专题 洛伦兹力与现代科技 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

——博学省己 知明笃行 —— 专题2 洛伦兹力与现代科技 速度选择器 qE 应用:选择特定速度粒子 构造 － ＋ × × × × × × × × × × × × × × × B E 粒子要从另一侧出去，必须做直线运动 必须沿着 等势面前进 电场力不做功 洛伦兹力不做功 带电粒子做 匀速直线运动 qvB v + 粒子运动性质分析 平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直。 速度选择器 qE － ＋ × × × × × × × × × × × × × × × B E qvB v + 粒子上偏 粒子下偏 ⑴ 粒子匀速直线运动 ⑵q为负电荷，则情况如何？若+q从右侧垂直叠加场射入呢？ － ＋ × × × × × × × × × × × × × × × B E v - 速度选择器 结论：只可左侧进入，不仅选择速度大小，还选择速度方向； 不选电性（正负）和电量、质量。 速度选择器 　(2024·芜湖市高二期末)芯片制造中的重要工序之一是离子注入，速度选择器是离子注入的重要组成部分。如图所示，从左侧离子源发射出速度不同的各种离子，仅有部分离子沿平行于纸面的水平直线穿过速度选择器右侧挡板上的小孔(挡板未画出)。已知速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E、方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B，速度选择器置于真空中，不计离子受到的重力和离子间的相互作用。下列说法正确的是 A.速度选择器只能筛选正电荷，不能筛选负电荷 B.筛选出的离子的速度大小一定为 C.筛选出的离子的比荷一定相同 D.只增大电场强度E，离子的动能一定增加 例1 √ 能沿平行于纸面的水平直线通过速度选择器的离子满足qvB=Eq，解得v=，与电性无关，与比荷无关，选项A、B、C错误； 若离子带正电，只增大电场强度E，离子受向下的静电力增加，离子向下偏转，静电力做正功，则离子的动能增加，若离子带负电，只增大电场强度E，离子受向上的静电力增加，离子向上偏转，静电力做正功，则离子的动能增加，选项D正确。 磁流体发电机 磁流体发电机装置图 磁流体发电机，是用导电流体与磁场相对运动而发电的一种设备。 将气体加热到使之电离后，由于正、负离子一样多，且带电荷量均为q，因而称为等离子体。 磁流体发电机 磁流体发电机 ⑵已知板间距离为d，磁感应强度为B，等离子体的速度v垂直射入磁场，则A、B间电动势是多少？ ⑴A、B板哪个是电源正极？ B板 R 电离的气体 + v – v F洛 F洛 E源＝U＝Bdv A B 磁流体发电机 　(2025·烟台高二期末)如图，中空长方体是边长为h、l、b的发电导管，前、后两个侧面是绝缘体，上、下两个侧面是电阻可以忽略的导体电极，通过导线与电容为C、板间距为d的平行板电容器连接，右侧通过开关S与阻值为R的负载连接。发电导管处于磁感应强度大小为B、方向与前、后平面垂直的匀强磁场中。当S断开时，有电阻率为ρ、电荷量绝对值相同的正、负离子组成的等离子束(不计重力)，始终沿着导管方 例2 向以恒定速率由左端连续射入，电路达到稳定后，电容器里一质量为m、电荷量为q的颗粒恰好静止在电容器中央，重力加速度为g， 下列说法正确的是 A.电容器中的颗粒带正电 B.等离子体的流速为 C.闭合开关S，电容器里的颗粒仍然悬停在电容器中 D.闭合开关S，稳定后流过电阻R的电流为 √ 根据左手定则可知，正离子向上运动，则电容器上极板带正电，颗粒受重力与向上的静电力相平衡，则颗粒带负电，故A错误； 对颗粒，根据受力平衡有mg=q，对发电导管有qvB=q，解得v=，故B正确； 闭合开关S，电容器的电势差等于电阻两端电压，即路端电压，可知此时U'<U，此时颗粒所受静电力减小，则电容器里的颗粒不会悬停在电容器中，故C错误； 闭合开关S，稳定后流过电阻R的电流为I=，根据电阻定律有r=ρ，解得I=，故D错误。 电磁流量计 （1）应用 （2）关联知识 测量高粘度及强腐蚀性流体的流量，它具有测量范围宽、反应快、易与其他自动控制装置配套等优点。 流量Q-单位时间内流过液体的体积 电磁流量计 用非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势U，就可以知道管中液体的流量Q。已知管的直径为D，磁感应强度为B，试推出Q与U的关系表达式。 流体为：导电液体 目的：测流量 　(2025·北京卷)电磁流量计可以测量导电液体的流量Q——单位时间内流过管道横截面的液体体积。如图所示，内壁光滑的薄圆管由非磁性导电材料制成，空间有垂直管道轴线向里的匀强磁场，磁感应强度为B。液体充满管道并以速度v沿轴线方向向左流动，圆管壁上的M、N两点连线为直径，且垂直于磁场方向，M、N两点的电势差为U0。下列说法错误的是 A.N点电势比M点高 B.U0正比于流量Q C.在流量Q一定时，管道半径越小，U0越小 D.若直径MN与磁场方向不垂直，测得的流量Q偏小 例3 √ 根据左手定则可知液体中正离子向下偏转，负离子向上偏转，故N点电势比M点高，故A正确； 设管道半径为r，稳定时，离子受到的洛伦兹力与电场力平衡有q=Bqv，同时有Q=Sv=πr2v，联立可得U0=，故U0正比于流量Q，流量Q一定时，管道半径越小，U0越大，故B正确，C错误； 若直径MN与磁场方向不垂直，则Q=，此时测得的流量Q偏小，故D正确。 霍尔元件 在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，如图所示，这一现象是美国物理学家霍耳发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳电势差或霍耳电压。 霍耳 霍尔元件 F洛=F静 Bev=Ee 得E=Bv 电势差：U=Eh=Bhv 又I=nqSv h 导体的横截面积：S=hd 得： 所以 其中 称为霍尔系数 h d 霍尔元件——把磁感应强度B这个磁学量转换为电压U这个电学量 分析两侧面产生电势高低时应特别注意霍尔元件的材料，若霍尔元件的材料是金属，则参与定向移动形成电流的是电子，偏转的也是电子；若霍尔元件的材料是半导体，则参与定向移动形成电流的可能是正“载流子”，此时偏转的是正电荷。 霍尔元件 　(2024·蚌埠市高二期末)利用霍尔元件可以测定地球赤道上方的地磁场强弱，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁场垂直于霍尔元件的工作面向上，通入图示方向的电流I，C、D两侧面间会产生电势差，该电势差大小叫霍尔电压。下列说法中正确的是 A.通电时间越长，霍尔电压越大 B.霍尔电压的大小仅与磁感应强度有关 C.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势φC>φD D.在霍尔元件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 例4 √ C、D间存在电势差，电子在静电力和洛伦兹力作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、c，有q=qvB，又I=nqvS=nqvbc，可得UCD=，故U与时间无关，与材料的高度c，磁感应强度B及电流I 有关，A、B错误； 根据左手定则，电子向D侧面偏转，D表面带负电，C表面带正电，所以C表面的电势高，即有φC>φD，C正确； 在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过，D错误。 1、复合场：一般是指电场、磁场和重力场并存，或其中两种场并存。 2、带电粒子在复合场中运动的分析方法和思路 （1）正确进行受力分析，除重力、弹力、摩擦力外要特别注意电场力和洛伦兹力的分析。 （2）确定带电粒子的运动状态，注意运动情况和受力情况的结合。 （3）当带电粒子在复合场中做匀速直线运动时，粒子受力必然平衡，由平衡条件列方程求解。 几种常见的复合场问题 3. 对带电粒子所受重力的分析情况 电子、质子、α粒子等一般不计重力，带电小球、尘埃、液滴等带电颗粒一般要考虑重力的作用。 4. 重力、电场力、洛伦兹力做功特点 重力、电场力做功与路径无关，洛伦兹力始终和运动方向垂直，永不做功。 洛伦兹力与电场力的比较 项目 洛伦兹力 电场力 性质 磁场对在其中运动的电荷的作用力 电场对放入其中电荷的作用力 产生条件 v≠0且v不与B平行 电场中无论电荷处于何种状态F≠0 大小 F＝qvB(v⊥B) F＝qE 方向 满足左手定则，F⊥B，F⊥v 正电荷受力方向与电场方向相同，负电荷受力方向与电场方向相反 做功情况 任何情况下都不做功 可能做正功、负功，也可能不做功 作用效果 只改变电荷运动的速度方向，不改变速度大小 既可以改变电荷运动的速度大小，也可以改变电荷运动的方向 $