第一章 专题强化2 洛伦兹力与现代科技-（配套练习）【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

专题强化2　洛伦兹力与现代科技 1.知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计的工作原理。 2.学会应用有关原理解决实际问题。 强化点一　速度选择器 　如图所示，空间存在互相垂直的匀强磁场B和匀强电场，一束具有不同速率的带正电荷的粒子沿水平方向进入电场和磁场所在空间，粒子的重力忽略不计。 活动1.要使带正电的粒子能够沿直线匀速通过此区域，其受力需要满足什么条件？速度大小需要满足什么条件？ 活动2.满足活动1中的速度条件下，若只改变带电粒子的电性或电荷量，粒子能否匀速通过？ 活动3.满足活动1中的速度大小的条件下，让带电粒子从右端射入，粒子能否匀速通过？ 1.速度选择器构造：如图所示，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.工作原理：带电粒子沿虚线做匀速直线运动时，受到的静电力和洛伦兹力大小相等，方向相反，有qE＝qvB，可得v＝。 3.特点：（1）速度选择器选择的速度大小v＝ ①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。 ②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。 （2）速度选择器选择的速度方向：只能选择单一速度方向，若粒子从另一方向射入，则不能沿着直线穿出速度选择器。 （3）速度选择器无法选择：粒子的质量、电性正负、电荷量大小。 【例1】 速度选择器由两块平行金属板构成，工作时在两板上加一定电压，同时在两板间垂直于电场方向上加一匀强磁场。通过电场和磁场的联合作用，从各种速率的带电粒子中选择出具有一定速率的粒子。已知所加的电压为U，磁感应强度为B，板间距为d，板的长度为L。下列说法正确的是（　　） A.两板间的匀强电场的场强E＝ B.筛选出的运动粒子的速率v＝ C.只能筛选特定速率的正粒子，不能筛选特定速率的负粒子 D.筛选出的粒子沿PQ做匀加速直线运动 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 强化点二　磁流体发电机 1.结构及原理：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，M、N极板间距离为d，极板间电压为U，当粒子（不计重力）匀速直线通过时，根据FB＝FE，有qvB＝qE＝，可得U＝Bdv。 2.电源的电动势 （1）大小：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＝U＝Bdv。 （2）正、负极的判断：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。 3.电源的内阻：r＝ρ。 【例2】 〔多选〕（2025·四川德阳期末）在磁流体发电机燃烧室产生的高温燃气中加入钠盐，电离后的钠盐经喷管加速被高速喷入发电通道，如图所示。若喷入发电通道的离子速度v＝1 000 m/s，发电通道处在磁感应强度大小为B＝6 T的匀强磁场中，发电通道的截面是边长为a＝20 cm的正方形，长为d＝ m，其内导电离子可视为均匀分布，等效电阻率为ρ＝2 Ω·m，在PQ段接上阻值为R的电阻，忽略边缘效应，则下列说法正确的是（　　） A.电阻R中的电流方向为从Q到P B.洛伦兹力对高温离子做了正功 C.磁流体发电机的电动势为1 200 V D.当外接电阻为R＝9 Ω时，理想电压表的示数为900 V 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 强化点三　电磁流量计 1.作用：测量管道内带电液体的流量。 2.构造：图甲、乙是电磁流量计的示意图。 3.原理：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qvB＝qE＝q，所以v＝，又圆管的横截面积S＝πD2，故流量Q＝Sv＝。 【例3】 〔多选〕（2025·山东省淄博市高二下学期期末）为了无损测量有污染废弃导电液体的流量，常用到一种电磁流量计，如图甲所示。其原理可以简化为如图乙所示模型：液体从管右侧流入，左侧流出，流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。已知管的直径为d，匀强磁场垂直纸面向外，磁感应强度为B，管中各处液体的流速均相同，测出管壁上M、N两点的电势差为U，下列说法正确的是（　　） A.M点的电势高于N点的电势 B.稳定后液体的流速v＝ C.电磁流量计也可以用于测量不导电的液体的流速 D.液体流量Q＝ 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：完成课后作业　第一章　专题强化2 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题强化2　洛伦兹力与现代科技 强化点一 问题探究 　提示：1.条件：qE＝qvB，即v＝。 2.粒子仍能匀速通过，与粒子的电性及电荷量无关。 3.不能。此时，洛伦兹力和电场力同向，粒子不能做直线运动。 专题强化2　洛伦兹力与现代科技 强化点一 【例1】　B　两板间的匀强电场的电场强度E＝，故A错误；筛选出的运动粒子受力平衡，有qvB＝qE，筛选出的运动粒子的速率v＝，故B正确；不管是正粒子还是负粒子，只要粒子满足特定速率，粒子受到的静电力就与受到的洛伦兹力二力平衡，粒子沿PQ做匀速直线运动，故C、D错误。 强化点二 【例2】　CD　根据左手定则可知，高温正离子受到向上的洛伦兹力作用向上偏转，负离子受到向下的洛伦兹力作用向下偏转，故上极板为正极，下极板为负极，因此电阻R中的电流方向为从P到Q，故A错误；洛伦兹力方向始终与速度方向垂直，只改变速度的方向，不改变速度的大小，洛伦兹力永不做功，故B错误；磁流体发电机的等效内阻为r＝ρ＝3 Ω，离子在发电通道中匀速运动时，由q＝qvB，可得磁流体发电机的电动势为E＝Bva＝1 200 V，则流过电阻的电流为I＝＝100 A，则理想电压表的示数为U＝IR＝900 V，故C、D正确。 强化点三 【例3】　AD　根据左手定则可知正电荷向M聚集，负电荷向N聚集，则M点的电势高于N点的电势，故A正确；稳定后，静电力等于洛伦兹力，有q＝qvB，可得v＝，故B错误；不导电的液体里面没有自由移动的带电粒子，所以电磁流量计不可以用于测量不导电的液体的流速，故C错误；液体流量Q＝Sv＝π·×＝，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $