专题突破1　洛伦兹力与现代科技（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

sssss 主讲人：LWH 专题突破1　洛伦兹力与现代科技 第1章 QQ:419561425 SZ-LWH 1 目 录 CONTENTS 速度选择器 01 磁流体发电机 02 电磁流量计 03 霍尔效应 04 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 2 01 速度选择器 SZ-LWH 3 如图所示的平行板器件中，电场强度 和磁感应强度 互相垂直。具有不 同水平速度的带电粒子射入该装置中发生偏转的情况不同（本图以带正电 粒子为例分析）。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以 叫作速度选择器。 SZ-LWH 一、速度选择器 Sz-lwh Qq:419561425 速度选择器是近代物理学研究中常用的一种实验工具，其功能是可以选择某种速度的带电粒子。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，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力。 1.带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 ，即v＝ 。 2.速度选择器中偏转情况： (1)当v＞ 时，粒子向 方向偏转，F电做 功，粒子的动能 ， 电势能 。 (2)当v＜ 时，粒子向 方向偏转，F电做 功，粒子的动能 ， 电势能 。 qE＝qvB F洛 负 减小 增大 F电 正 增大 减小 SZ-LWH 一、速度选择器 Sz-lwh Qq:419561425 3.粒子匀速通过速度选择器的两种途径 （1）速度 一定时，调节 和 的大小； （2） 和 一定时，调节速度，即调节加速电场电压 的大小。 SZ-LWH 一、速度选择器 Sz-lwh Qq:419561425 某粒子在速度选择器中匀速运动，若只改变其电性或电荷量，粒子能否匀速通过？ 思考与讨论 答案　粒子仍能匀速通过。由v＝ ，知速度选择器只对选择的粒子速度有要求，而对粒子的电荷量及电性无要求。 SZ-LWH 一、速度选择器 Sz-lwh Qq:419561425 4.几点说明 （1）速度选择器两极板间距离极小，粒子稍有偏转，即打到极板上； （2）速度选择器对正、负电荷均适用； （3）速度选择器中的 、 的方向具有确定的关系，改变其中一个方向， 就不能对速度做出选择； （4）速度选择器只能单向选择，若图中粒子从右侧进入，则会受到相同方向的电场力和洛伦兹力而打到板上。 SZ-LWH 一、速度选择器 Sz-lwh Qq:419561425 (多选)(2023·唐山市开滦第一中学统考期末)如图所示为一速度选择器的原理图。K为电子枪(加速电压为U)，由枪中沿KA方向射出的电子(电荷量大小为e，质量为m，不计电子重力)，速率大小不一，当电子通过方向互相垂直的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S，下列说法正确的是 A.磁场方向必须垂直纸面向外 B.只有当加速电压U＝ 时，才有电子从S射出 C.只有带负电的粒子(不计重力)才能通过此速度选择器 D.在相互垂直的电场和磁场中，只有电子速度满足v＝ 时才能通过小孔S 例1 √ √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 1.(2023·重庆一中期末)（速度选择器）速度选择器是质谱仪的重要组成部 件，其构造如图所示，平行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， 则下列说法正确的是( ) 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 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 2. (2023·福建泉州期末)如图所示，两个平行金属板 、 间为一个正 交的匀强电场和匀强磁场区域，电场方向由 板指向 板，磁场方向垂 直于纸面向里， 为距离两极板相等且平行于两极板的直线。一质量为 、电荷量为 的带电粒子，以速度 从 点射入，沿 方向匀速通 过场区，不计带电粒子所受的重力，则以下说法正确的是( ) SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 11 A.电荷量为 的粒子以 从 点沿 方向射 入时，不能匀速通过场区 B.电荷量为 的粒子以 从 点沿 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 从右侧的 点沿 方向射入， 粒子仍能匀速通过场区 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 12 02 磁流体发电机 SZ-LWH 13 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。 将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)以速度v喷入磁场，磁场的磁感应强度为B，极板间距离为d，开关断开，电路 稳定时极板间电压为U，重力不计，根据F洛＝F电，有 ＝ ＝ ，得U＝ 。上极板是正极。 qvB qE Bdv SZ-LWH 二、磁流体发电机 Sz-lwh Qq:419561425 若图乙中平行金属板A、B的面积均为S，磁场的磁感应强度为B，两板间的垂直距离为d，等离子体的电阻率为ρ，速度为v，电路电阻为R，则闭合开关后电路中电流多大？ 思考与讨论 SZ-LWH 二、磁流体发电机 Sz-lwh Qq:419561425 (2023·湛江市高二统考期末)如图所示是磁流体发电机的示意图，两平行金属板P、Q之间存在很强的磁场，一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)沿垂直于磁场的方向喷入磁场。把P、Q与电阻R相连接。下列说法正确的是 A.Q板的电势高于P板的电势 B.R中流过由b向a方向的电流 C.若只改变磁感应强度大小，R中电流保持不变 D.若只增大粒子入射速度，R中电流增大 例2 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 3. (2023·重庆北碚统考期末)（多选）磁流体发电机的示意图如图所示， 平行金属板 、 组成一对平行电极，两板间距为 ，面积为 。两板间 有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为 ，一束等离子体（带 有正、负电荷的粒子）以一定的速度 平行金属板、垂直于磁场射入两板 间，两板间连接有定值电阻 ，等离子体的电阻率为 ，则下列说法正 确的是( ) SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 17 A.极板 带负电，极板 带正电 B.稳定时，电阻 两端的电压为 C.电源的总功率为 D.增大两金属板的正对面积可增大发电机的电动势 √ √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 18 4.(2023·广东深圳市高二期末)（磁流体发电机）磁流体发电是一项新兴技 术，它可以把气体的内能直接转化为电能，它的示意图如图所示，平行金 属板 、 之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为 ，将一束等离子 体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）垂直于磁场 且平 行于 、 板平面的方向喷入磁场，每个离子的速度为 ，电荷量大小为 ， 、 两板间距为 ，装置稳定时，下列说法正确的是( ) A. 板的电势比 板的高 B.图中通过电阻 的电流方向是向下的 C.离子只受到电场力作用 D.图中电阻 两端电压为 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 03 电磁流量计 SZ-LWH 20 如图甲、乙所示是电磁流量计的示意图。 设圆管的直径为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 多，此时，洛伦兹力和静电力平衡，有 ＝ ＝ ，所以v＝ ， 又圆管的横截面积S＝ ，故流量Q＝ ＝ 。 qvB qE Sv SZ-LWH 三、电磁流量计 Sz-lwh Qq:419561425 (多选)(2023·丽水市高二统考期末)电磁流量计是用来测管内电介质流量的感应式仪表，单位时间内流过管道横截面的液体体积为流量。如图为电磁流量计示意图和匀强磁场方向，磁感应强度大小为B。当管中的导电液体流过时，测得管壁上M、N两点间的电压为U，已知管道直径为d，则 例3 √ √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 角度1 电磁流量计的原理 5. (2023·江苏南通统考期末)电磁流量计是一种测量导电液体流量的装置 （单位时间内通过某一截面的液体体积，称为流量），其结构如图所示， 上、下两个面 、 为导体材料，前后两个面为绝缘材料。流量计的长、 宽、高分别为 、 、 ，左、右两端开口，液体从左往右流动，在垂直 于前、后表面向里的方向加磁感应强度大小为 的匀强磁场，则( ) SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 A. 板的电势低于 板的电势 B.当电压表的示数为 时，液体流量为 C.若仅增大导电液体中离子的浓度，电压表示数将增大 D.当电压表的示数稳定时，导电液体中的离子不受洛伦 兹力作用 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 角度2 电磁流量计的应用 6. 为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在 该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装 置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 、 、 ，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁 感应强度为 的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板 、 作为电极，污水充满装置以某一速度从左向右匀速流经该装置时， 用电压表测得两个电极间的电压 。污水流过该装置时受到阻力作 用，阻力 ，其中比例系数 ， 为污水沿流速方向 的长度， 为污水的流速。求： SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 （1）污水的流速 的大小； [答案] 解析：最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，有 解得 。 （2）污水的流量（单位时间内流出的污水体积） ； [答案] 解析：污水的流量为 。 SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 （3）为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压强差 。 [答案] 解析：污水流过该装置时受到阻力为 为使污水匀速通过该装置，左、右两侧管口应施加的压力差 是 ， 则压强差为 。 SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 04 霍尔效应 SZ-LWH 28 1879年霍尔发现，处在匀强磁场中的通电导体板，当电流的方向垂直于磁场时，在垂直于磁场的导体板的两端面之间会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电势差，这一现象称为霍尔效应，如图所示。出现的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。 SZ-LWH 四、霍尔效应 Sz-lwh Qq:419561425 2.霍尔电压公式：实验指出，霍尔电势差与通过导体板的电流 、磁场的 磁感应强度 成正比，与板的厚度 成反比，即 ,式中 称为霍 尔系数。 3.霍尔电压公式推导 设载流子的电荷量为 ，沿电流方向定向运动的平均速率为 ，单位体积 内自由移动的载流子数为 ，垂直电流方向导体板的横向宽度为 ，则电 流 ,根据 ，此时两板间电压 ,则 ，则 ，其中 。 SZ-LWH 四、霍尔效应 Sz-lwh Qq:419561425 (2023·重庆南开中学期末)霍尔元件的用途非常广泛，可制造测量磁场 的磁场计和测量直流大电流的电流表以及功率计、乘法器，也可用于自动 化检测装置，将位移、压力、速度、加速度、流量等非电学量转换成电学 量。如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极 、 、 、 ，就做成了一个霍尔元件。在 、 间通入恒定电流 ，同时外加 与薄片垂直的磁场 ， 、 间的电压为 。已知半导体薄片中的载流 子为负电荷，电流与磁场的方向如图所示，下列说法正确的是( ) 例4 SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 A. 板电势高于 板电势 B.磁感应强度越大， 间电势差越大 C.将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行， 不 变 D.将磁场和电流都反向， 板电势高于 板电势 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 7.有一种磁强计，可用于测定磁场的磁感应强度，其原理如图所示。将一段 横截面为长方形的 型半导体（主要靠自由电子导电）放在匀强磁场中， 两电极 、 分别与半导体的前后两侧接触。已知磁场方向沿 轴正方 向， 型半导体横截面的长为 ，宽为 ，单位体积内的自由电子数为 ， 电子电荷量为 ，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动。导体中通有 沿 轴正方向、大小为 的电流时，两电极 、 间的电势差为 。下列 说法正确的是( ) SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 A. 为正极， 为负极 B.磁感应强度的大小为 C.磁感应强度的大小为 D.其他条件不变时， 越大，电势差 越大 √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 8.(多选)(2023·江苏南通海安高级中学高二阶段练习)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，电源输出电压为U1，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差U2(前表面的电势低于后表面的电势)。下列说法中正确的是 A.图乙中霍尔元件的载流子带负电 B.已知自行车车轮的半径，再根据单位 时间内的脉冲数，即获得车速大小 C.若传感器的电源输出电压U1变大， 则电势差U2变大 D.若自行车的车速越大，则电势差U2越大 √ √ √ SZ-LWH 跟踪练习 Sz-lwh Qq:419561425 谢谢各位的聆听！ QQ：419561425 SZ-LWH Sz-lwh Qq:419561425 36 星之所在 初音未来 Other 132264.0       答案　电动势E＝Bdv，等离子体电阻r＝ρ，由I＝，得I＝。 q πD2 A.管壁上N点电势高于M点 B.管中导电液体的流速为 C.管中导电液体的流量为 D.管中导电液体的流量为 $$