1.2.2 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

该高中物理课件聚焦洛伦兹力与现代科技应用，涵盖显像管、速度选择器、磁流体发电机等核心内容，通过电视机显像管等生活实例导入，衔接洛伦兹力的方向和大小知识，搭建从理论到实际应用的学习支架。 其亮点在于结合科学推理（如推导速度选择器v=E/B、磁流体发电机U=Bdv）和科学探究（如显像管磁场方向问题讨论），强化运动与相互作用观念。丰富例题与结构化小结助力学生理论联系实际，提升解决问题能力，也为教师提供清晰教学脉络和实用教学资源。

1.2 .2专题：洛伦兹力与现代科技 第一章 安培力与洛伦兹力 左手定则： 磁感线穿手心，四指正电荷运动方向，大拇指洛伦兹力方向 当v⊥B时，F＝qvB，洛伦兹力最大 F⊥B，F⊥v，但B与v不一定垂直 洛伦兹力的方向 洛伦兹力：运动电荷在磁场中受到的力 安培力与洛伦兹力的联系与区别 磁场对运动电荷的作用力 洛伦兹力的大小 当v∥B时，F＝0，不受洛伦兹力 当v与B成θ角时，F＝qvBsin θ 带电体在洛伦兹力作用下的运动 复习巩固 1.知道显像管、速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理(重点)。 2.学会应用它们的工作原理来解决实际问题(难点)。 素养目标 电视机是一种必备的家用电器，电视机显像原理是电子流撞击荧光屏，使之发亮而产生图像，请欣赏电视机显像管结构及显像管原理示意图。 电视机显像管结构 显像管原理示意图 1、结构： 主要由电子枪、偏转线圈、荧光屏三部分组成 一、显像管 图为显像管原理示意图，从图中可以看出，没有磁场时电子束打在荧光屏正中的O点。为使电子束偏转，由安装在管颈的偏转线圈产生偏转磁场。 垂直纸面向外　 (2)要使电子束打在B点，磁场沿什么方向？ 垂直纸面向里　 (3)如果要使电子束在荧光屏上的位置由B点 逐渐向A点移动，偏转磁场应该怎样变化？ 先垂直纸面向里并逐渐减小至零， 后垂直纸面向外并逐渐增大　 (1)要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏上的A点，偏转磁场应该沿什么方向？ 电视机显像管中的电子只是细细的一束，为什么能使整个屏幕发光？ 一、显像管 3、扫描： 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍叫一场， 电视机中的显像管每秒要进行50场扫描。 电视显像管 2、原理：电子束磁偏转 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，方向、强弱都在不断变化，使电子束打在荧光屏上的光点不断移动 一、显像管 1、如图所示，在探究洛伦兹力方向实验中，阴极射线管电子枪发出的电子束打在荧光屏正中央形成一个亮斑。通过施加不同匀强磁 场改变荧光屏上亮斑的位置，来判断电子受洛伦兹力的方向，从荧光屏正前方观察，下列磁场方向和对应亮斑的位置正确的是（ ） C 例题精选 速度选择器是近代物理学研究中常用的一种实验工具，其功能是可以选择某种速度的带电粒子。如图，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，两者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力。 1.带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 ，即v＝__。 qE＝qvB 2.速度选择器中偏转情况： (1)当v>时，粒子向 (填“F洛”或“F电”)方向偏转， F电做 功，粒子的动能 ，电势能 。 (2)当v<时，粒子向 (填“F洛”或“F电”)方向偏转， F电做 功，粒子的动能 ，电势能 。 F洛 负 减小 增大 F电 正 减小 增大 二、速度选择器 思考与讨论 （1）某粒子在速度选择器中匀速运动，若只改变其电性或电荷量，粒子能否匀速通过？ 粒子仍能匀速通过。由v＝知速度选择器只对选择的粒子速度有要求，而对粒子的电性及电荷量无要求。 （2）让带电粒子从另一端射入，粒子能否匀速通过？ 不能。此时，洛伦兹力和静电力同向，因此速度选择器只能单向选择。 3特点：速度选择器只能选择速度，不能选择电性、电荷量，且具有单向选择性。 二、速度选择器 2、芯片制造过程中的重要工序之一是离子注入，速度选择器是离子注入机的重要组成部分。将速度选择器模型简化为如图所示，两平行金属板P、Q间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一比荷为、带正电的粒子从M点沿MN方向以速度v0射入两金属板之间，恰好能沿直线运动到N点，不计粒子的重力。则（ ） A.若仅撤掉磁场，粒子运动轨迹仍为直线 B.若仅撤掉电场，粒子将向P极板偏转 C.若仅增大入射速度，粒子运动轨迹仍为直线 D.若仅增大比荷，粒子将向Q极板偏转 B 例题精选 磁流体发电机的发电原理图如图甲所示，其平面示意图如图乙所示。 将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)以速度v喷入磁场，磁场的磁感应强度为B，极板间距离为d，开关断开，喷入磁场的带电粒子在洛伦兹力作用下，带正电粒子打在 板上，带负电的粒子打在 板上，这样A、B板间会形成竖直 的电场，当带电粒子受到的洛伦兹力大小等于静电力时(重力不计)，极板间电压稳定，设为U，根据qvB＝qE＝，得U＝ 。上极板是电源的 极。 A B 向下 Bdv 正 说明：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 三、磁流体发动机 3、(多选)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 CD 例题精选 如图甲、乙所示是电磁流量计的示意图。 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_____________，所以v＝_____，又圆管的横截面积S＝πD2，故流量Q＝Sv＝_____。 qvB＝qE＝q 四、电磁流量计 4、(多选)(2025·惠州市高二期末)某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置的管道由绝缘材料制成，其长、宽、高分别为a、b、c，流量计左右两端开口。方向向下的匀强磁场垂直于上下底面，磁感应强度大小为B，在前后两个面分别有金属板M、N作为电极。含有正、负离子的污水从左向右匀速流过流量计时，显示仪器显示流量为Q(单位时间内流过的液体体积)，则下列说法正确的是( ) A.N侧的电势比M侧的电势高 B.污水流过测量管的速度大小为 C.M、N两极之间产生的电动势为 D.污水中离子浓度越高，流量Q越大 AC 例题精选 如图所示的元件，宽度和厚度分别为h和d，放在沿－z方向的匀强磁场B中，当元件通有沿＋x方向的电流I时，在元件的上侧面和下侧面之间会产生电势差U。这种现象叫作霍尔效应，产生的电势差称为霍尔电压。已知该霍尔元件的载流子是电子，电荷量为e，单位体积中的自由电子数为n。 (1)达到稳定状态时，元件上侧面的电势　 　下侧面的电势。 低于 (2)达到稳定状态时，请证明：U＝。 答案　自由电子在洛伦兹力的作用下累积在元件的上侧面，下侧面感应出等量的正电荷，当上下侧面有稳定的电势差时，静电力和洛伦兹力平衡，则有eE ＝evB，上下侧面间的电场可视为匀强电场，故有E＝ 由电流的微观表达式，有I＝nevS＝nevhd，联立可得U＝ 五、霍尔元件 (3)由上问可知，在I、n、e、h一定的条件下，U与B成正比，由U的数值可以比较B的大小，因此可以用这种元件探测某空间磁场的磁感应强度。该元件摆放的方向对测量结果是否有影响？简要说明理由。 答案　用霍尔元件探测空间磁场时，元件的摆放方向对U有影响。因为洛伦兹力的大小与电子运动方向有关。若B的方向平行于I的方向，则U＝0；若B的方向与I的方向垂直，U值最大。所以使用时应该调整装置方向找到最大值U。 (4)若电流为正电荷定向移动形成的，上下侧面哪个面的电势高？ 答案　上侧面 五、霍尔元件 5、(多选)半导体内导电的粒子——“载流子”有两种：自由电子和空穴(空穴可视为能自由移动带正电的粒子)，以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体，以空穴导电为主的半导体叫P型半导体。如图为检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的原理图，图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品板放在沿y轴正方向的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时，会在与z轴垂直的两个侧面之间产生霍尔电势差UH，下列说法中正确的是（ ） A.如果上表面电势高，则该半导体为P型半导体 B.如果上表面电势高，则该半导体为N型半导体 C.材料内部单位体积内“载流子”数目越多，UH越大 D.半导体样品板的厚度c越小，UH越大 AD 例题精选 速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计 霍尔元件 若qv0B=Eq,即 v0= ,粒子做匀速直线运动 等离子体射入,受洛伦兹力偏转,使两极板分别带正、负电,A、B两极板间电压为U时稳定, q=qvB,U=Bdv 当q=qvB时, 有v= , 流量Q=Sv= 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。U＝ 课堂小结 $