第90練　(STSE問(wèn)題)洛倫茲力與現(xiàn)代科技　（時(shí)間　20分鐘）思維方法1．速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)和霍爾元件等．各種電磁儀器中，最終平衡的標(biāo)志是qvB＝qE＝q.2．對(duì)回旋加速器：(1)所加交變電場(chǎng)的周期T等于粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期；(2)粒子最大速度v＝，與加速電壓U無(wú)關(guān)．選擇題1.如圖所示，水平放置的兩塊平行金屬板，充電后與電源斷開(kāi)．板間存在著方向豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)E和垂直于紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子(不計(jì)重力及空氣阻力)，以水平速度v0從兩極板的左端中間射入場(chǎng)區(qū)，恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng)．則(　　)A．粒子一定帶正電B．若僅將板間距離變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡偏向下極板C．若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，粒子仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．若撤去電場(chǎng)，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間有可能是2．(多選)如圖所示是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源兩端相連．現(xiàn)分別加速質(zhì)子(H)和氘核(H).下列說(shuō)法中正確的是(　　)A．它們的最大速度相同B．質(zhì)子的最大動(dòng)能大于氘核的最大動(dòng)能C．加速質(zhì)子和氘核所用高頻電源的頻率相同D．僅增大高頻電源的電壓不可能增大粒子的最大動(dòng)能3．(多選)磁流體發(fā)電機(jī)又叫等離子體發(fā)電機(jī)，如圖所示，燃燒室在3 000 K的高溫下將氣體全部電離為正離子與負(fù)離子，即高溫等離子體．高溫等離子體經(jīng)噴管提速后以1 000 m/s的速度進(jìn)入矩形發(fā)電通道．發(fā)電通道有垂直于噴射速度方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為6 T，等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩極間形成電勢(shì)差，已知發(fā)電通道長(zhǎng)a＝50 cm，寬b＝20 cm，高d＝20 cm，等離子體的電阻率ρ＝2 Ω·m，則以下判斷中正確的是(　　)A．發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)為1 200 VB．開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，高溫等離子體可以勻速通過(guò)發(fā)電通道C．當(dāng)外接電阻為8 Ω時(shí)，電流表示數(shù)為150 AD．當(dāng)外接電阻為4 Ω時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出功率最大4．[2020·全國(guó)卷Ⅱ，17]CT掃描是計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)的簡(jiǎn)稱，CT掃描機(jī)可用于對(duì)多種病情的探測(cè)．圖(a)是某種CT機(jī)主要部分的剖面圖，其中X射線產(chǎn)生部分的示意圖如圖(b)所示．圖(b)中M、N之間有一電子束的加速電場(chǎng)，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；經(jīng)調(diào)節(jié)后電子束從靜止開(kāi)始沿帶箭頭的實(shí)線所示的方向前進(jìn)，打到靶上，產(chǎn)生X射線(如圖中帶箭頭的虛線所示)；將電子束打到靶上的點(diǎn)記為P點(diǎn)．則(　　)A．M處的電勢(shì)高于N處的電勢(shì)B．增大M、N之間的加速電壓可使P點(diǎn)左移C．偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向外D．增大偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小可使P點(diǎn)左移5．質(zhì)譜儀可以測(cè)定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為如圖所示，有機(jī)物的氣體分子從樣品室注入離子化室，在高能電子作用下，樣品氣體分子離子化或碎裂成離子．若離子化后的離子帶正電，初速度為零，此后經(jīng)過(guò)高壓電源區(qū)、圓形磁場(chǎng)室(內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng))、真空管，最后打在記錄儀上，通過(guò)處理就可以得到離子比荷，進(jìn)而推測(cè)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)．已知高壓電源的電壓為U，圓形磁場(chǎng)區(qū)的半徑為R，真空管與水平面夾角為θ，離子進(jìn)入磁場(chǎng)室時(shí)速度方向指向圓心．則下列說(shuō)法正確的是(　　)A．高壓電源A端應(yīng)接電源的正極B．磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向必須垂直紙面向里C．若離子化后的兩同位素X1、X2(X1質(zhì)量大于X2質(zhì)量)同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)室后，出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ，則軌跡Ⅰ一定對(duì)應(yīng)X1D．若磁場(chǎng)室內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，當(dāng)記錄儀接收到一個(gè)明顯的信號(hào)時(shí)，與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子比荷＝   第90練?。⊿TSE問(wèn)題）洛倫茲力與現(xiàn)代科技1．答案：C解析：不計(jì)重力，粒子僅受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力做勻速直線運(yùn)動(dòng)，合力為零．電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力等大反向．該粒子可以是正電荷，也可以是負(fù)電荷，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；僅將板間距離變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，由于帶電荷量不變，板間電場(chǎng)強(qiáng)度不變，帶電粒子仍做勻速直線運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若將磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度均變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，粒子所受電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力均變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，仍將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，C對(duì)．若撤去電場(chǎng)，粒子將偏向某一極板，甚至從左側(cè)射出，粒子在板間運(yùn)動(dòng)的最長(zhǎng)時(shí)間可能是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)周期的一半，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．2．答案：BD解析：設(shè)質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為q，則氘核質(zhì)量為2m，電荷量為q，它們的最大速度分別為v1＝和v2＝，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；質(zhì)子的最大動(dòng)能Ek1＝，氘核的最大動(dòng)能Ek2＝，選項(xiàng)B正確；高頻電源的頻率與粒子在磁場(chǎng)中的回旋頻率相同，即f1＝，f2＝，所以加速質(zhì)子和氘核所用高頻電源的頻率不相同，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；被加速的粒子的最大動(dòng)能與高頻電源的電壓無(wú)關(guān)，所以僅增大高頻電源的電壓不可能增大粒子的最大動(dòng)能，選項(xiàng)D正確．3．答案：ABD解析：離子在復(fù)合場(chǎng)中由q＝qvB，得電源電動(dòng)勢(shì)U＝vBd＝1 200 V，故A正確；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，高溫等離子體在磁場(chǎng)力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致極板間存在電壓，當(dāng)電場(chǎng)力與磁場(chǎng)力平衡時(shí)，高溫等離子體可以勻速通過(guò)發(fā)電通道，故B正確；由電阻定律r＝ρ＝4 Ω，得發(fā)電機(jī)內(nèi)阻為4 Ω，由閉合電路歐姆定律得，當(dāng)外接電阻為8 Ω時(shí)，電流為100 A，故C錯(cuò)誤；當(dāng)外電路總電阻R＝r時(shí)有最大輸出功率，故D正確．4．答案：D解析：電子帶負(fù)電，故必須滿足N處的電勢(shì)高于M處的電勢(shì)才能使電子加速，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；由左手定則可判定磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)加速過(guò)程應(yīng)用動(dòng)能定理有eU＝mv2，設(shè)電子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑為r，由洛倫茲力提供向心力有evB＝，則r＝，電子運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，由幾何關(guān)系可知，電子從磁場(chǎng)射出的速度方向與水平方向的夾角θ滿足sin θ＝（其中d為磁場(chǎng)寬度），聯(lián)立可得sin θ＝dB，可見(jiàn)增大U會(huì)使θ減小，電子在靶上的落點(diǎn)P右移，增大B可使θ增大，電子在靶上的落點(diǎn)P左移，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確．5．答案：D解析：加速帶正電的離子，高壓電源的B端帶正電，A項(xiàng)錯(cuò)誤；由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由洛倫茲力提供向心力得軌道半徑r＝，同位素的電荷量相同，所以軌道半徑小的軌跡Ⅰ對(duì)應(yīng)的離子質(zhì)量小，即為X2，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在電場(chǎng)中有qU＝mv2，在磁場(chǎng)中有r＝，且有tan ＝，聯(lián)立解得＝，D項(xiàng)正確．

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