专题提升Ⅱ 洛伦兹力与现代科技-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（人教版2019选择性必修第二册）

专题提升Ⅱ 洛伦兹力与现代科技 模块一 知识掌握 知识点一　速度选择器 【重难诠释】 1．装置及要求 如图，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧平行于极板射入，不计粒子重力． 2．带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝. 3．速度选择器的特点 (1)v的大小等于E与B的比值，即v＝.速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求． (2)当v＞时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大． (3)当v＜时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小． (4)速度选择器只能单向选择：若粒子从另一方向射入，则不能穿出速度选择器． [例题1] （2022秋•海伦市校级期末）如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。不计重力，则（　　） A．若电子以相同的速率从右向左飞入，电子也沿直线运动 B．若电子以相同的速率从右向左飞入，电子将向下偏转 C．若电子以相同的速率从左向右飞入，电子将向下偏转 D．若电子以相同的速率从左向右飞入，电子也沿直线运动 [例题2] （2022春•太仓市校级期中）一对平行金属板中存在匀强电场和匀强磁场，其中电场的方向与金属板垂直，磁场的方向与金属板平行且垂直纸面向里，如图所示。一质子（H）以速度v0自O点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动。下列粒子分别自O点沿中轴线射入，能够做匀速直线运动的是（所有粒子均不考虑重力的影响）（　　） A．以速度4v0射入的a粒子（He） B．以速度2v0射入的核（H） C．以速度v0射入的电子（e） D．以速度的射入的正电子（e） [例题3] （2021秋•让胡路区校级期末）如图为速度选择器示意图，P1、P2为其两个极板。某带电粒子电荷量为q，以速度v0从S1射入，恰能沿虚线从S2射出。不计粒子重力，下列说法正确的是（　　） A．该粒子一定带正电 B．该粒子以速度v0从S2射入，也能沿虚线从S1射出 C．该粒子以速度3v0从S1射入，仍能沿虚线从S2射出 D．该粒子电荷量变为3q，以速度v0从S1射入，仍能沿虚线从S2射出 [例题4] （多选）（2021秋•重庆期末）实验小组用图甲所示装置研究电子在平行金属板间的运动。将放射源P靠近速度选择器，速度选择器中磁感应强度为B（垂直纸面向里），电场强度为E（竖直向下）、P能沿水平方向发出不同速率的电子。某速率粒子能沿直线通过速度选择器，再沿平行金属板A、B的中轴线O1O2射出板间。已知水平金属板长为L、间距为d，两板间加有图乙所示的交变电压，电子的电荷量为e，质量为m（电子重力及相互间作用力忽略不计），以下说法中正确的有（　　） A．沿直线穿过速度选择器的电子的速率为 B．只增大速度选择器中的电场强度E，沿中轴线射入的电子穿过板间的时间变长 C．若时刻进入A、B板间的电子恰能水平飞出金属板的位置一定在O2点 D．若t＝0时刻进入金属板间A、B的电子恰能水平飞出，则（n＝1，2，3…） [例题5] （2023•山东模拟）如图所示，一质量为m、电荷量为q（q＞0）的粒子从静止开始经加速电压为U的电场加速后，进入速度选择器，速度选择器中的匀强磁场的磁感应强度大小为B1，粒子射出速度选择器后进入静电分析器，静电分析器两端中心位置M和N处各有一个小孔，通道中心轴线的半径为R，通道内存在均匀辐向电场，粒子从N孔射出后沿半径方向进入环形匀强磁场且刚好未进入小圆区域。已知环形磁场的外半径为R，内半径为。可能用到的数据sin53°＝0.8。求： （1）速度选择器和静电分析器中的电场强度大小E1和E2； （2）环形磁场的磁感应强度的大小B2； （3）粒子在环形磁场中的运动时间t。 知识点二　磁流体发电机 【重难诠释】 磁流体发电机的发电原理图如图甲所示，其平面图如图乙所示． 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. 根据左手定则可判断，正离子向M极板偏转，M极板积聚正离子，电势高，为发电机正极，N极板积聚负离子，电势低，为发电机负极． [例题6] （2023春•通州区期中）如图所示是磁流体发电机的示意图，在间距为d的平行金属板M、N间，存在磁感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，两金属板通过导线与滑动变阻器相连，变阻器接入电路的电阻为R。等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）连续以速度v平行于两金属板垂直射入磁场，理想电流表