2020-2021學年江蘇省南京師大附中高一（上）訓練物理試卷（第5講 洛倫茲力的應用）

概念和規(guī)律

• 1．如圖所示，勻強電場和勻強磁場相互垂直，現(xiàn)有一束帶電粒子（不計重力），以速度v₀沿圖示方向恰能沿直線穿過，下述說法中正確的是（　?。?/h2>

  A．若電容器左極板為正極，則帶電粒子必須從下向上以v0進入該區(qū)域才能沿直線穿過

  B．如果帶正電粒子以稍微小于v0的速度沿v0方向射入該區(qū)域時，其電勢能越來越小

  C．如果帶負電粒子速度小于v0，仍沿v0方向射入該區(qū)域時，其電勢能越來越大

  D．無論帶正、負電的粒子，若從下向上以速度v0進入該區(qū)域時，其動能一定不減小
  組卷：2引用：1難度：0.6

  解析

• 2．質譜儀工作原理如圖所示，電荷量均為+q、質量不同的離子初速度幾乎為零地進入電壓為U₀的加速電場。這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度大小為B的勻強磁場中，最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN=L，且OM=L。某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側

  2

  3

  區(qū)域MQ損壞，檢測不到離子，但右側

  1

  3

  區(qū)域QN仍能正常檢測到離子。在適當調節(jié)加速電壓后，原本打在MQ的離子即可在QN檢測到。為使原本打在MN中點P的離子能打在QN區(qū)域，則加速電壓U的值不可能為（　?。?/h2>

  A． 16 U 0 9

  B． 100 U 0 81

  C． 140 U 0 81

  D．2U0
  組卷：32引用：1難度：0.4

  解析

• 3．利用霍爾效應制作的霍爾元件以及傳感器，廣泛應用于測量和自動控制等領域。如圖，將一金屬或半導體薄片垂直置于磁場B中，在薄片的兩個側面a、b間通以電流I時，另外兩側c、f間產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應。其原因是薄片中的移動電荷受洛倫茲力的作用向一側偏轉和積累，于是c、f間建立起電場E_H，同時產(chǎn)生霍爾電勢差U_H．當電荷所受的電場力與洛倫茲力處處相等時，E_H和U_H達到穩(wěn)定值，U_H的大小與I和B以及霍爾元件厚度d之間滿足關系式U_H=R_H

  IB

  d

  ，其中比例系數(shù)R_H稱為霍爾系數(shù)，僅與材料性質有關。
  （1）設半導體薄片的寬度（c、f間距）為l,請寫出U_H和E_H的關系式；若半導體材料是電子導電的，請判斷圖中c、f哪端的電勢高。
  （2）已知半導體薄片內單位體積中導電的電子數(shù)為n,電子的電荷量為e,請導出霍爾系數(shù)R_H的表達式。（通過橫截面積S的電流I=nevS，其中v是導電電子定向移動的平均速率）
  組卷：97引用：2難度：0.5

  解析

二、課后同步練習

• 10．對鈾235的進一步研究在核能的開發(fā)和利用中具有重要意義。如圖所示，質量為m、電荷量為q的鈾235離子，從容器A下方的小孔S₁不斷飄入加速電場，其初速度可視為零，然后經(jīng)過小孔S₂垂直于磁場方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，做半徑為R的勻速圓周運動。離子行進半個圓周后離開磁場并被收集，離開磁場時離子束的等效電流為I．不考慮離子重力及離子間的相互作用。
  （1）求加速電場的電壓U；
  （2）求出在離子被收集的過程中任意時間t內收集到離子的質量M；
  （3）實際上加速電壓的大小會在U±ΔU范圍內微小變化。若容器A中有電荷量相同的鈾235和鈾238兩種離子，如前述情況它們經(jīng)電場加速后進入磁場中會發(fā)生分離，為使這兩種離子在磁場中運動的軌跡不發(fā)生交疊，

  ΔU

  U

  應小于多少？（結果用百分數(shù)表示，保留兩位有效數(shù)字）
  組卷：1714引用：4難度：0.1

  解析

• 11．一臺質譜儀的工作原理如圖所示。大量的甲、乙兩種離子飄入電壓為U₀的加速電場，其初速度幾乎為0，經(jīng)過加速后，通過寬為L的狹縫MN沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片上。已知甲、乙兩種離子的電荷量均為+q,質量分別為2m和m,圖中虛線為經(jīng)過狹縫左、右邊界M、N的甲種離子的運動軌跡。不考慮離子間的相互作用。
  （1）求甲種離子打在底片上的位置到N點的最小距離x；
  （2）在答題卡的圖中用斜線標出磁場中甲種離子經(jīng)過的區(qū)域，并求該區(qū)域最窄處的寬度d；
  （3）若考慮加速電壓有波動，在（U₀-ΔU）到（U₀+ΔU）之間變化，要使甲、乙兩種離子在底片上沒有重疊，求狹縫寬度L滿足的條件。
  組卷：2130引用：3難度：0.3

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