1.4 洛伦兹力的应用（课时作业）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案（教科版）

授课提示：对应学生用书第93页 [基础达标练] 1．(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以采用的方法为(　　) A．将其磁感应强度增大为原来的2倍 B．将其磁感应强度增大为原来的4倍 C．将D形盒的半径增大为原来的2倍 D．将D形盒的半径增大为原来的4倍 解析：质子在回旋加速器中旋转的最大半径等于D形盒的半径R，由R＝得质子最大动能Ek＝mv2＝，欲使最大动能为原来的4倍，可将B或R增大为原来的2倍，故A、C正确，B、D错误。 答案：AC 2.(多选)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。设离子射出磁场的位置到入口处S1的距离为x。下列判断正确的是(　　) A．若离子束是同位素，则x越大，离子进入磁场时速度越小 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，则离子质量一定不相同 D．只要x相同，则离子的比荷一定相同 解析：在加速电场中，qU＝mv2，在磁场中qvB＝m，由几何关系知x＝2r，以上三式联立可得v＝，x＝ 。由此可知A、D正确。 答案：AD 3.如图所示，电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直于纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁，均以垂直于电场强度E和磁感应强度B1的方向射入。若四个离子质量m甲＝m乙<m丙＝m丁，速率v甲<v乙＝v丙<v丁，则运动到P1、P2、P3、P4四个位置的正离子分别为(　　) A．甲、乙、丙、丁　　　　　 B．甲、丁、乙、丙 C．丙、乙、丁、甲 D．甲、乙、丁、丙 解析：四种粒子，只有两个粒子通过速度选择器，只有速度满足v＝，粒子才能通过速度选择器，所以通过速度选择器进入磁场的粒子是乙和丙，根据qvB2＝m，知r＝，乙的质量小于丙的质量，所以乙的半径小于丙的半径，则乙打在P3点，丙打在P4点。甲的速度小于乙的速度，即小于，所以甲所受洛伦兹力小于电场力，甲向下偏转，打在P1点。丁的速度大于乙的速度，即大于，所以丁所受洛伦兹力大于电场力，丁向上偏转，打在P2点。故B正确，A、C、D错误。 答案：B 4．如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，作四个电极E、F、M、N，它就成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定的电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，则薄片中的载流子在洛伦兹力的作用下，向着与电流和磁场都垂直的方向漂移，使M、N间出现了电压，称为霍尔电压UH。下列关于霍尔电压大小的说法正确的是(　　) A．B越大则UH越大，与I的大小无关 B．I越大则UH越大，与B的大小无关 C．在电流I、磁场B一定时，薄片的厚度越大，则UH越大 D．在电流I、磁场B一定时，薄片的厚度越大，则UH越小 解析：设M、N间距离为d，薄片的厚度为x，当达到稳定状态，载流子受力平衡，满足q＝qvB，又有电流的微观表达式I＝nqvS＝nqv·dx，联立可得UH＝，与B、I均有关系，A、B错误；由上述分析可知，在电流I、磁场B一定时，薄片的厚度x越大，则UH越小，C错误，D正确。 答案：D 5.(多选)回旋加速器由两个铜质D形盒构成，盒间留有缝隙，加高频电源，中间形成交变的电场，D形盒装在真空容器里，整个装置放在与盒面垂直的匀强磁场B中。若用回旋加速器加速质子，不考虑相对论效应，下列说法正确的是(　　) A．质子动能增大是由于洛伦兹力做功 B．质子动能增大是由于电场力做功 C．质子速度增大，在D形盒内运动的周期变大 D．质子速度增大，在D形盒内运动的周期不变 解析：洛伦兹力始终与速度垂直，即洛伦兹力对粒子不做功，而电场力对粒子做功，即质子动能增大是由于电场力做功，故选项A错误，B正确；由Bqv＝m，T＝，可以得到T＝，即周期与速度无关，故选项C错误，D正确。 答案：BD 6．(多选)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A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(　　) A．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．质谱仪是一种可测定带电粒子比荷的仪器 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大 解析：在速度选择器中，电场力和洛伦兹力平衡，有qE＝qvB，解得v＝，故A错误；根据带电粒子在磁场中的偏转方向，根据左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外，故B正确；进入偏转磁场后，有