第1章 第3节 洛伦兹力的应用-【高中必刷题】2025-2026学年高中物理选择性必修2同步课件(鲁科版)

物理 选择性必修 第二册 LK 1 3 第3节 洛伦兹力的应用 刷基础 2 1.［山东日照2024高二上检测改编］如图所示是电视显像管工作原理示意图（俯视图），电流通 过偏转线圈，从而产生偏转磁场，电子束经过偏转磁场后运动轨迹发生偏转，不计电子的重力， 图中点为荧光屏的中心，若调节偏转线圈中的电流，使电子束打到荧光屏上的 点，下列说法 正确的是( ) D A.电子经过磁场速度增大 B.偏转磁场的方向水平向右 C.偏转磁场的方向垂直纸面向里 D.偏转磁场的方向垂直纸面向外 题型1 显像管的工作原理 3 解析 电子经过磁场，洛伦兹力不做功，则电子的动能不变，速度大小不变，故A错误；欲使电 子束打到荧光屏上的 点，则电子所受洛伦兹力方向向左，根据左手定则可知，偏转磁场的方向 垂直纸面向外，故B、C错误，D正确. 题型1 显像管的工作原理 4 2.［贵州贵阳一中2025高二上质量监测］如图所示，在真空中两块带电金属板水平正对放置，在 板间形成匀强电场，电场方向竖直向下.板间同时存在与匀强电场正交的匀强磁场，方向垂直纸面 向里.一带电粒子以某一初速度从两板的左端中央，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，恰好无 偏转地通过场区.已知两板间距为，两板间电势差为，磁感应强度的大小为 ，不计粒子所受重 力.则( ) D A.粒子一定带正电 B.该粒子的速度大小 C.若只将粒子的初速度变为2倍，其将往上偏 D.若只将粒子的电荷量变为2倍，其将无偏转地通过场区 题型2 质谱仪（速度选择器） 5 解析 粒子无偏转地通过场区时,所受电场力和洛伦兹力平衡，满足 ,无论粒子的电性如 何,两个力的方向始终相反,故A错误；根据,可得 ,故B错误；由于不确定带电粒子 的电性,无法确定洛伦兹力的方向,即无法判断粒子初速度变大后偏转的方向,故C错误；若只将粒 子的电荷量变为2倍,有 ,粒子将无偏转通过场区,故D正确. 题型2 质谱仪（速度选择器） 6 方法总结 速度选择器的原理就是粒子在两极板间运动时所受的电场力与洛伦兹力平衡,且与带电粒子的电性无关. 题型2 质谱仪（速度选择器） 7 3. ［广西南宁三中等两校2025高二上联考］如图所示是质谱仪的工作原理示意图.三个带 电粒子先后从容器正下方的小孔飘入电势差为 的加速电场，其初速度大小都几乎为零，经电 场加速后，分别从小孔离开，再从小孔 沿着与磁场垂直的方向竖直向下进入匀强磁场中，最 后打到照相底片上的、、 三个不同位置.整个装置放在真空中，不计带电粒子的重力和粒子 之间的相互作用.根据图中三个带电粒子在质谱仪中的运动轨迹，下列说法正确的是( ) C A.三个带电粒子均带负电荷 B.三个带电粒子进入磁场的动能与带电荷量成反比 C.打在 处的带电粒子的比荷最大 D.打在 处的带电粒子在磁场中运动的时间最短 题型2 质谱仪（速度选择器） 8 解析 由左手定则可知,粒子均带正电荷,故A错误；在加速电场中,由动能定理可知,带电粒子进入 磁场的动能为 ,所以三个带电粒子进入磁场的动能与带电荷量成正比,故B错误；带电粒子 进入磁场时,由动能定理有,则 ,带电粒子在磁场中,由洛伦兹力提供向心力有 ,解得,由题图可知打在 处的带电粒子在磁场中做圆周运动的半径最小,则其 比荷最大,故C正确；带电粒子在磁场中运动的时间,打在 处的带电粒子在磁场中运动 的轨迹半径最大,比荷最小,则其在磁场中运动的时间最长,故D错误. 题型2 质谱仪（速度选择器） 9 教材变式 本题目由教材P22第3题演变而来，教材考查了和 在磁场中运动的时间差值，本题则考查 了打在不同位置的带电粒子的比荷的大小关系. 题型2 质谱仪（速度选择器） 10 4.［山东省实验中学2025高二上期中］回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为 的 匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为、频率为 的交流电源上；若处粒子源产生的氘核 能在加速器中被加速到出加速器，下列说法中正确 的是( ) C A.不改变磁感应强度和交流电源频率，该回旋加速器不能用于加速 粒子 B.若只增大磁感应强度 ，则氘核获得的最大动能增大 C.若只增大交流电压 ，则氘核在回旋加速器中运动时间会变短 D.若只增大交流电压 ，则氘核获得的最大动能增大 题型3 回旋加速器 11 解析 氘核若能被加速,则所加交流电源的频率等于氘核在磁场中做圆周运动的频率,即 ,不 改变磁感应强度和交流电源频率,因 粒子的比荷等于氘核的比荷,则该回旋加速器也能用 于加速粒子,A错误；只增大磁感应强度 ,则氘核在磁场中做圆周运动的周期改变,则氘核 不一定被稳定地加速，其获得的最大动能不一定增大,B错误；设氘核在加速器中能获得的最大动 能为,根据,,解得,若只增大交流电压 ,不会改变氘核在 回旋加速器中运动的周期,氘核在磁场中运动一个周期,被电场加速两次,每次增加动能为 , 则氘核在磁场中加速次数,氘核在磁场中运动时间 ,可知若只增大交 流电压 ,则氘核在回旋加速器中运动时间会变短,而获得的最大动能不变,C正确,D错误. 题型3 回旋加速器 12 5.（多选）某同步加速器的简化模型如图所示.、为两块中心开有小孔的平行金属板. 时刻， 质量为、电荷量为的带正电粒子（不计重力）从 板小孔飘入两板间，初速度可视为零.当粒 子进入两板间时，两板间的电势差变为，粒子第一次被加速；当粒子从 板离开时，两板间的 电势差立即变为零.两板外部环形区域内存在垂直纸面的匀强磁场，粒子在洛伦兹力作用下做半径 为的圆周运动，远大于两板间距离.粒子经电场多次加速，动能不断增大，为使 保持不变，磁 场必须相应地变化.不计粒子在、 板间加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射，不考虑磁场 变化对粒子速度的影响及相对论效应.下列说法正确的是( ) ACD A.环形区域内磁场方向垂直纸面向里 B.粒子绕行周回到板时的速度大小为 C.粒子绕行第周时的磁感应强度大小为 D.粒子在绕行的第周内电场力对粒子做功的平均功率为 题型3 回旋加速器 13 解析 由题意可知带正电粒子逆时针在磁场中做圆周运动,由左手定则可知,环形区域内磁场方向垂 直纸面向里,故A正确；前周内电场力对粒子做的功为,由动能定理得 ,解得粒 子绕行周回到板时的速度大小,故B错误；设粒子绕行第 周时的磁感应强度大小为 ,粒子绕行第周时,由牛顿第二定律得,解得 ,故C正确；粒子运 动第周的周期为,则粒子在绕行的第 周内电场力对粒子做功的平均功率 ,故D正确. 题型3 回旋加速器 14 6.［河南驻马店2024高二下联考］（多选）一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示的模型： 污水内含有大量正、负离子，从直径为的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值 等于单位时 间通过横截面的液体的体积.空间有垂直纸面向里的磁感应强度为 的匀强磁场，下列说法正确的 是( ) CD A.当磁感应强度 减小时，污水流速将减小 B.当污水中离子浓度降低时，、 两点间电压将减小 C.只需要测量磁感应强度及、两点间电压，就能够推算污水的流量 D.当将、接入外部回路时，该装置将成为磁流体发电机， 点相当于电源的正极 题型4 电磁流量计 15 解析 污水流量计是用来测量污水流速的,污水的流速与磁感应强度 无关,故A错误；污水流速稳 定后,根据离子所受的洛伦兹力与电场力平衡,有,解得污水的流速 ,污水流量 , ,解得,故只需要测量磁感应强度及、两点间电压 ,就能够推算污水的 流量，且、两点间电压与离子的浓度无关,故B错误,C正确；当将、 接入外部回路时，该 装置将成为磁流体发电机，根据左手定则可知,正离子向下偏转,负离子向上偏转,故 点电势高于 点,在外电路中 点相当于电源的正极,故D正确. 题型4 电磁流量计 16 7.［山东青岛二中2025高二上期中］如图所示为一污水流量计，测量管由绝缘材料制成，其长为 、直径为，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下（未画出），大小为 ，在前后两个内侧面 、固定有金属板作为电极.污水充满管口从左向右流经测量管时，、两侧电压为 ，显示仪器 显示污水流量 （单位时间内排出的污水体积）.则( ) D A.侧电势比 侧电势低 B.污水中离子浓度越高，显示仪器的示数将越大 C.污水流速 D.污水流量与有关，与 无关 题型4 电磁流量计 17 解析 磁场方向竖直向下,由左手定则可知,污水中的正离子聚集到侧,负离子聚集到侧, 侧电势 比侧电势高,故A错误；离子达到平衡时,电势差稳定,有,即,解得 ,则污 水流速,流量,可知显示仪器的示数与离子浓度无关,污水流量与 有关, 与 无关,故B、C错误,D正确. 题型4 电磁流量计 18 8.［辽宁大连滨城联盟2025高二上联考］如图是磁流体发电机工作原理示意 图.发电通道是长方体结构，其中空部分的长、高、宽分别为、、 ，前后 两个侧面是绝缘体材料，上下两个表面是电阻可忽略的导体电极，这两个电 极与负载电阻相连.发电通道处于匀强磁场中，磁感应强度为 ，方向垂直 D A.上表面的导体电极可视为电源的负极 B.磁流体发电机的内阻为 C.作为电源，发电通道的上下表面间的电势差稳定时，磁流体发电机的电动势为 D.闭合开关，发电通道的上下表面间的电势差稳定时，通过电阻的电流为 前后两个侧面，如图所示.发电通道内有电阻率为 的高温等离子电离气体沿通道以速度 向右流 动，运动的电离气体受到磁场的作用，使发电通道上下表面间产生了电势差.下列说法正确的是 ( ) 题型5 磁流体发电机 19 解析 根据左手定则知,电离气体中正离子向上偏,负离子向下偏,上表面的导体电极可视为电源的 正极,选项A错误；根据电阻定律知,磁流体发电机的内阻为 ,选项B错误；当发电通道上下表 面间的电势差稳定时,有,解得电动势,选项C错误；闭合开关 ,发电通道的上下表 面间的电势差稳定时,根据闭合电路欧姆定律知,通过电阻的电流为 ,选项D正确. 题型5 磁流体发电机 20 3 第3节 洛伦兹力的应用 刷提升 21 1.［湖北武汉2025高二上月考］应用霍尔效应可以测量车轮的转动 角速度，如图所示为轮速传感器的原理示意图，假设齿轮为五齿结 构，且均匀分布，当齿轮凸起部分靠近霍尔元件时，磁体与齿轮间 的磁场增强，凹陷部分靠近霍尔元件时，磁体与齿轮间的磁场减弱. 工作时霍尔元件上下两面通入电流 ，前后两面连接控制电路.下列 说法正确的是( ) B A.若霍尔元件的材料为金属导体，则前表面比后表面的电势高 B.若霍尔元件的材料为金属导体，将磁体的两极对调，同时将电流方向改为向上，则霍尔元件前 后表面电势的高低情况不变 C.若电流恒定，则控制电路监测到的电压也恒定不变 D.若自行车的车速增大，则控制电路监测到的电压也增大 22 解析 若霍尔元件材料为金属导体,导电的粒子为自由电子,根据左手定则可知,电子所受洛伦兹力 指向前表面,所以前表面集聚电子,前表面的电势比后表面的电势低,故A错误；若将磁体的两极对 调,同时将电流方向改为向上,根据左手定则可知,电子所受洛伦兹力仍指向前表面,即前表面集聚电 子,则前表面比后表面的电势低,则前后表面电势的高低情况不变,故B正确；因为 ,可得 ,即若电流恒定,则不变,由于齿轮转动, 不断变化,则控制电路监测到的电压也不断变化, 故C错误；若自行车的车速增大,则 变化更快,则控制电路监测到的电压频率变大,但是不影响检测 到的电压大小,故D错误. 23 2.［浙江舟山中学2024高二上月考］（多选）磁流体发电机又叫等离子体发电机，如图所示，燃 烧室在 的高温下将气体全部电离为电子和正离子，即高温等离子体.高温等离子体经喷管 提速后以 的速度进入矩形发电通道.发电通道有垂直于喷射速度方向的匀强磁场，磁场 方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为 .等离子体发生偏转，在两极板间形成电势差.已知发电 通道长，宽，高，等离子体的电阻率，外接电阻 ，电 流表视为理想电表，闭合开关 ，则( ) BD A.电阻两端的电压为 B.发电通道的上极板为电源正极 C.当外接电阻的阻值为 时，发电机输出功率最大 D.增大磁感应强度 ，电流表读数也会相应增大 24 解析 当等离子体在两极板间受力平衡时,有 ,解得 ,由电阻定律可得发电机内阻 , 所以电阻两端的电压小于 ,故A错误；等离子体在洛伦兹力作用下发生偏转,带正电的离子 向上极板偏转,则上极板为电源正极,故B正确；发电机的输出功率 ,当外接 电阻等于内阻时,即 ,发电机的输出功率最大,故C错误；电流表的读数为 , 所以增大磁感应强度 ,电流表读数也会相应增大,故D正确. 25 3.［山东济南2025高二上期末］如图所示，一个质量为、电荷量为的带正电粒子从小孔 飘入 电势差为的加速电场，初速度几乎为0.加速后从出射，再经过 垂直进入匀强磁场中，最后 打在荧光屏的中点，中点与的距离为，荧光屏的宽度为 . （1）求匀强磁场的磁感应强度大小； [答案] 26 解析 在电场中，由动能定理得 ， 在磁场中，由牛顿第二定律得 ， 由题意可知 ， 联立各式解得 . 27 （2）若匀强磁场的磁感应强度从到 范围内可调，求能在荧光屏上检测到的粒子比荷的范围. [答案] 28 解析 由（1）可推导出 ， 粒子运动的最小半径为，且对应最小的磁感应强度 时，比荷最大，此时 ， 粒子运动的最大半径为，且对应最大的磁感应强度 时，比荷最小，此时 ， 则能在荧光屏上检测到的粒子比荷的范围是 . 29 4.［黑龙江龙东地区五校2024高二上联考］如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图，其中狭 缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在、 板间，两平行虚线中间区域无电场和磁场，带 正电的粒子从板上的处以速度 沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀 强磁场做匀速圆周运动，下列说法正确的是( ) D A.D形盒中的磁场方向垂直于纸面向外 B.加速电场方向需要周期性的变化 C.粒子每运动一周，半径的增加量都相等 D.增大、 板间电压，粒子最终获得的最大动能不变 30 解析 根据粒子的运动方向和左手定则可以判断，D形盒中的磁场方向垂直于纸面向里，故A错误； 带电粒子只有经过、 板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次，加速电场的方向不 需改变，故B错误；根据得，则 ，又因为粒子每运动一 周被加速一次，且在电场中做匀加速直线运动，设狭缝宽度为,则有，、 板间 电场强度不变，根据 可知粒子的加速度恒定，则粒子每运动一周，速度的变化量不相 等， ，即粒子每运动一周，半径的增加量不相等，故C错误；当粒子从D形盒中出来 时速度最大，根据得，可知粒子加速获得的最大速度与、 板间电压无 关，可知增大板间电压，粒子最终获得的最大动能不变，故D正确. 31 关键点拨 解答本题的关键是知道回旋加速器的原理，知道粒子每运动一周，粒子会被加速两次.在、 和 确定的情况下，回旋加速器的半径 越大，粒子的最大动能就越大，粒子从边缘离开回旋加速 器时动能最大， ，可知最大动能与加速电压无关. 32 $$