专题强化2　洛伦兹力与现代科技-《学霸笔记·同步精讲》2026-2027学年高中物理选择性必修第二册教师用书配套课件（人教版）

专题强化2　洛伦兹力与现代科技 第一章　安培力与洛伦兹力 1 素养目标 1. 知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计的工作原理。（科学 思维） 2. 学会应用有关原理解决实际问题。（科学态度与责任） 2 目 录 CONTENTS 强化点一　速度选择器 强化点二　磁流体发电机 强化点三　电磁流量计 课时作业 3 强化点一　速度选择器 目 录 4 　如图所示，空间存在互相垂直的匀强磁场B和匀强电场，一束具有不同 速率的带正电荷的粒子沿水平方向进入电场和磁场所在空间，粒子的重力 忽略不计。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （1）要使带正电的粒子能够沿直线匀速通过此区域，其受力需要满足什 么条件？速度大小需要满足什么条件？ 提示： 条件：qE＝qvB，即v＝。 （2）在满足活动1中的速度条件下，若只改变带电粒子的电性或电荷量， 粒子能否匀速通过？ 提示： 粒子仍能匀速通过，与粒子的电性及电荷量无关。 （3）在满足活动1中的速度大小的条件下，让带电粒子从右端射入，粒子 能否匀速通过？ 提示：不能。此时，洛伦兹力和电场力同向，粒子不能做直线运动。 目 录 物 理·选择性必修第二册 1. 速度选择器构造： 如图所示，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 粒子从左侧平行于极板射入，不计粒子重力。 2. 工作原理：带电粒子沿虚线做匀速直线运动时，受到的静电力和洛伦兹 力大小相等，方向相反，有qE＝qvB，可得v＝。 目 录 物 理·选择性必修第二册 3. 特点：（1）速度选择器选择的速度大小v＝ ①当v＞时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能 增大。 ②当v＜时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能 减小。 （2）速度选择器选择的速度方向：只能选择单一速度方向，若粒子从另 一方向射入，则不能沿着直线穿出速度选择器。 （3）速度选择器无法选择：粒子的质量、电性正负、电荷量大小。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （2026·高二上河北邢台月考）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（　D　） D 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 目 录 物 理·选择性必修第二册 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，粒子不可能做直线运动，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一 定无法与电场力平衡，粒子不可能做直线运动，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， 故粒子仍能做直线运动，故D正确。 目 录 物 理·选择性必修第二册 强化点二　磁流体发电机 目 录 11 1. 结构及原理：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。 设带电粒子的运动速度为v，带电荷量为q，匀强磁场的磁感应强度为B， M、N极板间距离为d，极板间电压为U，当粒子（不计重力）匀速直线通 过时，根据FB＝FE，有qvB＝qE＝，可得U＝Bdv。 目 录 物 理·选择性必修第二册 2. 电源的电动势 （1）大小：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。 （2）正、负极的判断：根据左手定则可判断，正离子向M极板偏转，M极 板积聚正离子，电势高，为发电机正极，N极板积聚负离子，电势低，为 发电机负极。 3. 电源的内阻：r＝ρ。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （2026·高二下云南楚雄月考）磁流体发电技术就是将燃料直接加热成 易于电离的气体，使之在2 000 ℃的高温下电离成导电的等离子体，与磁 场相互作用而产生电能。如图所示，等离子体以速度v进入两平行极板之间 的区域，两金属板的板长均为L，且处于正对状态，板间距离为d，金属板 的正对面积为S。磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于等离子体初速度方 向，且与极板平行，负载电阻为R。当稳定发电时，理想电流表的示数为 I。当稳定发电时，下列说法正确的是（　B　） B A. 上极板带正电 B. 有电流从b经电阻流向a C. 产生的电动势大小为BLv D. 板间等离子体的等效阻值为－R 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析：等离子体飞入磁场中时，受到洛伦兹力的作用，根据左手定则可 知，正离子向下极板聚集，下极板是电源正极，负离子向上极板聚集，上 极板是电源负极，有电流从b经电阻流向a，A错误，B正确；由qvB＝Eq， E＝，可得稳定发电时，产生的电动势U＝Bdv，C错误；由题意，根据闭 合电路欧姆定律有I＝＝，可得稳定发电时，板间等离子体的等效 阻值为r＝－R，故D错误。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （2026·河南郑州期末）磁流体发电的原理如图所示，将一束速度为v的等 离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为d、宽 为a、长为b的两平行金属板间便产生电压。如果把上、下板和电阻R连 接，上、下板就是一个直流电源的两极，若稳定时等离子体在两板间均匀 分布，电阻率为ρ，忽略边缘效应，下列判断正确的是（　　） A. 上板为正极，电流I＝ B. 上板为负极，电流I＝ C. 下板为正极，电流I＝ D. 下板为负极，电流I＝ √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据左手定则可知，正离子在磁场中受到的洛伦兹力向下，故 下板为正极，设两板间的电压为U，则q＝Bqv，解得U＝Bdv，根据闭合 电路欧姆定律，有I＝＝，故选C。 目 录 物 理·选择性必修第二册 强化点三　电磁流量计 目 录 18 1. 作用：测量管道内带电液体的流量。 2. 构造：图甲、乙是电磁流量计的示意图。 目 录 物 理·选择性必修第二册 3. 原理：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qvB＝qE＝q，所以v＝ ，又圆管的横截面积S＝πD2，故流量Q＝Sv＝。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （2026·高二下福建厦门期中）工业上常用电磁流量计来测量高黏度及 强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理 如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强 磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势 差U，就可计算出管中液体的流量。为了测量某工厂的污水排放量，技术 人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知 排污管和电磁流量计处的管道直径分别为20 cm和10 cm。当流经电磁流量 计的液体速度为10 m/s时，其流量约为280 m3/h，若某段时间内通过电磁流 量计的流量为140 m3/h，则在这段时间内（　D　） D 目 录 物 理·选择性必修第二册 A. M点的电势低于N点的电势 B. 通过排污管的污水流量约为70 m3/h C. 排污管内污水的速度约为5 m/s D. 电势差U与磁感应强度B之比约为0.5 m2/s √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析：根据左手定则可知，正电荷进入磁场区域时会向上偏转，负电荷向 下偏转，所以M点的电势一定高于N点的电势，故A错误；设流经电磁流量 计的液体速度为v1，排污管内污水的速度为v2；由题知，流量Q＝vS，当流 经电磁流量计的液体速度为10 m/s时，其流量约为280 m3/h；某段时间内通 过电磁流量计的流量为140 m3/h，则在这段时间内流经电磁流量计的液体 速度为v1＝ m/s＝5 m/s，这段时间内通过电磁流量计的流量为140 m3/h， 则在这段时间内通过排污管的污水流量约为140 m3/h，则有Q＝πr2v1＝ πR2v2，其中流量计半径为r＝5 cm＝0.05 m，排污管的半径R＝10 cm＝0.1 m，代入上式解得v2＝＝1.25 m/s，故B、C错误；流量计内污水的速度为v1＝5 m/s，当粒子在电磁流量计中受力平衡时有qv1B＝q，解得＝v1d1＝0.5 m2/s，故D正确。 目 录 物 理·选择性必修第二册 （2026·山东济宁期末）电磁流量计可以测量导电液体的流量Q（单位时间 内流过管道横截面的液体体积）。如图所示，内壁光滑的薄圆管由非磁性 导电材料制成，空间有垂直管道轴线的匀强磁场，磁感应强度为B。液体 充满管道并以速度v沿轴线方向流动，圆管壁上的M、N两点连线为直径， 长度为D，且垂直于磁场方向。若M、N两点间的电势差为U，则管道的液 体流量Q为（　　） A. B. C. D. √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据电场力与洛伦兹力平衡，有q＝qvB，解得v＝，管道的 截面积为S＝π，管道的液体流量为Q＝vS＝，故选D。 目 录 物 理·选择性必修第二册 课时作业 目 录 26 1. 〔多选〕如图所示为一“速度选择器”的示意图。a、b为水平放置的平 行金属板，一束具有不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之 间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直 于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO'运动，由 O'射出，不计重力作用。可能达到上述目的的办法是（　　） A. 使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里 B. 使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里 C. 使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外 D. 使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外 1 2 3 4 5 6 7 8 9 √ √ 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　要使电子沿直线OO'运动，则电子在竖直方向所受静电力和洛 伦兹力平衡，若a板电势高于b板，则电子所受静电力方向竖直向上，其所 受洛伦兹力方向必向下，由左手定则可判定磁场方向垂直纸面向里，故选 项A正确。同理可判断选项D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 2. （2025·河南开封期末）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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　能通过速度选择器的离子满足qvB＝Eq，解得v＝，即速度为 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加，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加，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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 3. 目前世界上一种新型发电机叫磁流体发电机，它的发电原理如图所示， 将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子， 从整体来说呈中性）沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板 P、Q，这时金属板上就聚集了电荷。下列说法正确的是（　　） A. P板带负电 B. 有电流从b经用电器流向a C. 金属板P、Q间的电场方向向上 D. 等离子体发生偏转的原因是粒子所受洛伦兹力大于所受静电力 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据左手定则可知，带正电的粒子向上偏转，带负电的粒子向 下偏转，则P板带正电，Q板带负电，故A错误；因为Q板带负电，P板带正 电，所以电流从a经用电器流向b，故B错误；因为P板带正电，Q板带负 电，所以金属板间的电场方向向下，故C错误；等离子体发生偏转的原因 是粒子所受洛伦兹力大于所受静电力，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 4. （2025·广东河源期末）如图所示为磁流体发电机原理图，足够大的平 行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束带正电的等离子体（重力不 计）喷入磁场，A、B两板间便产生电压从而向外供电，下列说法正确的是 （　　） A. A金属板为发电机正极 B. 仅减小金属板间距，发电机电动势增大 C. 仅提高喷射的速度，发电机电动势增大 D. 仅提高磁场的磁感应强度，发电机电动势保持不变 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据左手定则可知，正离子在洛伦兹力的作用下向下运动至B 板，则B板带正电，B板为发电机正极，故A错误；当平衡时有qvB＝q， 解得U＝vBd，所以仅提高磁场的磁感应强度，发电机电动势增大；仅提高 喷射的速度，发电机电动势增大；仅减小金属板间距，发电机电动势减 小，故C正确，B、D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 5. （2025·辽宁大连期中）磁流体发电机工作原理如图所示，a、b是正对 的两个电阻可忽略的导体电极，面积均为S，间距为d，分别与负载电阻R 相连。a、b之间存在匀强磁场，当高温等离子电离气体以速度v0向右进入 a、b之间时，运动的电离气体受到磁场作用，使a、b之间产生了电势差， 理想电压表的示数为U，通过负载电阻R的电流由1指向2。已知a、b之间等 离子体的等效电阻为R，则关于a、b之间磁感应强度B的大小和方向，下 列说法正确的是（　　） A. B＝，垂直纸面向里 B. B＝，垂直纸面向外 C. B＝，垂直纸面向外 D. B＝，垂直纸面向里 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　通过负载电阻R的电流由1指向2，可知下极板带正电，根据左手 定则可知，磁感应强度垂直纸面向外；理想电压表的示数为U，可知感应 电动势为E＝U＋×R＝U，当发电通道上下表面间的电势差稳定时，有 q＝qv0B，解得B＝，故选B。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 6. 〔多选〕（2026·高二下山东聊城期中）EH电磁流量计的外形如图甲所 示，工作原理如图乙所示：直径为d的圆柱形管道的上、下方装有励磁线 圈，通电后在管内产生竖直方向的匀强磁场；当含有大量离子的液体沿管 道以恒定速度通过流量计时，在水平直径两端的a、b电极之间就会产生电 势差U。下列说法正确的是（　　） A. 电势差U的大小与液体流速大小有关 B. a、b两电极的电势高低与磁场的方向有关 C. a、b两电极的电势高低与离子的电性有关 D. 电势差U的大小与液体中离子的浓度有关 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　由左手定则可以判断出a、b两电极的电势高低与磁场的方向有 关，与离子的种类没有关系，故B正确，C错误；当达到稳定状态时，有 q＝Bqv，可得Uab＝Bdv，由此可知，电势差Uab的大小与液体流速有 关，与离子的浓度没有关系，故A正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 7. 〔多选〕（2026·高二上甘肃武威期末）如图为磁流体发电机的示意 图，两正对平行极板P、Q的间距为d，两板的面积均为S，内部充满方向与 板平行、磁感应强度大小为B的匀强磁场，直流电动机M的内阻为R。现让 等离子体（高温下被电离含有大量带正电和负电的离子的气体）以速度v持 续垂直磁场喷入两板间。若磁流体发电机稳定发电时，电动机M正常工 作，理想电流表A的示数为I。磁流体发电机的内阻只考虑充满两板间的等 离子体的电阻，两板间等离子体的等效电阻为R。则下列说法正确的是（　　） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 A. P板为电源的正极 B. 带负电的离子在两极板间受到的洛伦兹力方向向上 C. 电动机M正常工作时两端的电压为 D. 电动机M正常工作时的机械功率为BdvI－2I2R √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据左手定则，带正电的离子受到的洛伦兹力方向向下，向下 偏转，带负电的离子受到的洛伦兹力向上，向上偏转，Q板带正电，为电 源的正极，故A错误，B正确；磁流体发电机稳定发电时，离子在电场力和 洛伦兹力作用下匀速运动，则有qvB＝q，可得电动势为E＝Bdv，由于电 动机为非纯电阻电器，电动机正常工作时的电压为路端电压，即U＝Bdv－ IR，应该大于，故C错误；对于整个闭合电路，由能量守恒定律可知， 电动机正常工作时的机械功率为P＝EI－I2·2R＝BdvI－2I2R，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 8. 〔多选〕为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端 安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为 a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下表面方向加磁感应强度大小为B的 匀强磁场，在前、后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管 口从左向右流经该装置时，接在M、N两端间的电压表将显示两极间的电 压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正 确的是（　　） A. N端的电势比M端的高 B. 若污水中正、负离子数相同，则流量计前、 后表面的电势差为零 C. 电压表的示数U跟a和b都成正比，跟c无关 D. 电压表的示数U跟污水的流量Q成正比 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　由左手定则可知，不管污水中正、负离子数如何，都有φN＞ φM，选项A正确，B错误；当正、负离子受力平衡时有qvB＝q，得v＝ ，流量Q＝Sv＝，选项C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 9. 如图所示为等离子体发电机的示意图。高温燃烧室产生的大量的正、负 离子被加速后垂直于磁场方向喷入发电通道的磁场中。在发电通道中有两 块相距为d的平行金属板，两金属板外接电阻R。若磁场的磁感应强度为 B，等离子体进入磁场时的速度为v，系统稳定时发电通道的电阻为r。则下 列表述正确的是（　　） A. 上金属板为发电机的负极，电路中电流为 B. 下金属板为发电机的正极，电路中电流为 C. 上金属板为发电机的正极，电路中电流为 D. 下金属板为发电机的负极，电路中电流为 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 解析： 　根据左手定则可知，正离子受到的洛伦兹力向上，所以上金属 板带正电，即上板为正极。稳定后有q＝qvB，解得E＝Bdv，根据闭合电 路的欧姆定律得I＝＝，故选项C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 目 录 物 理·选择性必修第二册 $