第一章 专题强化2 洛伦兹力与现代科技（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二物理选择性必修第二册学习笔记（人教版 浙江专版）

该高中物理课件聚焦洛伦兹力与现代科技，系统讲解速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理，通过芯片制造等实际案例导入，关联洛伦兹力与电场力平衡等前序知识，搭建从原理到应用的学习支架。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，结合思考讨论（如速度选择器单向性分析）、实际例题（如磁流体发电机电流计算），强化物理观念中的相互作用与能量观念。学生能提升问题解决能力，教师可直接用于专题教学，提高效率。

洛伦兹力与现代科技 专题强化2 第 一 章 1.知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理(重点)。 2.会应用工作原理解决实际问题(难点)。 学习目标 内容索引 一、速度选择器 二、磁流体发电机 三、电磁流量计 四、霍尔元件 专题强化练 < 一 > 速度选择器 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，二者方向互相垂直，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＝___。 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_____。 qE＝qvB F洛 负 减小 增大 F电 正 增大 减小 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？ 思考与讨论 答案　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？ 答案　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。 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。 提炼·总结 　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 例1 √ 能通过速度选择器的离子满足qvB＝Eq，解得v＝的离子都 能沿直线通过选择器，与电性无关，与比荷无关，选项A、B、C错误； 若离子带正电，只增大电场强度E，离子受向下的静电力增大，离子向下偏转，静电力做正功，则离子的动能增加；若离子带负电，只增大电场强度E，离子受向上的静电力增大，离子向上偏转，静电力做正功，则离子的动能增加，选项D正确。 返回 < 二 > 磁流体发电机 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。 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E＝U＝_____。 Bdv 若图丙中平行金属板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？ 思考与讨论 答案　电动势E＝Bdv，等离子体电阻r＝ρ，由I＝，得I＝， UV＝IR＝。 　(2025·嘉兴市八校联盟高二期中)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.洛伦兹力对高温粒子做了正功 C.当外接电阻为R＝9 Ω时，理想电压表的示数为900 V D.当外接电阻为R＝9 Ω时，发电机的输出功率最大 例2 √ 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大小，洛伦兹力永不做功，故B错误； 磁流体发电机的等效内阻为r＝ρ＝3 Ω，离子在发电通道中匀速运动时，由q＝qvB，可得磁流体发电机的电动势为E＝Bva＝1 200 V，当外接电阻为R＝9 Ω时，则流过电阻的电流为I＝＝100 A，则理想电 压表的示数为U＝IR＝900 V，故C正确； 根据题意可知，电源输出功率为P＝()2·R＝，由数学知识可知，当R＝，即外电路总电阻R＝r＝3 Ω时，发电机的输出功率最 大，故D错误。 返回 < 三 > 电磁流量计 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 　(多选)(2024·宁波金兰教育合作组织高二期中)全国各省市打响碧水蓝天保卫战，调查组在某化工厂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，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上(图中未画出)，在前后两个内侧面a、c上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两端电压为U，显示仪器显示污水流量为Q(单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是 A.a侧电势比c侧电势低 B.U与污水流量Q成正比，与L无关 C.污水中离子浓度越高，显示仪器的示数越大 D.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 例3 √ √ 由左手定则可知，污水中正离子受到洛伦兹力作用偏向c，负离子受到洛伦兹力作用偏向a，c侧为高电势，所以a侧电势比c侧电势低，与污水中正、负离子的数量无关，故A正确，D错误； 显示仪器显示污水流量Q＝vS＝，由平衡条件qvB＝q，可得U＝BDv，联立可得，a、c两端电压为U＝，即U与污水流量Q成正比，与L无关， 故B正确； 由U＝可得Q＝，显示仪器的示数与污水中离子浓度无关，故C 错误。 返回 < 四 > 霍尔元件 如图所示，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，在导体板的上面A和下面A'之间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应。 霍尔效应可解释如下：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静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两面之间就会形成稳定的电势差。电流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。回答下列问题： (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。  (2)电子所受洛伦兹力的大小为　　　　。  低于 电子向左做定向移动，由左手定则知电子受洛伦兹力的方向向上，故上面A聚集电子，下面A'会出现多余的正电荷，上面A的电势低于下面A'的电势。 evB 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　　　。  (4)上、下两面产生的稳定的电势差U＝　　　。  F电＝Ee＝e。 当A、A'间电势差稳定时，洛伦兹力与静电力达到平衡，evB＝e， 故U＝Bhv。 e Bhv 1.若电流为正电荷定向移动形成的，在上述问题中A和A'哪个面电势高？ 思考与讨论 答案　φA>φA' 2.某实验小组用上述霍尔元件来测量匀强磁场的磁感应强度。已知单位体积自由电子的个数为n，实验中向右通过霍尔元件的电流为I，用理想电压表测量AA'间的电压为U，请同学们用U、e、I等已知量表示磁感应强度B的大小。 答案　I＝neSv＝nedhv 霍尔元件稳定后Bev＝e 联立解得B＝。 　(2024·杭州市二中高二月考)霍尔效应传感器应用很广泛，可以用来测量磁场、位移、电流、转速等。如图所示霍尔传感器上面有一小磁体，霍尔元件材料为长方体，产生的霍尔电压为后表面 电势高，下列说法正确的是 A.当滑动变阻器滑片向左滑动时，霍尔电压将减小 B.霍尔电势差高低与霍尔元件的长宽高都有关系 C.霍尔元件中电流I的载流子一定是正电荷定向运动形成的 D.若传感器上面磁体向上移动，霍尔电压将减小 例4 √ 当达到稳定状态时满足q＝qvB，其中I＝nqadv(a为厚度，d为前后表面的宽度)，解得霍尔电势差U＝，滑动变阻器滑片向左滑动，电流变 大，U变大，选项A错误； 霍尔电势差高低与霍尔元件长宽无关，选项B错误； 因为霍尔电压为后表面电势高，则根据左手定则，载流子是电子，选项C错误； 磁体向上移动，B减小，霍尔电压将减小，选项D正确。 分析两侧面产生电势高低时应特别注意霍尔元件的材料，若霍尔元件的材料是金属，则参与定向移动形成电流的是电子，偏转的也是电子；若霍尔元件的材料是半导体，则参与定向移动形成电流的可能是正“载流子”，此时偏转的是正电荷。 总结提升 返回 < 五 > 专题强化练 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题号 1 2 3 4 5 6 7 答案 C B AD ACD D BC D 题号 8 9 答案 C CD 1.(2024·浙江北斗星盟高二月考)如图所示，电场强度为E的匀强电场方向竖直向下，磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直纸面向里，一正离子(不计重力)以速度v从左到右射入，恰能沿虚线水平飞越此区域，则 A.该正离子的速度v＝ B.若正离子从右向左飞入，将向上偏转 C.若电子从左以速度v飞入，也沿直线运动 D.若电子从右向左飞入，将向下偏转 基础强化练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 正离子(不计重力)以速度v从左到右射入，恰能沿虚线水平飞越此区域， 此时静电力与洛伦兹力平衡，则有qE＝qvB，可得v＝，故A错误； 若正离子从右向左飞入，正离子受到的静电力和洛伦兹力均向下，将向下偏转，故B错误； 若电子从左以速度v飞入，电子受到的静电力与洛伦兹力平衡，也沿直线运动，故C正确； 若电子从右向左飞入，电子受到的静电力和洛伦兹力均向上，将向上偏转，故D错误。 2.(2024·台州十校联盟高二期中)如图是磁流体发电机的原理示意图，金属板M、N正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R。在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场。当等离子束(分别带有等量正、负电荷的离子束)从左向右进入极板时，下列说法中正确的是 A.N板的电势高于M板的电势 B.M板的电势高于N板的电势 C.R中有由b向a方向的电流 D.R中无电流通过 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 等离子束从左向右进入极板时，根据左手定则可知，正离子受到向上洛伦兹力，向上偏转，使得金属板M带正电，负离子受到向下洛伦兹力，向下偏转，使得金属板N带负电，故M板的电势高于N板的电势，故B正确，A错误； 由于M板的电势高于N板的电势，R中有由a向b方向的电流，故C、D错误。 3.(多选)电磁流量计是用来测管内电介质流量的感应式仪表，单位时间内流过管道横截面的液体体积为流量。如图为电磁流量计示意图和匀强磁场方向，磁感应强度大小为B。当管中的导电液体流过时，测得管壁上M、N两点间的电压为U，已知管道直径为d，则 A.管壁上N点电势高于M点 B.管中导电液体的流速为 C.管中导电液体的流量为 D.管中导电液体的流量为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 根据左手定则可知，导电液体中的正电荷受向下的洛伦兹力，打在N处，负电荷受向上的洛伦兹力，打在M处，所以N点的电势高于M点，故A正确； 稳定时电荷受力平衡，根据平衡条件得qvB＝q，解得v＝，故B错误； 流量为Q＝vS，S＝πd2，解得Q＝，故C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 4.(多选)(2024·嘉兴市高二期中)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离 霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为a、高为b、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场B中，当通入方向向右的电流I后，元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 则下列说法正确的是 A.前表面的电势比后表面的高 B.前、后表面间的电压U与I无关 C.前、后表面间的电压U与b成反比 D.自由电子受到的洛伦兹力大小为 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 由题图知电流从左向右流动，因此电子的运动方向为从右向左，根据左手定则可知电子偏转到后表面，因此前表面的电势比后表面的高，故A正确； 由evB＝e，I＝neSv＝neabv，则电压U＝avB＝，故前后表面的电压 U与I有关，与b成反比，故B错误，C正确； 电子在运动过程中洛伦兹力和静电力平衡，有F洛＝evB，F电＝eE＝e，故F洛＝e，故D正确。 5.(2023·浙江1月选考)某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示，通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B＝k1I，通有待测电流I'的直导线ab垂直穿过螺绕环中心，在霍尔元件处产生的磁场B'＝k2I'。调节电阻R，当电流表示数为I0时，元件输出霍尔电压UH为零，则待测电流I'的方向和大小分别为 A.a→b，I0 B.a→b，I0 C.b→a，I0 D.b→a，I0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 √ 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 根据安培定则可知螺绕环在霍尔元件处产生的磁场方向向下，则要使霍尔元件输出霍尔电压UH为零，直导线ab在霍尔元件处产生的磁场方向应向上，根据安培定则可知待测电流I'的方向应该是b→a；元件输出霍尔电压UH为零，则霍尔元件处合磁感应强度为0，所以有k1I0＝k2I'， 解得I'＝I0，故选D。 6.(多选)为了让学生直观感受到磁流体发电机，某老师设计了如图甲所示实验装置，NaCl溶液在抽水机的作用下，从左向右流动，通过强磁铁产生竖直向下的磁场，前后两块铜片与灵敏电流计连接，简化为图乙所示，则下列说法正确的是 A.电流由前铜片流出，经过电流计流向后铜片 B.电流由后铜片流出，经过电流计流向前铜片 C.提高两块铜片间液体的流速，电流计示数变大 D.增大NaCl溶液的浓度，发电机产生的电动势变大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 由左手定则可知NaCl溶液中Na＋向后铜片移动，Cl－向前铜片移动，则后铜片的电势较高，电流由后铜片流出，经过电流计流向前铜片，选项A错误，B正确； 设前后铜片间的距离为d，当电势差稳定时有qvB＝q，解得U＝Bdv， 电动势与液体的速度有关，与浓度无关，当提高两块铜片间液体的流速，两铜片间的电势差变大，电流计示数变大，选项C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 7.(2024·金华市高二期末)利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲，在两块相同的磁体(同极相对)中放入霍尔元件，建立如图乙所示的空间坐标系，两磁体的中间位置为坐标原点，霍尔元件各边长分别为a、b、c，沿x轴负方向通入恒定的电流I。当霍尔元件位于坐标原点时，霍尔电压UH＝0。当霍尔元件沿z轴左右移动时，则有霍尔电压输出，从而实现微小位移的测量。已知该霍尔元件的载流子是负电荷，下列说法正确的是 A.当霍尔元件向z轴正方向偏移时，其左表面电势比右表面势低 B.当霍尔元件向z轴正方向偏移时，其上表面电势比下表面电势高 C.仅增大a可以提高检测灵敏度 D.仅增大I可以提高检测灵敏度 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 霍尔元件向z轴正方向偏移时，磁场方向向左，则带负电的载流子向上偏转，则上表面电势比下表面低，选项A、B错误； 当稳定时q＝qvB，其中I＝nqacv，解得U＝，所以仅增大I可以提高 检测灵敏度，与a无关，选项C错误，D正确。 8.(2025·杭州二中高二期中)如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是 A.两平行金属板P、Q中，P板的电势比Q板高 B.导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上 C.等离子体的速度大小v＝ D.导体棒所受安培力大小等于mgRtan θ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 根据左手定则可知P板聚集了等离子体中的负电荷，Q板聚集了等离子体中的正电荷，所以Q板为正极，P板的电势比Q板低。所以通过金属棒ab的电流方向为a→b，由题意可知金属棒ab所受安培力方向一定为沿导轨平面向上，根据左手定则可知导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，故A、B错误； 当P、Q之间电压稳定时，等离子体所受静电力与洛伦兹力大小相等， 即q＝qvB1，流过金属棒的电流为I＝，对金属棒ab根据平衡条件有，mgsin θ＝B2IL，其中F安＝B2IL，联立解得v＝，F安＝mgsin θ， 故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 尖子生选练 9.(多选)(2025·浙江北斗星盟高二联考)某环保局为监测某化工厂的污水排放量，技术员在排污管道上安装流量计，流量为单位时间内流过管道横截面的液体的体积，如图 为流量计的示意图。左右两端开口的长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，所在空间有垂直于前后表面、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N，污水充满管道从左向右匀速流动，污水流过管道时受到的阻力大小f＝kLv2，k是比例系数，L为管道长度，v为污水的流速，测得M、N间电势差为U。 下列说法正确的是 A.金属板M的电势低于金属板N的电势 B.电压U与污水中离子浓度有关 C.污水的流量Q＝ D.左、右两侧管口的压强差Δp＝ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 答案 根据左手定则，正离子向上表面偏转，负离子向下表面偏转，所以金属板M的电势高于金属板N的电势，故A错误； 达到稳定时，有qvB＝q，所以U＝vcB，则电压U与污水中离子浓度无 关，故B错误； 污水的流量为Q＝Sv＝bcv＝，故C正确； 根据平衡条件有ΔpS＝f，即Δpbc＝kLv2＝kav2，所以Δp＝，故D正确。 返回 本课结束 第 一 章 $