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

§2 磁场对运动电荷的作用力 第一章 安培力与洛伦兹力 专题 洛伦兹力与现代科技 如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长为l的绝缘细线，一端固定于O点，另一端连一质量为m、带电荷量为+q的小球，将小球与细线拉至右侧与磁感线垂直的水平位置，由静止释放，重力加速度为g，则小球第一次通过最低位置时细线上的拉力大小为( ) A.3mg+Bq B.3mg+Bq C.3mg-Bq D.3mg-Bq B 拓展1　若细线始终处于张紧状态，小球第二次通过最低位置时细线上的拉力大小为　　　　　　　　。  3mg-Bq 带电体在洛伦兹力作用下的运动 拓展2　(多选) 小球先后两次通过最低位置时，相同的物理量有( ) A.小球受到的洛伦兹力 B.小球的加速度 C.小球的动能 D.小球的动量 BC 一、速度选择器 1.装置及要求 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。 思考：欲使带电粒子沿直线匀速通过，速度需要满足什么条件？ 2.速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，对m、q及电性无要求。 粒子向F洛方向偏转，动能减小，电势能增大 粒子向F洛方向偏转，动能增大，电势能减小 3.若只改变一个场的方向或让粒子从另一端射入，速度选择器无用。 原理：正电荷到达B板，负电荷到达A板，两板之间 形成电场，运动电荷受到与洛伦兹力方向相反的电 场力，但电场力小于洛伦兹力，电荷继续向两板聚集， 板间电场不断增强，电荷所受电场力不断增加，当电场力等于洛伦兹力时，板上电荷处于动态稳定状态，形成稳定电势差，极板上不再累积电荷。 平行金属板A、B之间有一个很强的磁场。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）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。 （1）A、B板哪一个是电源的正极? v F洛 v F洛 二、磁流体发电机 B板是电源的正极 （2）若A、B两板相距为d，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，这个发电机的电动势是多大？ 设：板上电荷处于动态稳定时，板间电势差为U，板间电场强度为E。 此时：qvB=qE 当外电路断开时，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U＝Bdv。 三、电磁流量计 流量Q：单位时间内流过某一横截面的液体体积 t 时间内流体的长度 l=vt 流体体积V体=sl=svt 设管的直径为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加，此时，洛伦兹力和电场力平衡。 四、霍尔元件(*) 厚度为h、宽度为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应。 原理：外部磁场对运动电子的洛伦兹力使电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成电场。电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力。当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差。电流I 是自由电子的定向移动形成的，电子的平均定向移动速率为v，电荷量为e。 1.达到稳定状态时，导体板上面A的电势　　　(选填“高于”“低于”或“等于”)下面A' 的电势。  低于 2.电子所受洛伦兹力的大小为　　　　。  F洛=evB 3.当导体板上、下两面之间的电势差为UH时，电子所受静电力的大小为　　　　　　　。  F电=Ee=e 4.上、下两面产生的稳定的电势差（霍尔电压）UH=　　　。  Bhv 分析两侧面电势高低时应特别注意霍尔元件的材料，若材料是金属，则电子定向移动形成电流，偏转的也是电子；若材料是半导体，则正“载流子”定向移动形成电流，此时偏转的是正电荷。 1.速度选择器的结构如图所示，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有某一特定速度的粒子能够从左侧进入，并沿直线穿过速度选择器，下列关于速度选择器的说法中正确的是（　　）   A．粒子的带电量越大，直线穿越的速度越大 B．粒子的带电量越小，直线穿越的速度越大 C．速度选择器只能对正粒子才有速度选择功能 D．只要速度满足 ，粒子就能通过速度选择器 课堂练习 D 2.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 D 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=1000 m/s，发电通道处在磁感应强度大小为B=6T的匀强磁场中，发电通道的截面是边长为a=20cm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=2Ω·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1200 V D.当外接电阻为R=9Ω时，理想电压表的示数为900V CD 4.(多选)磁流体发电是一项新兴技术.如图所示，平行金属板之间有一个匀强磁场，将一束含有大量正、负离子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则（ ） A.用电器中的电流方向为从A到B B.用电器中的电流方向为从B到A C.若只增大磁场的磁感应强度，发电机的电动势增大 D.若只增大喷入离子的速度，发电机的电动势增大 ACD 5.若图乙中平行金属板A、B的面积均为S，磁场的磁感应强度为B，两板间的距离为d，等离子体的电阻率为ρ，速度为v，外电路电阻为R，则闭合开关后电路中电流为多大？理想电压表的示数为多大？ 答案　电动势E=Bdv，等离子体电阻r=ρ，由I=，得I=，UV=IR=。 6.市环保局在沿江化工企业的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，其长为L、直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向下(未画出)，磁感应强度大小为B，在测量管前后两个内侧面a、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，a、c两板间电压为U，显示仪器显示污水流量Q(单位时间内排出的污水体积)。则（ ） A.a侧电势比c侧电势低 B.污水中离子浓度越高，显示仪器的示数将越大 C.污水流速v= D.只需要测量磁感应强度大小B、直径D及a、c 　两点间电压U，就能够推算污水的流量 D 7. 图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品薄片放在沿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电势差，这一现象称为霍尔效应。原理是薄片中带电粒子受洛伦兹力向一侧偏转和积累，上、下表面间建立起电场EH，同时产生霍尔电压UH。当导电粒子所受静电力与洛伦兹力达到平衡时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B满足关系UH=kHIB，其中kH称为霍尔元件灵敏度，kH越大，灵敏度越高。半导体内导电粒子——“载流子”有两种：自由电子和空穴(空穴可视为能自由移动的带正电粒子)，若每个载流子所带电荷量的绝对值为e，薄片内单位体积中导电的电子数为n。下列说法中正确的是（ ） A.若载流子是自由电子，半导体样品的上表面电势高 B.磁感应强度大小为B= C.在其他条件不变时，半导体薄片的厚度c越大， 霍尔元件灵敏度越高 D.在其他条件不变时，单位体积中导电的电子数n越大，霍尔元件灵敏度越低 D $