1.4 洛 伦 兹 力 的 应 用 基 础 巩 固 2021—2022 学 年 高 中 物 理 教 科 版 （2019）选择性必修第二册 一、选择题（共 15 题） 1．下列物理学史叙述正确的是（ ） A．亚里士多德用科学推理论证了重的物体和轻的物体下落一样快 B．密立根通过油滴实验精确测定了元电荷的电荷量 C．牛顿提出行星运动三大定律 D．洛仑兹发明的回旋加速器能在实验室中获得大量的高能粒子 2．如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的正离子，沿着垂直于磁感线、平行于极板的方向竖直 向上射入正交的匀强电场和匀强磁场里，结果有些离子保持原来的运动方向，未发生偏转．如果让这些未 偏转的离子进入另一个匀强磁场中，发现这些离子又分裂为几束．对这些能够进入后一个磁场的离子，下 列说法中正确的是（ ） A．它们的动能一定不全相同 B．它们的电荷量一定不全相同 C．它们的质量一定不全相同 D．它们的荷质比一定不全相同 3．1930 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质 D 形盒 D1、D2 构成，其间留有空隙．下列说法正确的是( ) A．离子速度越快运动周期越小 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 4．狄拉克曾经预言，自然界应该存在只有一个磁极的磁单极子，其周围磁感线呈均匀辐射状分布（ 如图甲 k 所示），距离它 处的磁感应强度大小为 B  2 （ k 为常数），其磁场分布与负点电荷 Q 的电场（ 如图乙所 r r 示）分布相似。现假设磁单极子 S 和负点电荷 Q 均固定，有带电小球分别在 S 极和 Q 附近做匀速圆周运动。 则关于小球做匀速圆周运动的判断不正确的是（　　） A．若小球带正电，其运动轨迹平面可在 S 的正上方，如图甲所示 B．若小球带负电，其运动轨迹平面可在 Q 的正下方，如图乙所示 C．若小球带负电，其运动轨迹平面可在 S 的正上方，如图甲所示 D．若小球带正电，其运动轨迹平面可在 Q 的正下方，如图乙所示 5．水平放置的平行金属板 a、b 带有等量正负电荷，a 板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场， 一个带正电的粒子在两板间作直线运动，粒子的重力不计．关于粒子在两板间运动的情况，正确的是： A．可能向右做匀加速直线运动 B．可能向左做匀加速直线运动 C．只能是向右做匀速直线运动 D．只能是向左做匀速直线运动 6．1922 年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同 的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是(　 　) A．该束带电粒子带负电 B．速度选择器的 P1 极板带负电 C．在 B2 磁场中运动半径越大的粒子，质量越大 D．在 B2 磁场中运动半径越大的粒子，比荷 q 越小 m 7．1932 年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质 D 形盒， D1，D2 构成，其间留有的窄缝处加有高频交变电压 U（加速电压），下列说法正确的是（　　） A．回旋加速器只能用来加速正离子 B．离子从 D 形盒之间空隙的电场中获得能量 C．离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压的周期不相同 D．提高窄缝处的高频交变电压 U，则离子离开磁场时的最终速度将增大 8．如图所示，回旋加速器 D 形盒的半径为 R，所加磁场的磁感应强度为 B，用来加速质量为 m、电荷量为 q 的质子（ 1 1 H ），质子从下半盒的质子源由静止出发，加速到最大能量 E 后，由 A 孔射出．则下列说法正 确的是(　 ) A．回旋加速器加速完质子在不改变所加交变电压和磁场情况下，可以直接对 B．只增大交变电压 U，则质子在加速器中获得的最大能量将变大 2mE C．回旋加速器所加交变电压的频率为 2 mR  （ 4 2 He ）粒子进行加速 D．加速器可以对质子进行无限加速 9．如图所示，两根长直导线 M、N 垂直穿过光滑绝缘水平面 P，与水平面的交点分别为 a 和 b，两导线内 通有大小相同、方向相反的电流，c、d 是该平面内 ab 连线中垂线上的两点，一带正电的小球在水平面上 以某一初速度运动，则带电小球运动情况是（　　） A．由 c 向 d 将做匀速直线运动 B．由 d 向 c 将做曲线运动 C．由 a 向 b 将做匀速直线运动 D．由 b 向 a 将做匀速圆周运动 10．如图所示，霍尔式位移传感器测量原理是：有一个沿 z 轴方向的磁场，磁感应强度 B=B0+kz（B0、k 均 为正的常数）；将传感器固定在霍尔元件上，沿 z 轴方向元件的厚度为 d，保持通过霍尔元件的电流 I 不变 （方向如图中箭头所示）．当元件沿 z 轴方向移动时，由于位置不同，霍尔元件在 y 轴方向上的上、下表 面的电势差 U 也不同，则（　　） A．若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高 B．磁感应强度 B 越大，上、下表面的电势差 U 越小 C．电流 I 取值越大，上、下表面的电势差 U 越小 D．k 越大，传感器灵敏度（ VU Vz ）越高 11．图示区域有方向竖直向下的匀强电场和水平向里的匀强磁场，一带正电的微粒（不计重力）以水平向 右的初速度进入该区域时，恰能沿直线运动。不考虑微粒运动的电磁辐射，下列说法正确的是（　　） A．若改变该微粒的电荷量后将不能再沿直线运动 B．若该微粒以水平向左的初速度进入此区域，也能做直线运动 C．若减小该微粒进入此区域的初速度，之后运动过程中微粒的动能可能变大 D．若换成带负电的微粒（不计重力）以水平向右的初速度进入该区域后，不能沿直线运动 12．如图所示，有一束混合粒子从左到右射入匀强磁场 B1 和匀强电场 E 共存的区域，发现这些粒子不偏转， 进入另一匀强磁场 B2 中发现它们分成几束，不计各粒子重力和它们之间的作用力，粒子束分开的原因一定 是它们的（ ） A．电荷量与质量的比值不同 B．电荷量不同 C．速度不同 D．质量不同 13．如图所示，在以坐标原点 O 为圆心、半径为 R 的半圆形区域内，有相互垂直的匀强电场和匀强磁场， 磁感应强度为 B，磁场方向垂直于 xOy 平面向里．一带正电的粒子（不计重力）从 O 点沿 y 轴正方向以某 一速度射入，带电粒子恰好做匀速直线运动，经 t0 时间从 P 点射出,则电场强度的大小和方向为( BR A． t0 ，y 正向 BR B． t0 ，x 正向 BR C． 2t0 ，y 负向 ) BR D． 2t0 ，x 负向 14．如图，距离为 d 的两平行金属板 P、Q 之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为 B1 ，一束速度大小为 v 的等离子体垂直于磁场喷入板间，相距为 L 的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中， 磁感应强度大小为 B2  ，导轨平面与水平面夹角为 ，两导轨分别与 P、Q 相连，质量为 m、电阻为 R 的金 属棒 ab 垂直导轨放置，恰好静止，重力加速度为 g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力， 下列说法正确的是（　　） A．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上， B．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下， C．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上， D．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下， v mgR sin  B1B2 Ld v mgR sin  B1B2 Ld v mgR tan  B1B2 Ld v mgR tan  B1B2 Ld 15．如图所示，R1 和 R2 是同种材料、厚度相同、上下表面为正方形的金属导体，但 R1 的尺寸比 R2 的尺寸 大．将两导体同时放置在同一匀强磁场 B 中，磁场方向垂直于两导体正方形表面，在两导体上加相同的电 压，形成图所示方向的电流；电子由于定向移动，会在垂直于电流方向受到洛伦兹力作用，从而产生霍尔 电压，当电流和霍尔电压达到稳定时,下列说法中正确的是（ ） A．R1 中的电流大于 R2 中的电流 B．R1 中的电流小于 R2 中的电流 C．R1 中产生的霍尔电压小于 R2 中产生的霍尔电压 D．R1 中产生的霍尔电压等于 R2 中产生的霍尔电压 二、填空题（共 4 题） 16．如图所示，厚度为 h，宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场中，当电流通过 导体板时，在导体板的上侧面 A 和下侧面 A’会产生电势差．这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不 IB 太强时，电势差 U、电流 I 的 B 的关系为： U  K d 式中的比例系数 K 称为霍尔系数．霍尔效应可解释如 下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从 而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力．当静电力与洛仑兹力达到平衡时， 导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．设电流 I 是由电子定向移动形成的，电子平均定向速度为 v， 电量为 e，回答下列问题： （1）稳定状态时，导体板上侧面 A 的电势________下侧面 A’的电势（填高于、低于或等于） （2）电子所受洛仑兹力的大小为___________ （3）当导体板上下两侧之间的电势差为 U 时，电子所受的静电力为____________． 17．光滑绝缘杆与水平面保持 θ 角，磁感应强度为 B 的匀强磁场充满整个空间，一个带正电 q，质量为 m，可以自由滑动的小环套在杆上，如图所示，小环下滑过程中对杆的压力为零时，小环的速度为_______ _． 18．如图所示宽度为 d、厚度为 h 的金属板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场中，当有电流 I 通过 金属板时，在金属板上侧面 A 和下侧面 A′间产生电势差． （1）金属板上侧面 A 电势____________下侧面电势（填高于或低于）； （2）若金属板内单位体积内自由电子数为 n，则产生的电势差 U=___________________． 19．霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所 示，在一矩形半导体薄片的 E、F 间通入电流 I，同时外加与薄片垂直的磁场 B，在 C、D 间出现电压 UCD，这种现象称为霍尔效应，UCD 称为霍尔电压，且满足 UCD＝k IB ，式中 d 为薄片的厚度，k 为霍尔系 d 数，某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数． 　 (1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图所示，该同学用电压表测量 UCD 时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“C”或“D”)端通过导线相连．