第十章 微专题70　洛伦兹力与现代科技.docx

微专题70洛伦兹力与现代科技i.速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计和霍尔元件等各种电磁仪器中，最终平衡的标志是依归=qE=.2.对回旋加速器：（1）所加交变电场的周期丁等于粒子做圆周运动的周期;（2）粒子最大速度。=簪,与加速电压U无关.1 . （2022.湖南长沙一中高三月考）质谱仪是一种利用质谱分析测量离子比荷的分析仪器，如图是一种质谱仪的示意图，它是由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.已知静电分析器通道中心线的半径为R通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E,磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为8,方向垂直纸面向外.现有一质量为人电荷量为q的带电粒子由静止开始经加速电场加速后，沿中心线通过静电分析器，由2点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点，不计粒子重力，下列说法中正确的是（）加速电场静电分析器Q.磁分析器4b经分析，粒子带正电，月.极板M低于极板N电势不同种类的带电粒子通过静电分析器的时间都相同加速电场的电压U=乎R子在磁分析器中运动的直径PQ=2=京J等，故D错误.2 .回旋加速器的工作原理示意图如图所示.置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略；磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为力加速电压为U.若A处粒子源产生质子的质量为加、电荷量为+外 在加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响.则下列说法正确的是（A.加速电压越大，质子出射速度越大B.质子离开回旋加速器时的最大动能与D形盒半径成正比C.该加速器加速粒子时，交流电频率应变为4D.质子在回旋加速器中运动的时间为翳答案D解析质子出射时，半径为R,则由洛伦兹力提供向心力8/=/味可得。=逑出射速度与电压无关，故A错误；质子离开回旋加速器时的最大动能为Ei=mv2=与D形盒半径的平方成正比，故B错误；根据粒子在磁场中运动的周期T=万可知，由于粒子比荷为质子的;，故在磁场中做圆周运动的周期为质子的两倍，所以交流电频率应变为，故C错误；加速次数=与，运动时间为/=黑=喏，故D正确.zquqB zt3 .（多选）某实验小组用图甲所示装置研究电子在平行金属板间的运动.将放射源P靠近速度选择器，速度选择器中磁感应强度为8,电场强度为£ P能沿水平方向发出不同速率的电子，某速率的电子能沿直线通过速度选择器，再沿平行金属板A、8的中轴线。2射入板间.已知水平金属板长为L、间距为止两板间加有图乙所示的交变电压，电子的电荷量为e,质量为皿电子重力及相互间作用力忽略不计）.以下说法中正确的有（）甲乙EA.沿直线穿过速度选择器的电子的速率为黄B.只增大速度选择器中的电场强度E,沿中轴线射入的电子穿过A、5板的时间变长C.若1=刎刻进入A、5板间的电子恰能水平飞出，则飞出方向可能沿。02D.若f=0时刻进入金属板A、8间的电子恰能水平飞出，则7=信(=1,2,3)答案ACD解析 电子受静电力和洛伦兹力的作用，沿中轴线运动，则电子受力平衡，所以有eE=BueE得。=味 故A正确；若只增大速度选择器中的电场强度反 电子沿中轴线射入，则此时。DP=石，。也增大，则在A、3板长度不变的情况下，电子穿过A、8板的时间变短，故B错误；DT若=W时刻进入A、8板间的电子恰能水平飞出，且飞出方向沿01。2方向，此时仅静电力做功，根据对称性可知，若飞出时时刻为=a+"T("=l,2,3),电子都能水平飞出，飞出方向沿0。2,故C正确；若f=0时刻进入金属板A、8间的电子恰能水平飞出，则此时LLE竖直方向的速度为0,即通过的时间为拉7(=1,2,3),则有5方，代入。=不，解得7=条/=1,2,3),故D正确.4 .如图，等离子体以平行两极板向右的速度。=1()() m/s进入两极板之间，平行极板间有磁感应强度大小为0.5 T、方向垂直纸面向里的匀强磁场，两极板间的距离为10 cm,两极板间等离子体的电阻=1 Q某同学在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极接电路中8点，沿边缘放一个圆环形电极接电路中A点后完成“旋转的液体”实验.若蹄形磁体两极间正对部分的磁场视为匀强磁场，上半部分为S极，=2.0 C,闭合开关后，当液体稳定旋转时电压表(视为理想电压表)的示数恒为2.0 V,贝J()A.玻璃皿中的电流方向由中心流向边缘B.由上往下看，液体做顺时针旋转C.通过R)的电流为1.5 AD.闭合开关后，Ro的热功率为2 W答案D解析 由左手定则可知，正离子向上偏，所以上极板带正电，下极板带负电，所以由于中心放一个圆柱形电极接电源的负极，沿边缘放一个圆环形电极接电源的正极，在电源外部电流由正极流向负极，因此玻璃皿中的电流由边缘流向中心，玻璃皿所在处的磁场竖直向上，由左手定则可知，导电液体受到的磁场力沿逆时针方向，因此液体沿逆时针旋转，故A、B错误；当静电力与洛伦兹力相等时，两极板间的电压不再改变，财有=qvB,解得 U=Bdv=5N由闭合电路欧姆定律有U-Uv=（r+Ro）解得：=1A, Ro的热功率Pm=72Ko=122 W = 2 W,故C错误，D正确.5.医生做某些特殊手术时，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。和以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的,使用时，两电极、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。、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静电力和洛伦兹力的合力为零.在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm,血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V,磁感应强度的大小为0.040 T.则血流速度的近似值和电极a、的正负为（）B. 2.7 ms, 4 正、b 负C. 1.3 ms, a 负、b 正D. 2.7 ms, l 负、b 正答案A解析 血液中正负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏，负离子向下偏，则带正电，6带负电.最终血液中的离子所受的静电力和洛伦兹力的合力为零，有cQ=qBmsl.3 ms,“ U 160X10-，以 °=拓=0.040乂3。10-36. （2022江苏省前黄高级中学高三月考）霍尔器件广泛应用于生产生活中，有些电动自行车上控制速度的转动把手就应用了霍尔器件，这种转动把手称为“霍尔转把” .“霍尔转把”内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲所示.开启电动自行车的电源时，在霍尔器件的上下面之间就有一个恒定电流/,如图乙.将“霍尔转把”旋转，永久磁铁也跟着转动，施加在霍尔器件上的磁场就发生变化，霍尔器件就能输出变化的电势差U这个电势差是控制车速的，电势差与车速的关系如图丙.以下叙述正确的是（）永久磁铁手柄转套霍尔器件固定的手柄芯甲A.若霍尔器件的自由电荷是自由电子,则C端的电势高于。端的电势B.若改变霍尔器件上下面之间的恒定电流/的方向，将影响车速控制C.其他条件不变，仅增大恒定电流/,可使电动自行车更容易获得最大速度D.按图甲顺时针均匀转动把手，车速减小答案C解析 若霍尔器件的自由电荷是自由电子，根据左手定则，电子受到洛伦兹力向与C端相连接的面移动，因此C端电势低于。端的电势，A错误.当霍尔器件上下面之间的恒定电流/的方向改变，从霍尔器件输出的控制车速的电势差正负号相反，但由题图丙可知，不会影响车速控制，B错误.设自由电荷定向移动的速率为以霍尔器件前后表面间的距离为几左右表面间距离为d,达到稳定后，自由电荷受力平衡，由Bqv=尚可得U=Bhv电流的微观表达式/=nqvS=nqvhd则u=%nqd可知仅增大电流/时前后表面电势差增大，对应的车速更大，电动自行车的加速性能更好，更容易获得最大速度，C正确.当按题图甲顺时针均匀转动把手时霍尔器件周围磁场增大，那么霍尔器件输出的控制车速的电势差U增大，因此车速变快，D错误.7.如图所示为用质谱仪测定带电粒子比荷的装置示意图.它是由离子室、加速电场、速度选择器和分离器四部分组成.己知速度选择器的两极板间的匀强电场场强为E,匀强磁场磁感应强度为囱，方向垂直纸面向里.分离器中匀强磁场磁感应强度为方向垂直纸面向外.某次实验中离子室内充有大量氢的同位素离子，经加速电场加速后从速度选择器两极板间的中点。平行于极板进入，部分粒子通过小孔。'后进入分离器的偏转磁场中，在底片上形成了对应于笈IH、笊汨、三种离子的三个有一定宽度的感光区域，测得第一片感光区域的中心户到0'点的距离为不计离子的重力、不计离子间的相互作用，不计小孔0,的孔径.(1)打在感光区域中心P点的离子，在速度选择器中沿直线运动，试求该离子的速度。和比(2)以=o±的速度从。点射入的离子，其在速度选择器中所做的运动为一个速度为的匀速直线运动和另一个速度为的匀速圆周运动的合运动，试求该速度选择器极板的最小长度L.答案企BD2h解析(1)离子在速度选择器中做直线运动，由平衡条件有qVoB=qEP解得o=ft)进入分离器中离子圆周运动的半径厂=空2由牛顿第二定律有c)oB2=ty-解得且=R"m BB2D(2)三种离子在磁场中做圆周运动的周期分别为=等=吟2Cn 匕22m 2 兀 %。23rn 3BDT2=bT=E' T3=bT=e三种离子都能通过，则fo=6T极板最小长度,=。0而=6噜°.