专题洛伦兹力与现代科技

专题：洛伦兹力与现代科技
一、速度选择器：
1、如图所示的平行板器件中，电场强度E 和磁感应强度B 相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子从P 孔射入后发生偏转的情况不同。

利用这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择
器。

若正离子(不计重力)以水平速度B E v
射入速度选择器，则（ ）
A 、正离子从P 孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器
B 、正离子从Q 孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器
C 、仅改变离子的电性，负离子从P 孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器
D 、仅改变离子的电量，正离子从P 孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器
2、如图所示，一电子束垂直于电场线与磁感线方向入射后偏向A 极板，为了使电子束沿射入方向做直线
运动，可采用的方法是（ ）
Ａ、将变阻器滑动头P 向右滑动
Ｂ、将变阻器滑动头P 向左滑动
Ｃ、将极板间距离适当减小
Ｄ、将极板间距离适当增大
3、如图，电源电动势为E ，内阻为r ，滑动变阻器电阻为R ，开关S 闭合。

两平行极板间有匀强磁场，一带电粒子正好以速度v 匀速穿过两板，以下说法正确的是（ ）
A 、保持开关S 闭合，将滑片P 向上滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出
B 、保持开关S 闭合，将滑片P 向下滑动一点，粒子将可能从下极板边缘射出
C 、保持开关S 闭合，将a 极板向下移动一点，粒子将继续沿直线穿出
D 、如果将开关S 断开，粒子将继续沿直线穿出
二、质谱仪：
1、如图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A 1A 2.平板S 下方有强度为
B 0的匀强磁场．下列表述正确的是 ( )
A 、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 /B
D 、粒子打在胶片上的位置越靠近 狭缝P ，粒子的比荷越小
2、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具， 它的构造原理如图所示，离子源S 产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P 上，设离子在P 上的位置到入口处S
1的距离为x ，可以判断（ ）
A 、离子束是同位素，则x 越大，离子质量越大
B 、若离子束是同位素，则x 越大，离子质量越小
C 、只要x 相同，则离子质量一定相同
D 、只要x 相同，则离子的荷质比一定相同
三、回旋加速器：
1、如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置。

其核心部
分是两个D 型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连，则带电粒子加
速所获得的最大动能与下列因素有关的是（ ）
A 、加速的次数
B 、加速电压的大小
C 、金属盒的半径
D 、匀强磁场的磁感强度
2、1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图1所示，这台加速器由两个铜质D 形合D 1、D 2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（ ）
A.离子由加速器的中心附近进入加速器
B.离子由加速器的边缘进入加速器
C.离子从磁场中获得能量
D.离子从电场中获得能量
3、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。

下图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间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0P 处以速度0v 沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D 型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一次
B 、3221P P P P
C 、加速粒子的最大速度与
D 形盒的尺寸无关
D 、加速电场方向不需要做周期性的变化
四、磁流体发电机：
1、磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，下
图是它的示意图．平行金属板A 、B 之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强
度为B ，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）
垂直于B 的方向喷入磁场，每个离子的速度为v ，电荷量大小为q ，A 、B
两板间距为d ，稳定时下列说法中正确的是（ ）
A 、图中A 板是电源的正极
B 、图中B 板是电源的正极
C 、电源的电动势为Bvd
D 、电源的电动势为Bvq
五、电磁流量计：
1、某制药厂的污水处理站的管道中安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘
材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c
，左右两端开口，在垂直于上下底面方
向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极，当含有大量正负离子（其重力不计）的污水充满管口从左向右流经该装置时，利用电压表所显示的两个电极间的电压U，就可测出污水流量Q（单位时间内流出的污水体积）．则下列说法正确的是（）
A、后表面的电势一定高于前表面的电势，与正负哪种离子多少无关
B、若污水中正负离子数相同，则前后表面的电势差为零
C、流量Q越大，两个电极间的电压U越大
D、污水中离子数越多，两个电极间的电压U越大
2、为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下表面方
向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污
水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U．若用Q
表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是( )
A、若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高
B、前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，与哪种离子多无关
C、污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大
D、污水流量Q与电压U成正比，与a、b有关
3、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a和b
以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。

使用时，两电极a、b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a、b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
所受的电场力和磁场力的合力为零。

在某次监测中，两触点的距离为3.0mm，
血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160µV，磁感应强度的大小为0.040T。

则血流速度的近似值和电极a、b的正负为（）
A. 1.3m/s ，a正、b负
B. 2.7m/s ，a正、b负
C．1.3m/s，a负、b正 D. 2.7m/s ，a负、b正
4、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积).为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接(图中虚线).图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面.当导电液体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值.已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（）
六、霍尔效应：
1、长方体金属块放在匀强磁场B 中，有电流流过金属块，如图所示，则（ ）
A 、金属块上下表面电势相等
B 、金属块上表面电势高于下表面电势
C 、金属块上表面电势低于下表面电势
D 、无法判断上下表面电势高低
2、把金属块放在匀强磁场中，如图所示，磁场方向如图中所示，S 合上后，
设金属块的上、下表面的电势分别为U 上、U 下，则（ ）
A 、U 上>U 下
B 、U 上<U 下
C 、U 上=U 下
D 、无法确定
3、如图所示，长方体玻璃水槽中盛有NaCl 的水溶液，在水槽左、右侧壁
内侧各装一导体片，使溶液中通入沿x 轴正向的电流I ，沿y 轴正向加恒定的匀强磁场B ．图中a 、b 是垂直于z 轴方向上水槽的前后两内侧面，则（ ）
A 、a 处电势高于b 处电势
B 、a 处离子浓度大于b 处离子浓度
C 、溶液的上表面电势高于下表面的电势
D 、Na+和Cl —都向Z 轴正方向偏转。

七、计算题：
1、如图所示，电容器两极板相距d ，两板间电压为U ，极板间的匀强磁
场的磁感应强度为B 1，一束电荷量相同的带正电的粒子从图示方向射入
电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B 2匀强磁场，结果
分别打在a 、b 两点，两点间距为△R 。

设粒子所带电量为q ，且不计粒子
所受重力。

求打在a 、b 两点的粒子的质量之差△m 是多少？
2、回旋加速器D 形盒半径为R ，所加磁场的磁感应强度为B ，设两D 形盒之间所加的交流电压的最大值为U ，被加速的粒子为α粒子，其质量为m 、电量为q 。

α粒子从D 形盒中央开始被加速，经若干次加速后，α粒子从D 形盒边缘被引出。

求：
(1）α粒子被加速后获得的最大动能E k ，并分析要提高最大动能可采用的措施。

(2）α粒子在第n 次加速后进入一个D 形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一个D 形盒后的回旋半径之比
(3）α粒子在回旋加速器中运动的时间
(4）若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核获得与α粒子相同的动能，
请你通过分析，提出一个简单可行的办法。

(5）上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径
(6）尽管粒子在狭缝中每次加速的时间很短但也不可忽略。

试计算上述正离子
在某次加速过程当中从离开离子源到被第n 次加速结束时所经历的时间；。