高二物理（人教版）教学课件 选择性必修二 第一章 综合 融通（二）洛伦兹力与现代科技

洛伦兹力与现代科技(融会课—主题串知综合应用)综合•融通(二)通过本节课的学习掌握速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理;学会在一些科技元件中应用工作原理解决实际问题的方法。1主题(一)速度选择器2主题(二)磁流体发电机3主题(三)电磁流量计4课时跟踪检测CONTENTS目录主题(一)速度选择器1.装置及要求如图,两极板间存在匀强电场和匀强磁场,二者方向互相垂直,带电粒子从左侧平行于极板射入,不计粒子重力。

[例1]

如图所示,两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区域,电场方向由M板指向N板,磁场方向垂直纸面向里,OO'为距离两极板相等且平行两极板的直线。一质量为m、电荷量为+q的带电粒子,以速度v0从O点射入,沿OO'方向匀速通过场区,不计带电粒子的重力,则以下说法正确的是

(

)A.电荷量为-q的粒子以速度v0从O点沿OO'方向射入时,不能匀速通过场区B.电荷量为+2q的粒子以速度v0从O点沿OO'方向射入时,不能匀速通过场区C.保持电场强度和磁感应强度大小不变,方向均与原来相反,则粒子仍能匀速通过场区D.粒子以速度v0从右侧的O'点沿O'O方向射入,粒子仍能匀速通过场区√

[针对训练]1.(多选)如图所示为一速度选择器的原理图。K为电子枪(加速电压为U),由枪中沿水平方向射出的电子(从A点进入速度选择器,电荷量大小为e,质量为m,不计电子重力),速率大小不一,当电子通过方向互相垂直的匀强电场(场强为E)和匀强磁场(磁感应强度为B)后,只有一定速率的电子能沿直线前进,并通过小孔S,下列说法正确的是(

)

√√

主题(二)磁流体发电机1.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。

[例2]

(2024·湖北高二阶段练习)磁流体发电是一项新兴技术,其发电原理如图所示,平行金属板之间有方向垂直纸面向里的匀强磁场,金属板间距为d,磁感应强度大小为B。将一束含有大量正、负带电离子的等离子体,沿图中所示方向以一定的速度喷入磁场,把两个极板与一个小型电动机相连,开关S闭合,小型电动机正常工作,电动机两端电压为U,通过电动机电流为I,已知磁流体发电机的等效内阻为r,则以下判断正确的

(

)

√

[针对训练]2.(多选)目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图所示表示它的发电原理: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,而从整体来说呈电中性)沿垂直于磁场方向喷射入磁场,磁场中的两块金属板A、B上就会聚集电荷,产生电压对外供电。设等离子体的射入速度为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,负载电阻为R,等离子体充满两板间的空间,不考虑等离子体的电阻。当发电机稳定发电时,下列说法正确的是(

)

√√

主题(三)电磁流量计

[例3]

(2024·河南郑州期末)(多选)血流计原理可以简化为如图所示模型,血液(内含少量正、负离子)从直径为d的血管右侧流入,左侧流出。流量Q等于单位时间内通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,M、N两点之间可以用电极测出电压U。下列说法正确的是(

)

√√

3.(多选)为了测量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、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前、后两个内侧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,电压表将显示两个电极间的电压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

(

)[针对训练]A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高B.前表面的电势一定低于后表面的电势,与哪种离子多少无关C.污水中离子浓度越高,电压表的示数越大D.污水流量Q与U成正比,与a、b无关√√

主题(四)霍尔元件

[例4]

(2024·江苏南京期末)笔记本电脑盖上屏幕,屏幕盖板上磁铁和主板机壳上“霍尔传感器”配合,通过改变a、b间电势差的方式使屏幕进入休眠模式,其工作原理如图所示。当电脑盖上屏幕时,相当于屏幕边缘的磁极靠近霍尔元件,已知该霍尔元件载流子为电子,以下说法正确的是

(

)A.盖上盖板,a端带正电B.打开盖板,a端带正电C.盖上屏幕过程中,a、b间电势差逐渐减小D.盖上屏幕过程中,a、b间电势差逐渐增大√

[针对训练]4.如图所示,宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在与它垂直的磁感应强度大小为B的匀强磁场中,当恒定电流I通过霍尔元件时,在它的前、后两个侧面之间会产生电压,这样就实现了将电流输入转化为电压输出。为提高输出的电压,可采取的措施是(

)A.增大d

B.减小d

C.增大h

D.减小h√

课时跟踪检测123456789101.如图所示为一速度选择器,内有一磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场,一束粒子流(不计重力)以速度v水平射入,为使粒子流经过磁场时不偏转,则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场,关于这个匀强电场电场强度大小和方向的说法中,正确的是

(

)678910

12345√678910解析:为使粒子流经过磁场时不偏转,当粒子带正电时,所受洛伦兹力方向向下,则静电力方向应向上,故电场强度方向向上,由平衡条件qvB=qE,得E=Bv;当粒子带负电时,所受洛伦兹力方向向上,则静电力方向应向下,故电场强度方向向上,由平衡条件qvB=qE,得E=Bv;综上可知,不论粒子带何种电荷,电场强度方向都向上,大小等于Bv,A、B、C错误,D正确。12345156789102.(2024·河南许昌期末)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。如图乙所示,一块矩形半导体霍尔元件平放在水平面上,霍尔元件内的载流子是自由电子,通入方向水平向右的恒定电流时,电子的定向移动速度为某一数值。当显示屏闭合时,霍尔元件处于垂直于上表面、方向竖直向下的匀强磁场中,于是霍尔元件的某两个表面间出现一定的电压,以此控制屏幕的熄灭。则在此情况下,下列说法正确的是

(

)23415678910234A.霍尔元件前表面的电势比后表面的低B.霍尔元件前表面的电势比后表面的高C.霍尔元件上表面的电势比下表面的低D.霍尔元件上表面的电势比下表面的高√15678910解析:由题意,自由电子的运动方向向左,根据左手定则可知,电子所受洛伦兹力方向指向后表面,则霍尔元件前表面的电势比后表面的高。故选B。234156789103.(2024·湖北高考)(多选)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234√√15678910

234156789104.(2024·河北唐山期末)一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板P、Q之间有很强的磁场,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,P、Q两板间便产生电压。如果将P、Q和电阻为R的用电器连接,P、Q就是一个直流电源的两个电极。若P、Q两板相距为d,不计P、Q板间电阻,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的方向喷入磁场。下列说法正确的是

(

)23415678910A.Q板电势高于P板电势B.电源的电动势为2BdvC.通过用电器的电流方向从下到上D.用电器两端电压大小为Bdv234√15678910

234156789105.(2024·江苏连云港高二统考)如图所示为利用霍尔元件制成的磁传感器。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,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dC.将电压表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沿水平方向向右移动少许,则电压表示数不变234√15678910

23415678910

234156789106.(2024·河北石家庄期末)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机的重要组成部分。如图所示,从离子源S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,已知速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E、方向竖直向上,匀强磁场的方向垂直纸面向外、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。下列说法正确的是

(

)23415678910

234√15678910

234156789107.(2024·北京海淀期中)(多选)应用霍尔效应可以测量车轮的转动角速度ω,如图为轮速传感器的原理示意图,假设齿轮为五齿结构,且均匀分布,当齿轮凸起部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场增强;凹陷部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场减弱。工作时,通过霍尔元件上下两面通入电流I,前后两面连接控制电路,下列说法正确的是

(

)23415678910

234√√15678910

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234156789108.(多选)如图所示,将一个磁流体发电机与电容器用导线连接起来,持续向板间喷入垂直于磁场、速度大小为v1的等离子体(不计重力),板间加有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B;有一带电油滴从电容器的中轴线上匀速通过电容器。两个仪器两极板间距相同,重力加速度为g,下列说法正确的是

(

)23415