第一章 第2节 课时2 洛伦兹力与现代科技-【高中必刷题】2025-2026学年高中物理选择性必修2同步课件(人教版 江苏专用)

物理 选择性必修 第二册 江苏专用 1 2 课时2 洛伦兹力与现代科技 刷基础 2 1.［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1 速度选择器 3 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1 速度选择器 4 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1 速度选择器 5 2.［湖北黄冈普通高中2025高二上联考］如图所示，一对平行金属板间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，一质子以速度 自 点从左侧沿中轴线射入，恰好沿中轴线做匀速直线运动.下列粒子沿中轴线射入，能够做匀速 直线运动的是（忽略所有粒子的重力）( ) A A.以速度从左侧沿中轴线射入的电子 B.以速度从左侧沿中轴线射入的氚核 C.以速度从右侧沿中轴线射入的氘核 D.以速度从右侧沿中轴线射入的 粒子 题型1 速度选择器 6 解析 若粒子从左侧沿中轴线射入,恰好沿中轴线做匀速直线运动,则,所以 ,故A正 确,B错误；若粒子从右侧射入,则粒子受到的电场力与洛伦兹力方向相同,则粒子不能做匀速直线 运动,故C、D错误. 题型1 速度选择器 7 3.［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］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( ) D A.电阻两端的电压为 B.发电通道的上极板为电源负极 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错误；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. 题型2 磁流体发电机 11 5.［河南驻马店2024高二下联考］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 ( ) C 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， 点相当于电源的负极 题型3 电磁流量计 12 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错误. 题型3 电磁流量计 13 6.［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；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3 电磁流量计 15 7.［江苏南通泰州、镇江、盐城2025高二上联考］如图所示，将一厚度为 的半导体薄片垂直置 于匀强磁场中，在薄片的两个侧面、间通以电流时，另外两侧、 间产生电势差，这一现 象称为霍尔效应.其原因是薄片中定向移动形成电流的载流子受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累， 在、间产生霍尔电压 .半导体的载流子有自由电子和空穴（相当于正电荷）两种类型.下列 说法正确的是( ) C A.若该半导体是空穴导电，则侧的电势低于 侧的电势 B.若只增大半导体薄片的厚度，则霍尔电压 将增大 C.若只增大磁场的磁感应强度，则霍尔电压 将增大 D.若只增大电流，则霍尔电压 将减小 题型4 霍尔元件 16 解析 若该半导体是空穴导电,即相当于正电荷导电,根据左手定则可知,正电荷在洛伦兹力作用下 向侧聚集,可知侧电势高于侧电势,故A错误；由于、 间产生电场,稳定时载流子受到的电 场力与洛伦兹力平衡,设、间距离为,霍尔元件长为,有 ,设薄片单位体积内载 流子的数目为,根据电流的微观定义式有,解得 ,可知若增大半导体薄片 的厚度,则霍尔电压将减小,故B错误；若只增大磁感应强度,则霍尔电压 将增大,故C正确； 若只增大电流,则霍尔电压 将增大,故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.［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 题型4 霍尔元件 19 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. 题型4 霍尔元件 20 $$