第1章 第4节 第1课时 洛伦兹力在现代科技中的应用-【优学精讲】2026-2027学年高中物理选择性必修二同步课件（教科版·新教材）

第4节　洛伦兹力的应用 第1课时　洛伦兹力在现代科技中的应用 学习目标 1．理解质谱仪的工作原理。　2.理解回旋加速器的工作原理。　3.会分析带电粒子在质谱仪和回旋加速器中的运动。　4.理解洛伦兹力在现代科技中的应用。 返回导航 内 容 索 引 基础自主梳理 1 1 核心知识 深度探究 2 随堂演练 巩固落实 1 3 基础自主梳理 第一部分 4 一、利用磁场控制带电粒子运动 带电粒子垂直于磁场方向进入磁场，粒子在洛伦兹力的作用下运动方向偏转，速度大小不变。 二、质谱仪 测定带电粒子比荷的仪器叫作质谱仪。 返回导航 加速 返回导航 三、回旋加速器 回旋加速器原理：如图甲所示，两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源(如质子、氘核或α粒子源等)。在两D形盒间接上交流电源(其频率的数量级为106Hz)，于是在缝隙里形成一个交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒内部的电场很弱，可以忽略。D形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强磁场中，磁场的方向垂直于D形盒的底面。 返回导航 半个圆周 所用的时间 返回导航 深化辨析 判断下列说法是否正确 (1)质谱仪只能区分电荷量不同的粒子。(　　) (2)质谱仪是测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。(　　) (3)回旋加速器的半径越大，带电粒子获得的最大动能就越大。(　　) (4)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速带电粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。(　　) × √ √ √ 返回导航 核心知识 深度探究 第二部分 10 知识点一　速度选择器　 1．速度选择器 如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B互相垂直。具有不同水平速度的带电粒子射入该装置中发生偏转的情况不同(本图以带正电粒子为例分析)。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。 返回导航 3．粒子匀速通过速度选择器的两种途径 (1)速度v一定时，调节E和B的大小； (2)E和B一定时，调节速度，即调节加速电场电压U的大小。 返回导航 例1　(2026·河北邢台市期末)如图所示，平行金属板a、b间存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面的匀强磁场(未画出)，某带电粒子(不计重力)以方向平行于金属板、大小为v的速度射入金属板间，粒子恰能做匀速直线运动。下列说法正确的是(　　) A．金属板间磁场方向垂直于纸面向外 B．若粒子射入金属板间的初速度不平行于金属板，则粒子仍可能做直线运动 C．仅将金属板间的电场强度方向变为竖直向上，粒子仍能沿直线运动 D．仅将该带电粒子更换成其他带电粒子，并以相同速度射入金属板间，粒子仍能做直线运动 典型例题共研 D 返回导航 [解析]　粒子做匀速直线运动，洛伦兹力与电场力等大、反向，若粒子带正电，则粒子受到的电场力向下，洛伦兹力向上，由左手定则可知，金属板间的磁场方向垂直于纸面向里；若粒子带负电，则粒子受到的电场力向上，洛伦兹力向下，由左手定则可知，金属板间的磁场方向垂直于纸面向里，故A错误。 若粒子射入金属板间的初速度不平行于金属板，则粒子受到的洛伦兹力一定无法与电场力平衡，不可能做直线运动，故B错误。 仅将金属板间的电场强度方向变为竖直向上，粒子受到的洛伦兹力无法与电场力平衡，不可能做直线运动，故C错误。 仅将该带电粒子更换成其他带电粒子，并以相同速度射入金属板间，仍满足Bvq＝Eq该表达式，则粒子仍能做直线运动，故D正确。 返回导航 (1)速度选择器两极板间距离极小，粒子稍有偏转，就会打到极板上； (2)速度选择器对正、负电荷均适用； (3)速度选择器中的E、B的方向具有确定的关系，改变其中一个方向，就不能对速度做出选择； (4)速度选择器只能单向选择，若图中粒子从右侧进入，则会受到相同方向的电场力和洛伦兹力而打到板上。 返回导航 题后小结 知识点二　电磁流量计　 返回导航 例2　 D 典型例题共研 返回导航 返回导航 例3　　技术人员在排污管中安装了监测装置，该装置的核心部分是一个用绝缘材料制成的空腔，其宽和高分别为b和c，左、右两端开口与排污管相连，如图所示。在垂直于上、下底面加磁感应强度为B的向下的匀强磁场，在空腔前、后两个面上各有长为a的相互平行且正对的电极M和N，M和N之间接有电压表(图中未画出)。污水从左向右流经该装置，下列说法正确的是(　　) A.M板比N板电势高 B．污水中离子浓度越高，则电压表的示数越小 C．污水流速越快，电压表示数越大 D．只增大所加磁场的磁感应强度，对电压表的示数无影响 C 返回导航 [解析]　根据左手定则，正离子往N板偏，负离子往M板偏，最终M板带负电，N板带正电，M板电势比N板电势低，故A错误。 返回导航 知识点三　磁流体发电机　 返回导航 返回导航 例4　(多选)(2024·湖北卷，T9)磁流体发电机的原理如图所示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压。下列说法正确的是(　　) A．极板MN是发电机的正极 B．仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小 C．仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大 D．仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大 AC 典型例题共研 返回导航 [解析]　带正电的离子受到洛伦兹力向上偏转，极板MN带正电，为发电机正极，A正确。 返回导航 例5　 C 返回导航 返回导航 知识点四　霍尔效应 1．霍尔效应：1879年霍尔发现，处在匀强磁场中的通电导体板，当电流的方向垂直于磁场时，在垂直于磁场的导体板的两端面之间会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电势差，这一现象称为霍尔效应，如图所示。出现的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压。 返回导航 返回导航 例6　如图所示，在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，就做成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，M、N间的电压为UH。已知半导体薄片中的载流子为负电荷，电流与磁场的方向如图所示，下列说法正确的是(　　) A.N极电势高于M极电势 B．磁感应强度越大，M、N间电势差越大 C．将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，UH不变 D．将磁场和电流都反向，N极电势高于M极电势 B 典型例题共研 返回导航 [解析]　由题意可知，半导体薄片中的负电荷在洛伦兹力的作用下向N极偏转，故N极电势低于M极电势，A错误； 将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，若负电荷运动方向与磁场方向平行，则负电荷不受洛伦兹力，M、N两极间电压UH变为零，C错误； 将磁场和电流都反向，半导体薄片中的负电荷在洛伦兹力的作用下仍向N极偏转，故N极电势低于M极电势，D错误。 返回导航 例7 D 返回导航 [解析]　自由电荷带正电，根据左手定则可知，自由电荷向C端偏转，则C侧面的电势高于D侧面的电势，故A错误； 元件中自由电荷由正电荷变为负电荷，根据左手定则可知负电荷向C端偏转，则C侧面的电势低于D侧面的电势，结合A可知D正确。 返回导航 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。 返回导航 题后小结 第三部分 随堂演练 巩固落实 34 B 返回导航 解析：根据左手定则，液体流过磁场区时，正离子偏向M金属板，A错误； 返回导航 A 2．(磁流体发电机)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把气体的内能直接转化为电能，它的示意图如图所示，平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B，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)以垂直于磁场B且平行于A、B板平面的方向喷入磁场，每个离子的速度为v，电荷量大小为q，A、B两板间距为d，装置稳定时，下列说法正确的是(　　) A．B板的电势比A板的高 B．图中通过电阻R的电流方向是向下的 C．离子只受到电场力作用 D．图中电阻R两端电压为Bvq 返回导航 解析：根据左手定则，正离子偏向B极板，所以B极板带正电，A极板带负电，即B板的电势比A板的高，通过电阻R的电流方向是向上的，A正确，B错误； 极板带电后，离子受到电场力和洛伦兹力，C错误； 返回导航 B 3．(霍尔效应)利用霍尔元件制成的磁传感器如图所示。已知该长方体金属导体宽为d，高为h，上、下表面接线柱M、N连线与导体竖直边平行，上表面过M点的水平虚线与导体水平边平行，当导体通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，下列说法正确的是(　　) A．电压表a端接“＋”接线柱 B．为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度d C．将电压的表盘改装为磁传感器的表盘，则刻度线不均匀 D．若上表面接线柱M沿虚线向右移动少许，则电压表示数不变 返回导航 解析：金属导体中载流子为自由电子，其定向移动方向与电流方向相反，根据左手定则可知电子将向上表面偏转，所以电压表a端接“－”接线柱，故A错误； 返回导航 在电源之外的电路中沿电流方向电势降低，若上表面接线柱沿虚线向右移动少许，则N、M在沿电流方向也会存在电势差，且N点电势高于M点电势，所以电压表示数会变大，故D错误。 返回导航 $