A板電勢高于B板電勢C．圖丙是速度選擇器的示意圖，帶電粒子（不計重力）能夠沿直線從右側(cè)進(jìn)入并勻速通過速度選擇器的條件是D．圖丁是質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，粒子打在底片上的位置越靠近狹縫S3說明粒子的比荷越大二、多選題7．某一質(zhì)譜儀原理如圖所示，區(qū)域Ⅰ為粒子加速器，加速電壓為；區(qū)域Ⅱ為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，兩板間距離為d；區(qū)域Ⅲ為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為。今有一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子（不計重力），由靜止經(jīng)加速電場加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運動。下列說法正確的是（）A．粒子帶負(fù)電B．粒子離開加速器時的速度大小C．速度選擇器兩板間的電壓D．粒子在分離器中做勻速圓周運動的半徑8．如圖是回旋加速器的原理圖，由兩個半徑均為R的D形盒組成，D形盒上加周期性變化的電壓，電壓的值為U，D形盒所在平面有垂直盒面向下的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在加速器中被加速，則（）A．粒子每次經(jīng)過D形盒之間的縫隙后動能增加qUB．粒子每次經(jīng)過D形盒之間的縫隙后速度增大C．粒子以速度v在D形盒內(nèi)運動半圓后動能增加2qυBRD．粒子離開D形盒時動能為三、綜合題9．如圖所示為某質(zhì)譜儀的構(gòu)造原理圖?，F(xiàn)讓質(zhì)量為m、電荷量為q、初速度為零的粒子，經(jīng)加速電壓為U的加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器的平行金屬板之間有相互正交的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場（圖中均未畫出）。該粒子恰能沿直線通過，并從平板S上的狹縫P進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為、方向垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場中，在磁場中運動一段時間后，最終打在照相底片上的A點。底片厚度可忽略不計，且與平板S重合?？諝庾枇?、粒子所受的重力均忽略不計。求：（1）帶電粒子進(jìn)入速度選擇器時的速率；（2）速度選擇器中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度的大小E；（3）照相底片上A點與狹縫P之間的距離L。10．某一質(zhì)譜儀原理如圖所示，區(qū)域Ⅰ為粒子加速器，加速電壓為；區(qū)域Ⅱ為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，兩板間距離為d；區(qū)域Ⅲ為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為。今有一質(zhì)量為m、電荷量為q的正粒子（不計重力），經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做勻速圓周運動。求：（1）粒子離開加速器時的速度大小v；（2）速度選擇器兩板間的電壓；（3）粒子在分離器中做勻速圓周運動的半徑R。11．在芯片制造過程中，離子注入是芯片制造重要的工序。甲圖是我國自主研發(fā)的離子注入機(jī)，乙圖是離子注入機(jī)的部分工作原理示意圖。從離子源發(fā)出的離子經(jīng)電場加速后沿水平方向先通過速度選擇器，再進(jìn)入磁分析器，磁分析器是中心線半徑為R的四分之一圓環(huán)，其兩端中心位置M和N處各有一個小孔，利用磁分析器選擇出特定比荷的離子后經(jīng)N點打在硅片（未畫出）上，完成離子注入。已知速度選擇器和磁分析器中的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向均垂直紙面向外；速度選擇器中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度大小為E。整個系統(tǒng)置于真空中，不計離子重力。求：（1）能從速度選擇器中心線通過的離子的速度大小v；（2）能通過N打到硅片上的離子的比荷，并判斷該離子的帶電性質(zhì)。12．托卡馬克是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器，如圖1，它的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，在通電的時候托卡馬克的內(nèi)部產(chǎn)生的磁場可以把高溫條件下高速運動的離子約束在小范圍內(nèi)。如圖2為該磁約束裝置的簡化模型，兩個圓心均在O點，半徑分別為和的圓環(huán)將空間分成區(qū)域I和II，區(qū)域I內(nèi)無磁場，區(qū)域II內(nèi)有方向垂直于紙面向里，大小為B的勻強(qiáng)磁場。一束不同速率、電量為、質(zhì)量為的帶電粒子從點沿著區(qū)域I的半徑方向射入環(huán)形的勻強(qiáng)磁場，不計一切阻力與粒子重力。（1）求能約束在此裝置內(nèi)的粒子的最大初動能；（2）求從射入環(huán)形磁場到第一次返回圓形區(qū)域I，在區(qū)域II運動的最長時間；（3）若粒子沿軸正方向射入環(huán)形磁場，每運動一段時間后，又能再一次以x軸正方向通過O點，則粒子初動能為多大時，粒子運動的周期最短，并求最短周期。

1．D2．C3．C4．D5．C6．D7．B,D8．A,D9．（1）解：帶電粒子在電場中被加速，則則進(jìn)入速度選擇器時的速率（2）解：在速度選擇器中運動時解得（3）解：粒子進(jìn)入磁場后做勻速圓周運動，則L=2r解得10．（1）解：粒子加速過程根據(jù)動能定理，則有解得（2）解：粒子經(jīng)過速度選擇器過程受力平衡，則有解得（3）解：粒子在分離器中做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓第二定律，則有解得11．（1）解；離子通過速度選擇器時，有解得（2）解；離子在磁分析器中，有解得對離子受力分析可知，