第一章 专题强化2 洛伦兹力与现代科技（配套课件）-2021-2022学年高二物理【步步高】学习笔记（人教版选择性必修第二册）

专题强化2　洛伦兹力与现代科技 第一章　安培力与洛伦兹力 【学习目标】 1.知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件 的工作原理. 2.进一步了解洛伦兹力在科技生活中的应用，提高学生的综 合分析和计算能力. 【内容索引】 探究重点 提升素养 随堂演练 逐点落实 专题 强化练 3 TANJIUZHONGDIAN　 TISHENGSUYANG 探究重点　提升素养 1 一、速度选择器 1.装置及要求 如图1，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力. 图1 3.速度选择器的特点 例1　(2020·福建泉州期末)如图2所示，两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场方向由M板指向N板，磁场方向垂直纸面向里，OO′为距离两极板相等且平行两极板的直线.一质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，以速度v0从O点射入，沿OO′方向匀速通过场区，不计带电粒子的重力，则以下说法正确的是 A.电荷量为－q的粒子以v0从O点沿OO′方向射入时，不能匀速通过场区 B.电荷量为2q的粒子以v0从O点沿OO′方向射入时，不能匀速通过场区 C.保持电场强度和磁感应强度大小不变，方向均与 原来相反，则粒子仍能匀速通过场区 D.粒子以速度v0从右侧的O′点沿O′O方向射入， 粒子仍能匀速通过场区 图2 √ 解析　由题意知带正电的粒子能从左向右匀速通过场区，则粒子所受竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的电场力平衡，有qE＝Bqv0，解得v0＝ ，可知平衡条件与电荷量的多少无关，因此电荷量为－q和2q的粒子以v0入射，都能从左向右匀速通过场区，A、B错误； 当电场方向与磁场方向都与原来相反时，粒子所受电场力和洛伦兹力的方向仍相反，所以粒子以v0从O点沿OO′方向射入时仍能匀速通过场区，C正确； 若粒子以速率v0从右侧的O′点沿O′O方向射入，粒子受到竖直向下的电场力与竖直向下的洛伦兹力，不能平衡，因此不能匀速通过场区，D错误. 二、磁流体发电机 磁流体发电机的发电原理图如图3甲所示，其平面图如图乙所示. 图3 设带电粒子的运动速度为v，带电荷量为q，匀强磁场的磁感应强度为B，极板间距离为d，极板间电压为U，根据FB＝FE，有qvB＝qE＝ ，得U＝Bdv. 根据外电路断开时，电源电动势的大小等于路端电压，故此磁流体发电机的电动势为E电源＝U＝Bdv. 例2　(2018·浙江11月选考)磁流体发电的原理如图4所示，将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为d、宽为a、长为b的两平行金属板间便产生电压.如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个直流电源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ，忽略边缘效应，下列判断正确的是 图4 √ 三、电磁流量计 如图5甲、乙所示是电磁流量计的示意图. 设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b两点间的电势差是由于导电液体中电荷受到洛伦兹力作用，在管壁的上、下两侧堆积产生的.到一定程度后，a、b两点间的电势差达到稳定值U，上、下两侧堆积的电荷不再增 图5 例3　(多选)如图6所示为电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的液体体积)的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动.图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为B，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下偏转，a、b间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就稳定为U，则 A.电势a高b低 B.电势b高a低 图6 √ √ 解析　根据左手定则可知，导电液体中的正离子在洛伦兹力作用下向下偏转，负离子在洛伦兹力作用下向上偏转，则a点电势低，b点电势高，故A错误，B正确； 四、霍尔元件(*) 例4　如图7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′之间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应. 图7 霍尔效应可解释如下：外部磁场对运动电子的洛伦兹力使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，从而形成电场.电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力.当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差.电流I是自由电子的定向移动形成的，电子的平均定向移动速率为v，电荷量为e. 回答下列问题： (1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势________(选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A′的电势. 低于 解析　电子向左做定向移动，由左手定则知电子所受洛伦兹力的方向向上，故上侧面A聚集电子，下侧面A′聚集正电荷，上侧面A的电势低于下侧面A′的电势. (2)电子所受洛