第11章 5.微专题24 洛伦兹力与现代科技（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考物理大一轮复习学案

该高中物理高考复习课件聚焦“洛伦兹力与现代科技”微专题，覆盖质谱仪、磁流体发电机、回旋加速器等高考核心考点，依据高考评价体系分析洛伦兹力提供向心力、电场力与洛伦兹力平衡等考查要求，归纳选择、计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+模型建构+易错警示”策略，如以2024甘肃高考质谱仪真题为例，通过加速电场与偏转磁场模型推导比荷公式，培养科学思维与物理观念素养。特设易错点（如电动势与路端电压区别）指导，帮助学生掌握解题技巧，教师可据此精准教学，提升复习效率。

微专题24 洛伦兹力与现代科技 返回目录 题型1　带电粒子在现代科技中的四种应用 原理图 规律     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,两极板间电压 为U时稳定,q =qv0B,U=v0Bd 返回目录     当q =qvB时,有v= ,流量Q=Sv=π  × =      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。这个现 象称为霍尔效应 返回目录 典例1　如图为磁流体发电机的示意图,间距为d的平行金属板A、B之间的磁场可看成 匀强磁场,磁感应强度大小为B,板A、B和电阻R连接,将一束等离子体以速度v沿垂直于 磁场的方向喷入磁场,已知金属板A、B的正对面积为S,A、B及其板间的等离子体的等 效电阻率为ρ,下列说法正确的是 (         ) A.金属板A为正极 B.电阻R两端的电压为  C.电阻R两端的电压为Bdv D.流过电阻R的电流大小为  B 返回目录 解析　　由左手定则可得正离子受洛伦兹力后向B板偏转,故B板为正极,A错误。当两 极板间的电压稳定时有qvB=q ,可得发电机的电动势E=Bdv;由闭合电路欧姆定律可得 电阻R两端的电压U= E,发电机的内阻r=ρ ,联立解得U= ,B正确,C错误。由 欧姆定律可得流过电阻R的电流大小I= = ,D错误。 易错警示 当外电路断开时,金属板A、B间的电压等于发电机的电动势;当外电路闭合时,金属 板A、B间的电压等于电阻R两端的电压,即等于路端电压。 返回目录 典例2    (2025届八省联考·陕晋青宁)人体血管状况及血液流速可以反映身体健康状 态。血管中的血液通常含有大量的正、负离子。如图,血管内径为d,血流速度v方向水 平向右。现将方向与血管横截面平行,且垂直纸面向内的匀强磁场施于某段血管,其磁 感应强度大小恒为B,当血液的流量(单位时间内流过管道横截面的液体体积)一定时,下 列说法正确的是(         ) A.血管上侧电势低,血管下侧电势高 B.若血管内径变小,则血液流速变小 C.血管上、下侧电势差与血液流速无关 D.血管上、下侧电势差变大,说明血管内径变小 D 返回目录 解析　　根据左手定则可知正离子向上偏转,负离子向下偏转,则血管上侧电势高,下侧 电势低,A错误。血液的流量Q=vπ ,血液的流量一定,若血管内径变小,则血液流速 变大,B错误。稳定时,离子所受洛伦兹力与电场力平衡,即qvB=q ,又v= ,联立解 得血管上、下侧电势差U= ,U变大,说明血管内径变小,D正确。由于v与d有关,U与d 也有关,故血管上、下侧电势差与血液流速有关,C错误。 返回目录 典例3    (多选)(2026届江西萍乡期末)如图甲是判断检测电流I0大小是否发生变化的装 置,该检测电流在铁芯中产生磁场,其磁感应强度与检测电流I0成正比,图乙为半导体制 成的霍尔元件,其载流子为自由电子,已知霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、d,现给 其通以恒定工作电流I,可通过右侧电压表的示数来判断I0的大小是否发生变化,忽略磁 损,则 (         ) A.通入如图所示电流I0,铁芯中的磁感线方向为顺时针方向 B.通入如图所示电流I0,M端电势低于N端的 C.减小d可以提高检测灵敏度 D.b对检测灵敏度没有影响 CD 返回目录 解析　　根据右手螺旋定则可知检测电流产生的磁场方向向下,磁感线在铁芯中沿逆 时针方向,可知霍尔元件所在位置的磁场方向向上,霍尔元件中载流子为电子,根据左手 定则可知电子受到的洛伦兹力垂直纸面向外在元件N端积累,所以N端电势低,M端电势 高,A、B错误;元件中电子最终受到的电场力和洛伦兹力平衡,所以有 e=evB,设元件 单位体积内电子数量为n,电子移动速度为v,根据电流的微观表达式可得I=nevbd,联立 解得UMN= ,提高检测灵敏度即提高UMN的大小,其他条件不变,可知减小d可以提高检 测灵敏度,b对检测灵敏度没有影响,C、D正确。 返回目录 题型2　回旋加速器 1.构造:如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D1、D2处于匀强磁场中,缝隙处接交流电源。   2.原理:交流电源的周期和粒子做圆周运动的周期相等,使粒子每经过一次D形盒之间 的缝隙,均被加速一次。 3.最大动能:由qvmB= 、Ekm= m 得Ekm= ,粒子获得的最大动能由磁感应强度 返回目录 B和D形盒的半径R决定,与加速电压无关。 4.总时间:粒子在磁场中运动一个周期,被电场加速两次,每次增加动能qU,加速次数n=  ,粒子在磁场中运动的总时间t= T= · = (忽略粒子在缝隙中运动的时 间)。 返回目录 典例4    (多选)回旋加速器的原理图如图所示,由两个半径均为R的D形盒组成,D形盒间 缝隙处加周期性变化的电压,电压有效值为U,D形盒所在处有垂直于盒面向下的磁场, 磁感应强度的大小为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器中被加速,则 (         ) A.粒子每次经过D形盒之间缝隙动能增加qU B.粒子每次经过D形盒之间缝隙速度增大  AD C.粒子以速度v在D形盒内运动半圈后动能增加2qvBR D.粒子离开D形盒时的动能为  返回目录 解析　　粒子每次经过D形盒之间缝隙的过程中,静电力做功,根据动能定理可得qU=Δ Ek,即动能增加qU,由动能表达式Ek= mv2可知第n次经过D形盒之间缝隙速度变化量的 大小Δv=( - ) ,A正确,B错误。粒子在磁场中受洛伦兹力做匀速圆周运动, 洛伦兹力不做功,故粒子在D形盒内运动半圈后动能保持不变,C错误。粒子在磁场中 做匀速圆周运动,有qvB=m ,粒子离开D形盒时,粒子轨道半径为R,其动能Ek= mv2,联 立解得Ek= ,D正确。 返回目录 题型3　质谱仪 1.原理图(如图所示) 2.物理分析 (1)加速电场:qU= mv2。 (2)偏转磁场:qvB= 。 (3)由(1)(2)可得r=  , = 。 返回目录 典例5    (2024甘肃,15,17分)质谱仪是科学研究中的重要仪器,其原理如图所示。Ⅰ为 粒子加速器,加速电压为U;Ⅱ为速度选择器,匀强电场的电场强度大小为E1,方向沿纸面 向下,匀强磁场的磁感应强度大小为B1,方向垂直纸面向里;Ⅲ为偏转分离器,匀强磁场 的磁感应强度大小为B2,方向垂直纸面向里。从S点释放初速度为零的带电粒子(不计 重力),加速后进入速度选择器做直线运动,再由O点进入分离器做圆周运动,最后打到照 相底片的P点处,运动轨迹如图中虚线所示。 (1)粒子带正电还是负电?求粒子的比荷。 (2)求O点到P点的距离。 (3)若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强度大小变为E2(E2略大于E1), 方向不变,粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的O'点上。求粒子打在O'点的速度大小。 返回目录 答案 (1)带正电         (2)     (3)  解析 (1)粒子进入偏转分离器Ⅲ,向上偏转,根据左手定则可知粒子带正电。 设粒子的质量为m,电荷量为q,粒子进入速度选择器Ⅱ时的速度为v0,粒子在速度选择器 Ⅱ中做匀速直线运动,由平衡条件有qv0B1=qE1, 在粒子加速器Ⅰ中,由动能定理有qU= m , 联立解得,粒子的比荷为 = 。 返回目录 (2)由(1)问的分析可知v0= , 粒子在偏转分离器Ⅲ中做圆周运动,由洛伦兹力提供向心力有qv0B2=m , 可得O点到P点的距离为OP=2r= 。 (3)粒子进入速度选择器Ⅱ瞬间,粒子受到向上的洛伦兹力,有F洛=qv0B1, 向下的电场力F=qE2,因为F>F洛,粒子向下偏转, 运用配速法,将粒子速度进行分解,令粒子分速度大小为v1,使其满足qv1B1=qE2,则v1= > v0,则粒子进入速度选择器时的速度分解为水平向右的v1和水平向左的v1-v0,粒子的运动 等效为以v1水平向右的匀速直线运动和以v1-v0做圆周运动的合运动,当粒子打在O'点,速 度方向恰好垂直右挡板,由运动过程可知,粒子打在O'点时圆周运动(分运动)的速度方 返回目录 向水平向右,则v=v1+(v1-v0), 【点拨:粒子做圆周运动(分运动)的示意图如图所示,粒子由 状态①开始沿逆时针方向做圆周运动,由运动的周期性可知,①状态粒子与O在同一水 平线上,圆周运动的速度方向水平向左;②状态粒子与O'点在同一水平线上,圆周运动的 速度方向水平向右】 代入解得v= 。 返回目录 $