第一章 第2节 课时2 洛伦兹力与现代科技-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（人教版2019）

物理 选择性必修 第二册 RJ 1 2 课时2 洛伦兹力与现代科技 刷基础 2 1.[河北石家庄2023高二上检测] （多选）如图所示是速度选择器，带电粒 子（不计重力）从右端水平射出速度选择器时，下列说法中正确的是 ( ) BC A.射出的带电粒子必定带负电 B.速度选择器的上极板必定带正电 C.水平射出的带电粒子速率必定等于 D.水平射出的带电粒子在速度选择器中必定做匀加速运动 题型1 速度选择器 3 解析 能够沿直线通过速度选择器的粒子的速度只与场有关，与带电粒子的电性无关，无论是何 种电荷，受到的电场力和洛伦兹力方向都相反，故射出的粒子既可以带正电也可以带负电，A错 误.若粒子带正电，则粒子所受洛伦兹力方向向上，由平衡条件知，粒子所受电场力方向向下，则 速度选择器的上极板带正电；若粒子带负电，则粒子所受洛伦兹力方向向下，由平衡条件知，粒 子所受电场力方向向上，则速度选择器的上极板带正电，B正确.由平衡条件知 ，解得 ，水平射出的带电粒子在速度选择器中一定做匀速直线运动，C正确，D错误. 题型1 速度选择器 4 【方法总结】速度选择器的原理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1 速度选择器 5 2.[重庆一中2023高二上期末] 速度选择器的构造如图所示，平行金属极 板连接在电源两极，极板间形成竖直方向的匀强电场，内部有垂直于纸 面向里的匀强磁场，、为两个小孔且其连线与极板平行，氕核 、 氘核和氚核（均不计重力）从 沿平行于金属极板方向以相同 动能射入速度选择器，其中氘核能射出极板，则下列说法中正确的是 ( ) D A.速度选择器上极板带负电 B.氕核在速度选择器中做匀变速直线运动 C.氘核从 以相同速度入射后仍能射出速度选择器 D.氚核在速度选择器中向下偏转，动能增大 题型1 速度选择器 6 解析 由题意知，带正电的氘核从 沿平行于金属极板方向进入速度选择器，且能射出极板，说 明其受力平衡，根据左手定则可知，氘核受到向上的洛伦兹力，故其受到的电场力向下，故上极 板带正电，A错误；三个粒子以相同的动能进入速度选择器，则有 ，解得，设氕核、氘核、氚核的速度分别为、、，质量分别为 、 、，又,则有，而只有氘核能射出极板，则有 ，解得 ，可知氕核受到的洛伦兹力大于电场力，将向上偏转，所受合外力是变化的，不是做匀变 速直线运动，氚核受到的电场力大于洛伦兹力，将向下偏转，电场力做正功，动能增大，B错误， D正确；氘核从 以相同速度进入速度选择器，受到的电场力和洛伦兹力都向下，则将向下偏转， 不能射出速度选择器，C错误. 题型1 速度选择器 7 3.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 ，方向垂直前后两个侧面，如图所示.发电通道内有 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 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2 磁流体发电机 8 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2 磁流体发电机 9 4.[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 题型2 磁流体发电机 10 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，发电机的输出功率最大，即 ，故 C错误；电流表的读数为 ，所以增大磁感应强度B，电流表读数也会相应增大，故D 正确. 题型2 磁流体发电机 11 5.[河北邢台部分重点高中2024高二上期末] 中国科学院武汉病毒研究所 有我国防护等级最高的P4实验室，在该实验室中有一种污水流量计，其 原理可以简化为如图所示模型.废液内含有大量正、负离子，从直径为 的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值 等于单位时间内通过横截 B A.带电离子所受洛伦兹力方向水平向左 B.点的电势低于 点的电势 C.废液的流量与、 两点间电压成反比 D.污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速 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( ) 题型3 电磁流量计 12 解析 根据左手定则知，正离子所受洛伦兹力方向竖直向下，负离子所受洛伦兹力方向竖直向上， 所以正离子向下偏转，负离子向上偏转，则点的电势低于点的电势，A错误，B正确；当 、 两点间电压稳定时，根据平衡条件得，又， ，联立解得 ，可知废液的流量与、 两点间电压成正比，如果液体不带电，不能形成电压，由流量 的表达式知，污水流量计不可以用于测量不带电的液体的流速，C、D错误. 题型3 电磁流量计 13 6.[山东泰安一中2024高二上月考] 某市环保局在沿江化工企业的排污管末 端安装了如图所示的流量计，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3 电磁流量计 14 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；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D有关，与 无关，故B、C错误，D正确. 题型3 电磁流量计 15 7.[江苏泰州靖江高级中学2024高二上月考] 利用霍尔效应制作的霍尔元件 广泛应用于测量和自动控制等领域，如图所示是霍尔元件的工作原理示意 图，磁感应强度垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流 ， 、两侧面间会形成电势差 .下列说法中正确的是( ) B A.电势差 仅与材料有关 B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差 C.仅增大磁感应强度，电势差 变小 D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平 题型4 霍尔元件 16 解析 若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子受到向左的洛伦兹力，向C侧面偏 转，因此电势差，B正确；设该霍尔元件的宽度为、厚度为,由平衡条件得 ， 又，可得，由得,又,则，可知电势差 不 仅与材料有关，还与磁感应强度大小、电流有关，因此仅增大磁感应强度时，电势差 变大， A、C错误；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，让磁感线穿过工 作面，D错误. 题型4 霍尔元件 17 【方法总结】霍尔元件的工作原理是带电粒子所受的电场力与洛伦兹力平衡.霍尔元件中带电粒子 可能是正电荷，也可能是负电荷.霍尔效应经常与电流的微观表达式综合应用. 题型4 霍尔元件 18 8.[浙江浙南名校联盟2024高二上期中] （多选）自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行 车的运动速率.如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传 感器就会输出一个脉冲电压.如图乙所示，外接电源使通过霍尔元件的电流 向左，当磁场靠近霍 尔元件时，在导体前后表面间出现电势差 （前表面的电势低于后表面的电势）.下列说法正确的 有( ) AC 甲 乙 A.根据车轮半径和脉冲周期，可算车速大小 B.图乙中霍尔元件中的自由电荷带正电 C.若电流变大，则霍尔电势差变大 D.自行车的车速越大，则霍尔电势差 越大 题型4 霍尔元件 19 解析 根据脉冲周期，可求得车轮的角速度，由线速度公式 结合车轮半径，即可求解车 速大小，A正确；前表面的电势低于后表面的电势，根据左手定则可知，霍尔元件中的自由电荷 带负电，B错误；根据，解得，又，联立解得 ，可知霍尔电势 差与车速大小无关，D错误；由公式知，若电流变大，则霍尔电势差 将变大，C正确. 题型4 霍尔元件 20 $$