第1章 专题强化 2 洛伦兹力与现代科技-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

探究点2洛伦兹力的大小 要点归纳 1.(1)垂直qmB(3)磁场quBsin0 判断正误 (1)×(2)V 例2：AD图(1)中电荷的运动方向与磁场方向垂直，根据左手 定则可知洛伦兹力方向垂直于运动方向斜向左上方，大小为 wB,故A正确：图(2)中为负电荷，根据左手定则，四指指向 负电荷定向移动的反方向，故其受力方向垂直于运动方向斜 向左上方，大小为gB,故B错误：图(3)中速度方向与磁场方 向平行，不受洛伦兹力，故C错误；图(4)中将速度分解为水 平方向和竖直方向，则所受洛伦兹力大小为mBcos60°=B, 2, 方向垂直纸面向里。 跟踪训练2：C带电粒子的速度方向与磁感线方向垂直时，洛 伦兹力F=qB,与电荷量成正比，与质量无关，C项正确。 探究点3电子束的磁偏转 1.电子枪偏转线圈荧光屏 2.(1)高速电子(2)偏转 3.不断变化50 判断正误 (1)×(2)V 例3：B根据题意，如果没有其他力的作用，电子将打到屏幕中 心M点，为使屏幕上出现一条以M点为中点的亮线PQ,电子 既要能向上偏转，又要能向下偏转，实现来回扫描，必须加方 向周期性改变的偏转磁场，而且电子的偏转距离在周期性变 化，因此磁感应强度的大小也随时间周期性变化，故B正确。 跟踪训练3：D电子向上偏，根据左手定则可知，阴影区域所加 磁场的方向垂直于纸面向外，故选D。 素养能力提升 例4：见解析 解析：小球沿杆滑动，受重力mg、摩擦力、弹力及垂直杆向上 的洛伦兹力F,当摩擦力为0时加速度最大，如图甲所示，此 时弹力和摩擦力都为0，则mgcos6=quB,最大加速度a= gsin0=10×0.6m/s2=6m/s2。 当下滑的速度足够大时，洛伦兹力较大，弹力垂直杆向下，如 图乙所示，沿杆方向受力平衡时，小球的速度达到最大值，小 球做匀速直线运动，此时沿杆方向有ngsin0=uF、,垂直杆方 向有qwB=mgcos0+FN,联立两式解得最大速度v=9.2m/s。 F F ×...×..X.×↓0x.X×.×.×..0x2× 甲 例5：A由于洛伦兹力不做功，无论小球带正电还是负电，均可 由机械能守恒定律得mgL(1-osa)=?m2,解得U= √2gL(1-cosa)=√2gL,故A正确，B、D错误；小球在最低 2 点时，由牛顿第二定律可得F-mg-gwB=m ,解得F 3mg,故C错误。 2 专题强化2洛伦兹力与现代科技 提升点1速度选择器 例1：BC质子从左边水平飞入该区域，受到向下的电场力和向 上的洛伦兹力作用，因恰能沿直线从右边水平飞出，故电场力 和洛伦兹力平衡，即5=B,解得：=台若一电子以速率： 从左向右飞人该区域，电场力和洛伦兹力的方向均反向，所以 电子将沿直线运动，A、D错误，B、C正确。 提升点2霍尔元件 例2：C根据左手定则知，自由电子向上偏转，则上表面带负电， 下表面带正电，下表面的电势高于上表面，故A项错误；根据 B=e名，解得U=Bh,根据电流的微观表达式知1=nedh 故Uh=侣仅塔大么时，上，下表面的电势差不变，故 B项错误；仅增大d时，上、下表面的电势差减小，故C项正 确：仅增大电流I时，上、下表面的电势差增大，故D项错误。 提升点3电磁流量计 例3：AD正、负离子从左向右移动，受到洛伦兹力，根据左手定 则可知，正离子向a侧偏转，负离子向c侧偏转，则a侧电势 比c侧电势高，电势的高低与哪种离子多少无关，选项A正 确，B错误；最终稳定时，离子所受洛伦兹力和静电力平衡，有 qB=名，可得U=B0D,知a,c两端电压0与#成正比.与离 子法度无关，选项C错误：污水流量Q=50=子D×品 ,可知污水流量Q与U成正比，与L无关，选项D正确。 提升点4磁流体发电机 例4：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；蓝流体发电机的等效内阻为r=p名=31，离子在发电 通道中匀速运动时，由g。=B,可得磁流体发电机的电动 E= 势为E=Bm=1200V,则流过电阻的电流为I=R+, 100A,则理想电压表的示数为U=R=900V,故C、D正确。 3.带电粒子在匀强磁场中的运动 探究点1带电粒子在匀强磁场中的运动规律 1.(1)0匀速直线运动(2)垂直大小方向匀速圆周 运动 211B=m,（2r=B②7==0 判断正误 (1)×(2)×(3)V(4)×(5)×017 专题强化2 洛伦兹力与现代科技 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔 物理观念 (1)速度选择器的工作原理 元件的工作原理。 (2)霍尔现象和霍尔电压 (3)电磁流量计的工作原理 科学态度 能应用速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍 (4)磁流体发电机正、负极的判 与责任 尔元件的工作原理解决实际问题。 断和电动势的计算 提升点1速度选择器 1.装置及要求 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。 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5=9B,得。=号。 3.特点 ()速度选择器选择的速度大小：-片，面对粒了的质量、电荷量大小及带电正、负无要求。 1当>台时，粒子向F%方向偏转，P做负功，粒子的动能减小，电势能增大。 山.当<马时，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。 B (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。 例1：（多选）(2025·山东潍坊月考)如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B, xx米xxB 方向垂直纸面向里，匀强电场的电场强度为E,方向竖直向下，有一质子®×x.￥X× (重力不计)恰能以速率v从左向右沿直线水平飞越此区域。下列说法正××米×× 确的是 ()×'Ex A.若一电子以速率v从左向右飞入，则该电子将向上偏转 B.若一电子以速率v从左向右飞入，则该电子将沿直线运动 C该质了通过此区城的速度？=骨 D,该质子通过此区域的速度台 018 提升点2霍尔元件 1.霍尔效应：1879年美国物理学家E.H.霍尔观察到，在匀强磁 场中放置一个矩形截面的载流导体如图甲所示，当磁场方向与电流 5 +++ 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 E 差。这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍 尔电压。 B a 2.电势高低的判断：如图乙，导体中的电流1向右时，如果是正 甲：霍尔效应的原理 电荷导电，根据左手定则可得，上表面A的电势高，如果导体中是负 电荷导电，根据左手定则可得下表面A'的电势高。 B 3.霍尔电压的计算：导体中的自由电荷在洛伦兹力作用下偏转，A、A'间出 势差，当自由电荷所受静电力和洛伦滋力平衡时，AA'间的电势差(0)就生 保持稳定，设导体中单位体积中的自南电荷数为，由B=9片，1=5，S= d,联立得U=B以=k以，k=称为霍尔系数。 ngd d ng 例2：如图所示，厚度为h,宽度为d的金属导体，当磁场方向与电流方向垂直 B 时，在导体上、下表面会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。下列说法 正确的是 A.上表面的电势高于下表面的电势 B.仅增大h时，上、下表面的电势差增大 C.仅增大d时，上、下表面的电势差减小 D.仅增大电流I时，上、下表面的电势差减小 提升点3电磁流量计 1.作用：测量管道内带电液体的流量。 2.构成：如图甲、乙所示是电磁流量计的示意图。 3.原理：如上图所示，导电液体在管中向左流动，液 d 体中的自由电荷（正、负离子，不计重力）在洛伦兹力的 作用下纵向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由 从圆管的侧面看对着液体流来的方向看 电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差 甲 乙 就保持稳定，即B=R=号所以e=品因此液体流量0== .U_πdU 4Bd=4B 例3：（多选）某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管 ,显示仪器 由绝缘材料制成，水平放置，其长为L,直径为D,左右两端开口，匀 强磁场方向竖直向下大小为B,在前后两个内侧面α、c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，、c两端电压液体入口 为U,显示仪器显示污水流量为Q(数值上等于单位时间内排出的 污水体积)。则下列说法正确的是 A.a侧电势比c侧电势高 B.若污水中正离子较多，则a侧电势比c侧电势高；若污水中负离子较多，则a侧电势比c侧 电势低 C.污水中离子浓度越高，a、c两端的电压U将越大 D.污水流量Q与U成正比，与L无关 ●019 提升点4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。 M 等离子体 甲 设带电粒子的运动速度为v,带电荷量为9，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F。=F,有mB=gE=兴，得0=B。 2.电源的电动势 [规律方法]磁流体 (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 发电机问题的解题 发电机的电动势为E=U=Bdw。 技巧 (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 (1)根据左手定则判 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 断正离子偏转方向， 负极。 找出电源的正、 3.电源的内阻：r=p d 负极。 (2)根据洛伦兹力和 4.当S接通时，R中的电流I= 静电力平衡列出 R+rR+PS d RS+pd 方程。 (3)结合闭合电路的 例4：（多选)（2025·广东两阳中学月考)在磁流体 欧姆定律求出未 发电机燃烧室产生的高温燃气中加入钠盐， 知量。 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=1000ms,发电通道处在磁感应强度大小 )发电通道 为B=6T的匀强磁场中，发电通道的截面是燃烧室 边长为a=20cm的正方形，长为d=号m,其内导电离子可视为均匀分布， 等效电阻率为p=22·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 洛伦兹力时刻和速度方向垂直，（) A.电阻R中的电流方向为从Q到P一定不做功 B.洛伦滋力对高温离子做了正功 电压表的示数为路端电压 C.磁流体发电机的电动势为1200V U=R,I=R+r,=P品 D.当外接电阻为R=92时，理想电压表的示数为900V 由左手定则可知，发电通道上表面带正电，下 S断开，带电粒子不偏转时，上、下 表面帝负电，上表面相当于电源正极，下表面 两表面之间的电势差，即为电动势 相当于电源负极，R中电流方向应由P到Q E',qvB=Eq,E'=Ea,E'=Bva P[规律方法] 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[4]