2022届全国高三物理模拟试题汇编：洛伦兹力应用
试卷更新日期：2022-08-06 类型：二轮复习
一、单选题
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1. 如图所示，M、N为速度选择器的上、下两个带电极板，两极板间有匀强电场和匀强磁场。匀强电场的场强大小为E、方向由M板指向N板，匀强磁场的方向垂直纸面向里。速度选择器左右两侧各有一个小孔P、Q，连线 与两极板平行。某种带电微粒以速度v从P孔沿 连线射入速度选择器，从Q孔射出。不计微粒重力，下列判断正确的是（ ）
A、带电微粒一定带正电 B、匀强磁场的磁感应强度大小为 C、若将该种带电微粒以速率v从Q孔沿 连线射入，不能从P孔射出 D、若将该带电微粒以 的速度从P孔沿 连线射入后将做类平抛运动2. 利用质谱仪检测电量相等（4价）的气态C14和C12离子的浓度比，结合C14衰变为N14的半衰期，可以判断古代生物的年龄。如图所示，离子从容器A下方的狭缝S1飘入电场，经电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，离子经磁场偏转后发生分离，检测分离后离子的电流强度可得离子的浓度比。测得 ， 则C14和C12的浓度比为（ ）
A、 B、 C、 D、3. 如图所示，利用电磁铁产生磁场，电流表检测输入霍尔元件的电流，电压表检测霍尔元件输出的霍尔电压。已知图中的1、2、3、4是霍尔元件（载流子为电子）上的四个接线端，开关、闭合后，电流表A和电表甲、乙都有明显示数，下列说法正确的是（ ）
A、通过霍尔元件的磁场方向竖直向上 B、电表甲为电压表，电表乙为电流表 C、接线端2的电势低于接线端4的电势 D、若减小的电阻、增大的电阻，则电表乙的示数一定增大4. 如图，方形金属棒放在匀强磁场中，磁场方向垂直前后表面向里，金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应，则（ ）
A、金属棒上表面的电势高于下表面 B、金属棒前表面的电势高于后表面 C、仅增大磁感应强度，霍尔电压将变大 D、仅增大金属棒长度ab，霍尔电压将变大5. 图示装置叫质谱仪，最初是由阿斯顿设计的，是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。其工作原理如下：一个质量为m、电荷量为g的离子，从容器A下方的小孔 飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过 沿着与磁场垂直的方向，进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相的底片D上。不计离子重力。则（ ）
A、离子进入磁场时的速率为 B、离子在磁场中运动的轨道半径为 C、离子在磁场中运动的轨道半径为 D、若a、b是两种同位素的原子核，从底片上获知a、b在磁场中运动轨迹的直径之比是 ，则a、b的质量之比为6. 如图所示，宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在与它垂直的磁感应强度大小为 的匀强磁场中，当恒定电流I通过霍尔元件时，在它的前后两个侧面之间会产生电压，这样就实现了将电流输入转化为电压输出。为提高输出的电压，可采取的措施是（ ）
A、增大d B、减小d C、增大h D、减小h7. 如图所示，长方形金属导体左、右、上、下、前、后六个表面分别用 表示，匀强磁场垂直 面向外，当电流I从 面流向 面时，导体会产生霍尔电压UH。若实验中导体尺寸、电流I和磁感应强度B保持不变，下列说法正确的是（ ）
A、UH存在于导体的X1、X2之间，且X1面的电势高于X2面的电势 B、UH存在于导体的Y1、Y2之间，且Y1面的电势高于Y2面的电势 C、若更换金属种类，使单位体积内自由电子数增大，则UH也会增大 D、导体X1、X2两面间的电阻等于二、多选题
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8. 如图是回旋加速器的原理图，由两个半径均为R的D形盒组成，D形盒上加周期性变化的电压，电压的值为U，D形盒所在平面有垂直盒面向下的磁场，磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器中被加速，则（ ）
A、粒子每次经过D形盒之间的缝隙后动能增加qU B、粒子每次经过D形盒之间的缝隙后速度增大 C、粒子以速度v在D形盒内运动半圆后动能增加2qυBR D、粒子离开D形盒时动能为9. 回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的正对的D形金属盒Ⅰ和Ⅱ半径均为 ，两盒间狭缝的间距为 ，磁感应强度为 的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为 ，电荷量为 ，加在狭缝间的方波型电压如图乙所示。粒子在 时间内，从 处均匀地飘入狭缝，视初速度为零。下列说法正确的是（ ）
A、粒子每次在D形金属盒Ⅰ中运动时间不同 B、粒子每次在D形金属盒Ⅰ中运动时间相同 C、粒子射出时的动能与 成正比 D、粒子射出时的动能与 无关10. 回旋加速器的工作原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间接电压为U的交流电源。中心A处的粒子源产生的带电粒子，初速度可视为0，在两盒之间被电场加速。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场B中，粒子在磁场中做匀速圆周运动。忽略两盒缝之间的距离。已知粒子被第一次加速后，经过时间t，再次到达盒缝处，与A的距离为d。则（ ）
A、电场变化的周期为t B、粒子被2次加速后，再次经过盒缝时，与A的距离为d C、粒子的最大动能与金属盒半径R有关，与加速电压U无关 D、粒子在加速器中运动的时间与加速电压U、金属盒半径R均有关11. 回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R。两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子，在加速器中被加速，加速电压为U。下列说法正确的是（ ）
A、交变电场的周期为 B、粒子射出加速器的速度大小与电压U成正比 C、粒子在磁场中运动的时间为 D、粒子第1次经过狭缝后进入磁场的半径为12. 大型对撞机是科学研究的重要工具，中国也准备建造大型正负电子对撞机，预计在2022至2030年之间建造，对撞机是在回旋加速器的基础上逐步发展出来的。回旋加速器的原理示意图如图所示， 和 是两个中空的半圆金属盒，均和高频交流电源相连接，在两盒间的窄缝中形成匀强电场，两盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，中央O处是粒子源。若忽略粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应，下列说法正确的是（ ）
A、带电粒子每运动一周被加速两次 B、带电粒子在磁场中运动的周期越来越小 C、粒子的最大速度与半圆金属盒的尺寸无关 D、磁感应强度越大，带电粒子离开加速器时的动能就越大三、综合题
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13. 在芯片制造过程中，离子注入是芯片制造重要的工序。甲图是我国自主研发的离子注入机，乙图是离子注入机的部分工作原理示意图。从离子源发出的离子经电场加速后沿水平方向先通过速度选择器，再进入磁分析器，磁分析器是中心线半径为R的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔，利用磁分析器选择出特定比荷的离子后经N点打在硅片（未画出）上，完成离子注入。已知速度选择器和磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向外；速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E。整个系统置于真空中，不计离子重力。求：
(1)、能从速度选择器中心线通过的离子的速度大小v；(2)、能通过N打到硅片上的离子的比荷 ，并判断该离子的带电性质。14. 如图所示，半径为L的金属圆环内部等分为两部分，两部分各有垂直于圆环平面、方向相反的匀强磁场，磁感应强度大小均为B0 ， 与圆环接触良好的导体棒绕圆环中心0匀速转动。圆环中心和圆周用导线分别与两个半径为R的D形金属盒相连，D形盒处于真空环境且内部存在着磁感应强度为B的匀强磁场，其方向垂直于纸面向里。t=0时刻导体棒从如图所示位置开始运动，同时在D形盒内中心附近的A点，由静止释放一个质量为m，电荷量为－q（q>0）的带电粒子，粒子每次通过狭缝都能得到加速，最后恰好从D形盒边缘出口射出。不计粒子重力及所有电阻，忽略粒子在狭缝中运动的时间，导体棒始终以最小角速度ω（未知）转动，求：
(1)、ω的大小；(2)、粒子在狭缝中加速的次数；(3)、考虑实际情况，粒子在狭缝中运动的时间不能忽略，求狭缝宽度d的取值范围。