高考物理預測題之洛倫茲力及應用

一、單選題

1.某興趣小組設計的測量大電流的裝置如圖所示，通有電流I的螺繞環(huán)在霍爾元件處產生的磁場8k/,通有

待測電流/'的直導線垂直穿過螺繞環(huán)中心，在霍爾元件處產生的磁場*A/'O調節(jié)電阻R,當電流表示數

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（）

2.霍爾元件廣泛應用于生產生活中，有的電動自行車上控制速度的轉動把手就應用了霍爾元件，這種轉動把手

稱為“霍爾轉把”?！盎魻栟D把”內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“霍爾轉把”旋轉，永久磁鐵也跟著轉動，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C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計探測火星磁場。有一種磁強計原理如圖所示。將一段橫截面為長

方形的N型半導體（靠自由電子導電）放在勻強磁場中，兩電極P、Q分別與半導體的前、后兩側接觸。已知

磁場方向沿y軸正方向，N型半導體橫截面的長為a,寬為b,單位體積內的自由電子數為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（）

B.磁感應強度的大小為

C.磁感應強度的大小為

D.其他條件不變時，B越大，U越小

4.如圖所示為一種質譜儀的工作原理示意圖，此質譜儀由以下幾部分構成：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,通道內有均勻輻射的電場，中心線處的電

場強度大小為E；磁分析器中分布著方向垂直于紙面，磁感應強度為B的勻強磁場，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)出一個質量為m、電荷量為+q的離子（初速度為零，重力不計），經加速電場

加速后進入靜電分析器，沿中心線MN做勻速圓周運動，而后由P點進入磁分析器中，最終經過Q點進入收集

器（進入收集器時速度方向與OzP平行），下列說法正確的是（）

囤離子源

A.磁分析器中勻強磁場的方向垂直于紙面向內

B.任何比荷相同的正離子都能進入收集器，但從P到Q的時間不同

C.加速電場中的加速電壓U=ER

D.磁分析器中軌跡圓心02到Q點的距離J',,,'r

\*

5.如圖所示，利用電磁鐵產生磁場，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\、S閉合后，電流表A和電表

甲、乙都有明顯示數，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.若減小用的電阻、增大R的電阻，則電表乙的示數一定增大

6.關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U

B.圖乙是磁流體發(fā)電機的結構示意圖，正離子進入后會偏向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）能夠沿直線從右側進入并勻速通過速度選擇器的條

件是,?=*

B

D.圖丁是質譜儀的結構示意圖，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.某一質譜儀原理如圖所示，區(qū)域I為粒子加速器，加速電壓為J;區(qū)域∏為速度選擇器，磁場與電場正交，

磁感應強度為屈，兩板間距離為d;區(qū)域In為偏轉分離器，磁感應強度為A。今有一質量為m、電荷量為q的

粒子（不計重力），由靜止經加速電場（加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做勻速圓周運

動。下列說法正確的是（）

-------------O一

IUl

×^：-×F

<——；-----

II×I：×

?----'------

×X

XXOX×××KB

z2

???XX××s××××

XXXXXXX

A.粒子帶負電

B.粒子離開加速器時的速度大小」

Vm

C.速度選擇器兩板間的電壓「

；d?m

區(qū)Yq

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，磁感應強度為B。一個質量為m、電荷量為q的粒子在加速器中被

A.粒子每次經過D形盒之間的縫隙后動能增加qU

B.粒子每次經過D形盒之間的縫隙后速度增大

VE

C.粒子以速度V在D形盒內運動半圓后動能增加2qυBR

D.粒子離開D形盒時動能為

2m

三、綜合題

9.如圖所示為某質譜儀的構造原理圖。現讓質量為m、電荷量為q、初速度為零的粒子，經加速電壓為U的加

速電場加速后，進入速度選擇器。速度選擇器的平行金屬板之間有相互正交的勻強電場和磁感應強度為4的勻

強磁場（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進入磁感應強度為M、方向垂直紙

面向外的有界勻強磁場中，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

（1）帶電粒子進入速度選擇器時的速率I-；

（2）速度選擇器中勻強電場的電場強度的大小E；

（3）照相底片上A點與狹縫P之間的距離Lo

10.某一質譜儀原理如圖所示，區(qū)域I為粒子加速器，加速電壓為，，；區(qū)域∏為速度選擇器，磁場與電場正

交，磁感應強度為四，兩板間距離為d；區(qū)域HI為偏轉分離器，磁感應強度為*。今有一質量為m、電荷量為

q的正粒子（不計重力），經加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做勻速圓周運動。求:

Φ

5

Xτ

Bl

IIXX

X;X

_____________I.

XXoX瓦

、XXX

???××X、、X×,*'X

××××××X

（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L；

（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，乙圖是離子注入

機的部分工作原理示意圖。從離子源發(fā)出的離子經電場加速后沿水平方向先通過速度選擇器，再進入磁分析

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磁場

的磁感應強度大小均為B、方向均垂直紙面向外；速度選擇器中勻強電場的電場強度大小為E。整個系統置于真

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。

m

12.托卡馬克是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環(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部產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。如圖2

為該磁約束裝置的簡化模型，兩個圓心均在。點，半徑分別為α和3/?的圓環(huán)將空間分成區(qū)域I和％區(qū)域I內

無磁場，區(qū)域∏內有方向垂直于紙面向里，大小為B的勻強磁場。一束不同速率、電量為+9、質量為6的帶

電粒子從點沿著區(qū)域I的半徑方向射入環(huán)形的勻強磁場，不計一切阻力與粒子重力。

圖1

(1)求能約束在此裝置內的粒子的最大初動能1;

(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。點，則粒子初

動能心,為多大時，粒子運動的周期最短，并求最短周期「…。

1.D

2.C

3.C

4.D

5.C

6.D

7.B,D

8.A,D

9.(1)解：帶電粒子在電場中被加速，則/→,n.

則進入速度選擇器時的速率L想

(2)解：在速度選擇器中運動時匕廠隊B1

解得E=4欄Q

(3)解：粒子進入磁場后做勻速圓周運動，則

L=2r

解得Y再

10.(1)解：粒子加速過程根據動能定理，則有l(wèi)iL?'mv

解得.'?

Xm

(2)解：粒子經過速度選擇器過程受力平衡，則有"=q?B

d

解得I、B仆虬

..J

(3)解：粒子在分離器中做勻速圓周運動，根據牛頓第二定律，則有q?B=喘

解得#==?強強

BMq

H.(1)解；離子通過速度選擇器時，有qE=q?B

E

解得≈

B

(2)解；離子在磁分析器中，有qvB^m

R

g_￡

解得

mB-R

對離子受力分析可知，離子受到洛侖茲力指向圓心0,根據左手定則可知離子帶正電荷

12.(1)解：粒子在磁場中運動