第1章 专题提升课3 磁偏转在现代科技中的应用-课后达标检测-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册教用课件(人教版)

专题提升课3　课后达标检测 1．(2024·河北张家口联考)如图所示的是一种污水流量计原理简化模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，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，空间有垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，关于M、N两端的电势差UMN，下列说法正确的是(　　)   A．稳定状态下UMN为正值 B．稳定状态下，直径d不影响UMN的值 C．稳定状态下，磁感应强度B越大， UMN越小 D．稳定状态下，流量越大，UMN越大 3 4 5 6 7 8 9 10 2 1 √ 课后达标检测 解析：带电粒子进入磁场后受到洛伦兹力作用，根据左手定则可知，正粒子受到的洛伦兹力向下，负粒子受到的洛伦兹力向上，M点的电势低于N点的电势，UMN为负值，故A错误； 3 4 5 6 7 8 9 10 2 1 稳定状态下，磁感应强度B越大， UMN越大，故C错误； 稳定状态下，由Q＝vS可知，流量越大，速度越大，UMN越大，故D正确。 课后达标检测 2．磁流体发电机的原理如图所示。将一束等离子体连续以速度v垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，可在相距为d、正对面积为S的两平行金属板间产生电压。现把上、下板和电阻R连接，上、下板等效为直流电源的两极。等离子体稳定时在两极板间均匀分布，电阻率为ρ，回路中有稳定的电流。忽略边缘效应及离子所受的重力，下列说法正确的是(　　)  A．上板A为正极，下板B为负极 B．稳定时，A、B两板间电压U＝Bdv C．把电阻R更换为阻值更大的电阻，稳定时，A、B两板间电压变大，且U<Bdv D．稳定时，发电系统提供的能量全部转化为电阻R的内能(焦耳热) 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 √ 课后达标检测 解析：根据左手定则，正离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子将打在下板B上，负离子将打在上板A上，所以上板A为负极，下板B为正极，故A错误； 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 A、B两板间的电压与电阻R无关，故C错误； 稳定时，发电系统提供的能量转化为电阻R的内能和发电机内部损耗的能量，故D错误。 课后达标检测 3．(2024·江苏南通统考期末)磁流体发电机原理如图所示，等离子体高速喷射到加有匀强磁场的管道内，正、负离子在洛伦兹力作用下分别向A、B两金属板偏转，形成直流电源对外供电，则(　　)   A．仅减小负载的阻值，发电机两端的电压增大 B．仅增强磁感应强度，发电机两端的电压减小 C．仅增大两板间的距离，发电机的电动势减小 D．仅增大磁流体的喷射速度，发电机的电动势增大 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 √ 课后达标检测 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 课后达标检测 3 5 6 7 8 1 9 10 2 4 √ 课后达标检测 解析：根据左手定则，正离子受到竖直向下的洛伦兹力而聚集在N一侧，负离子受到竖直向上的洛伦兹力而聚集在M一侧，则M点的电势低于N点的电势，故A、B、C错误； 3 5 6 7 8 1 9 10 2 4 课后达标检测 5.流量计的测量管是如图所示的长方体，长、宽、高分别 为a、b、c，左、右两端开口，测量管上、下面是金属材 料，前、后面是绝缘材料。现于流量计处加垂直于前、后 面向里的匀强磁场，当污水充满测量管且从左向右流过该 测量管时，上、下面间电压用U表示，流量计显示的污水流量用Q表示(Q＝vS，其中Q为单位时间内排出的污水体积，v为污水流速，S为管道横截面积)，则(　　) A．只有当污水中正离子浓度高于负离子浓度时，上表面电势才高于下表面电势 B．污水中离子浓度越高，上、下面间电压U越大 C．污水流速正比于测量管横截面积大小 D．测量管上、下面间电压U大小正比于污水流量Q 3 4 6 7 8 1 9 10 2 5 √ 课后达标检测 解析：当污水充满测量管且从左向右流过该测量管时，根据左手定则，可知正离子向上偏转，所以上板带正电，下板带负电，上表面电势高于下表面电势，与离子浓度无关，A错误； 3 4 6 7 8 1 9 10 2 5 当流量一定时，污水流速反比于测量管横截面积大小，C错误； 课后达标检测 6．(多选)一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于电源，A、B就是电源的两极，则下列说法正确的是(　　)   A．用电器中的电流方向从C到D B．带负电的粒子受洛伦兹力向上 C．若只增强磁场，发电机的电动势将增大 D．若将发电机与用电器断开，A板积累的电荷会一直增多 3 4 5 7 8 1 9 10 2 6 √ √ 课后达标检测 解析：根据左手定则可知，正离子受向上的洛伦兹力偏向A板，负离子受向下的洛伦兹力偏向B板，则形成的电流从C到D，A正确，B错误； 3 4 5 7 8 1 9 10 2 6 若将发电机与用电器断开，两板间电势差等于Bdv时达到稳定状态，此后A板积累的电荷不再增加，D错误。 课后达标检测 7.(2024·江苏南通统考)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。如图所示的是霍尔元件的工作原理示意图，匀强磁场垂直于元件的表面向下，该霍尔元件中的载流子是自由电子，C、D为左、右两侧面。 现霍尔元件中通入图示方向的电流，则(　　) A．霍尔元件中电子定向移动时受到指向右侧面的洛伦兹力 B．霍尔元件左侧面的电势低于右侧面的电势 C．若霍尔元件的左、右两侧面间的距离越大，左、右两 侧面间的电势差UCD越大 D．若霍尔元件的上、下表面间的距离越大，左、右两侧面间的电势差UCD越大 3 4 5 6 8 1 9 10 2 7 √ 课后达标检测 解析：根据左手定则可以判断，霍尔元件中电子定向移动时受到指向左侧面的洛伦兹力，故A错误； 电子向左侧面偏转，左侧面的电势低于右侧面的电势，故B正确； 3 4 5 6 8 1 9 10 2 7 课后达标检测 3 4 5 6 8 1 9 10 2 7 课后达标检测 8．(2024·黑龙江高二联考期末)如图甲所示，笔记本电脑机身和显示屏分别装有霍尔元件和磁体，实现开屏变亮，合屏熄灭。如图乙所示为霍尔元件，其长、宽、高分别为a、b、c，元件中的导电粒子为自由电子，打开和合上显示屏时，霍尔元件中电流保持不变，当合上显示屏时，水平放置的霍尔元件处于竖直向下的匀强磁场中，前、后表面间产生电压，当电压达到某一临界值时，屏幕自动熄灭。下列说法正确的是(　　)   A．开、合屏时，前、后表面间的电压U与c成正比 B．开屏过程中，元件前、后表面间的电压变大 C．合屏过程中，前表面的电势比后表面的高 D．若磁场变强，可能出现闭合屏幕时无法熄屏 3 4 5 6 7 1 9 10 2 8 √ 课后达标检测 开屏过程中，穿过霍尔元件竖直方向的磁场减弱，则元件前、后表面间的电压变小，故B错误； 由题图乙可知，电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则可知，电子所受洛伦兹力方向向里，则后表面积累了电子，前表面的电势比后表面的电势高，故C正确； 若磁场变强，元件前、后表面间的电压变大，闭合屏幕时仍然能熄屏，故D错误。 3 4 5 6 7 1 9 10 2 8 课后达标检测 9.(2024·江苏连云港统考期中)如图所示的是利用霍尔元 件制成的磁传感器。已知该长方体金属导体宽为d，高 为h，上、下表面接线柱M、N连线与导体竖直边平行， 上表面过M点的水平虚线与导体水平边平行，当导体通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，下列说法正确的是(　　) A．电压表a端接“＋”接线柱 B．为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度d C．将电压的表盘改装为磁传感器的表盘，则刻度线不均匀 D．若上表面接线柱M沿虚线向右移动少许，则电压表示数不变 3 4 5 6 7 8 1 10 2 9 √ 课后达标检测 解析：金属导体中载流子为自由电子，其定向移动方向与电流方向相反，根据左手定则可知电子将向上表面偏转，所以电压表a端接“－”接线柱，故A错误； 3 4 5 6 7 8 1 10 2 9 课后达标检测 在电源之外的电路中沿电流方向电势降低，若上表面接线柱沿虚线向右移动少许，则N、M在沿电流方向也会存在电势差，且N点电势高于M点电势，所以电压表示数会变大，故D错误。 3 4 5 6 7 8 1 10 2 9 课后达标检测 10.(2024·江苏镇江统考期中)一种用磁流体发电的装置如图所示，间距为d的平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B，将一束等离子体(大量质量为m，带电荷量为e的正、负带电粒子)由静止通过电压为U的电场加速后沿垂直于B的方向喷入磁场，A、B两板间便产生电压。如果把A、B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极，不计A、B板间等离子体的电阻，求： 3 4 5 6 7 8 1 9 2 10 课后达标检测 (1)等离子体喷入磁场时的速度v； 3 4 5 6 7 8 1 9 2 10 课后达标检测 (2)稳定时A、B板间的电势差UAB。 3 4 5 6 7 8 1 9 2 10 课后达标检测 稳定状态下有qvB＝q eq \f(UMN,d) ，解得UMN＝Bvd，直径d影响UMN的值，故B错误； 稳定时，离子所受电场力与洛伦兹力平衡，即qvB＝Eq＝ eq \f(U,d) q，所以U＝Bdv，故B正确； 根据闭合电路欧姆定律，知发电机两端的电压U＝ eq \f(R,R＋r) E＝ eq \f(R,R＋r) ·Bvd，可知仅减小负载的阻值，发电机两端的电压减小，仅增强磁感应强度，发电机两端的电压增大，故A、B错误。 解析：在磁流体发电机中，电荷最终所受电场力与洛伦兹力平衡，设发动机的电动势为E，两金属板间的距离为d，由平衡条件有qvB＝q eq \f(E,d) ，解得发电机的电动势E＝Bvd，仅增大两板间的距离，发电机的电动势增大，仅增大磁流体的喷射速度，发电机的电动势增大，故C错误，D正确； 4.血流计原理可以简化为如图所示模型，血液内含有少量正、负离子，从直径为d的血管右侧流入，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。空间有垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，M、N两点之间可以用电极测出电压U。下列说法正确的是(　　) A．离子所受洛伦兹力方向由M指向N B．血液中正离子多时，M点的电势高于N点的电势 C．血液中负离子多时，M点的电势高于N点的电势 D．血液流量Q＝ eq \f(πUd,4B) 正负离子达到稳定状态时，由qvB＝q eq \f(U,d) 可得流速v＝ eq \f(U,Bd) ，流量Q＝Sv＝ eq \f(πd2,4) · eq \f(U,Bd) ＝ eq \f(πUd,4B) ，故D正确。 电压U＝cvB＝cB eq \f(Q,S) ，所以电压U大小正比于污水流量Q，D正确。 当离子受力平衡时有Eq＝ eq \f(U,c) q＝qvB，得U＝cvB，电压U与污水中离子浓度无关，B错误； 当达到平衡时有 eq \f(E,d) q＝qvB，解得电动势E＝Bdv，则若只增强磁场，发电机的电动势将增大，C正确； 随着电子在极板上不断积累，两板间形成的电势差逐渐变大，则电子所受电场力逐渐增大，当电子所受电场力与磁场力相等时达到平衡，此时两板间的电势UCD稳定不变，设C、D间的距离为a，上、下表面间的距离为b，则根据 eq \f(eUCD,a) ＝Bev，I＝neabv，整理得UCD＝ eq \f(BI,neb) ，霍尔元件的左、右两侧面间的电势差大小与左、右两侧面间的距离无关，霍尔元件的上、下表面间的距离越大，左、右两侧面间的电势差越小，故C、D错误。 解析：由电子受力平衡可得e· eq \f(U,b) ＝evB，而I＝neSv＝nebcv，联立解得U＝ eq \f(BI,ne) · eq \f(1,c) ，故开、合屏过程中，前、后表面间的电压U与c成反比，故A错误； 当M、N间的电压为U时，根据电场力和洛伦兹力的等量关系可得eE＝ eq \f(eU,h) ＝evB，根据电流的微观表达式有I＝nedhv，解得U＝ eq \f(BI,ned) ，所以电压U与B成正比例关系，而电压表盘上电压刻度线均匀，所以由电压表盘改装的磁传感器的表盘的刻度线均匀，故C错误； 磁传感器的灵敏度即U随B的变化量，为 eq \f(ΔU,ΔB) ＝ eq \f(I,ned) ，为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度d，故B正确； 答案： eq \r(\f(2Ue,m)) 　 解析：由动能定理得Ue＝ eq \f(1,2) mv2 解得v＝ eq \r(\f(2Ue,m)) 。 答案：－Bd eq \r(\f(2Ue,m)) 解析：带电粒子所受电场力F＝ eq \f(U′,d) e 带电粒子所受洛伦兹力F′＝evB 由平衡条件得 eq \f(U′,d) e＝evB 得U′＝Bd eq \r(\f(2Ue,m)) 由左手定则知正离子向B板偏转，负离子向A板偏转，故UAB＝－Bd eq \r(\f(2Ue,m)) 。 $