专题：《洛伦兹力与现代科技》课件—高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.ppt

一、速度选择器一、速度选择器1.装置及要求装置及要求如图如图1，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，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，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力不计粒子重力.图图1B、E、q、m、v0.1)改变电性改变电性2)改变电量改变电量3)改变场的方向改变场的方向4)改变场的大小改变场的大小5)将粒子改到从右边入射将粒子改到从右边入射拓展:3. 速度选择器的特点速度选择器的特点例例1如图如图2所示，两个平行金属板所示，两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场方向由场区域，电场方向由M板指向板指向N板，磁场方向垂直纸面向里，板，磁场方向垂直纸面向里，OO为距离两极为距离两极板相等且平行两极板的直线板相等且平行两极板的直线.一质量为一质量为m、电荷量为、电荷量为q的带电粒子，以速度的带电粒子，以速度v0从从O点射入，沿点射入，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正确的是A.电荷量为电荷量为q的粒子以的粒子以v0从从O点沿点沿OO方向射入时，不能匀速通过场区方向射入时，不能匀速通过场区B.电荷量为电荷量为2q的粒子以的粒子以v0从从O点沿点沿OO方向射入时，不能匀速通过场区方向射入时，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原来相反，则粒子仍能匀速通过场区D.粒子以速度粒子以速度v0从右侧的从右侧的O点沿点沿OO方向射入，方向射入， 粒子仍能匀速通过场区粒子仍能匀速通过场区图图2例例1如图如图2所示，两个平行金属板所示，两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场方向由场区域，电场方向由M板指向板指向N板，磁场方向垂直纸面向里，板，磁场方向垂直纸面向里，OO为距离两极为距离两极板相等且平行两极板的直线板相等且平行两极板的直线.一质量为一质量为m、电荷量为、电荷量为q的带电粒子，以速度的带电粒子，以速度v0从从O点射入，沿点射入，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正确的是A.电荷量为电荷量为q的粒子以的粒子以v0从从O点沿点沿OO方向射入时，不能匀速通过场区方向射入时，不能匀速通过场区B.电荷量为电荷量为2q的粒子以的粒子以v0从从O点沿点沿OO方向射入时，不能匀速通过场区方向射入时，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原来相反，则粒子仍能匀速通过场区D.粒子以速度粒子以速度v0从右侧的从右侧的O点沿点沿OO方向射入，方向射入， 粒子仍能匀速通过场区粒子仍能匀速通过场区图图2二、磁流体发电机二、磁流体发电机磁流体发电机的发电原理磁流体发电机的发电原理图如图图如图3甲所示，其平面图甲所示，其平面图如图乙所示如图乙所示.图图3设带电粒子的运动速度为设带电粒子的运动速度为v，带电荷量为，带电荷量为q，匀强磁场的磁感应强度为，匀强磁场的磁感应强度为B，极板间距离为极板间距离为d，极板间电压为，极板间电压为U，根据，根据FBFE，有，有qvBqE ,得得UBdv.根据外电路断开时，电源电动势的大小等于路端电压，故此磁流体发电根据外电路断开时，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机的电动势为E电源电源UBdv.例例2磁流体发电的原理如图磁流体发电的原理如图4所示，将一束速度为所示，将一束速度为v的等离子体垂直于磁场的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为的匀强磁场中，在相距为d、宽为、宽为a、长为、长为b的两平的两平行金属板间便产生电压行金属板间便产生电压.如果把上、下板和电阻如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个连接，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，忽略，忽略边缘效应，下列判断正确的是边缘效应，下列判断正确的是图图4例例2磁流体发电的原理如图磁流体发电的原理如图4所示，将一束速度为所示，将一束速度为v的等离子体垂直于磁场的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在相距为的匀强磁场中，在相距为d、宽为、宽为a、长为、长为b的两平的两平行金属板间便产生电压行金属板间便产生电压.如果把上、下板和电阻如果把上、下板和电阻R连接，上、下板就是一个连接，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，忽略，忽略边缘效应，下列判断正确的是边缘效应，下列判断正确的是图图4三、电磁流量计三、电磁流量计如图如图5甲、乙所示是电磁流甲、乙所示是电磁流量计的示意图量计的示意图.设管的直径为设管的直径为D，磁感应强度为，磁感应强度为B，a、b两点间的电势差是由于导电液体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.到一定程度到一定程度后，后，a、b两点间的电势差达到稳定值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，上、下两侧堆积的电荷不再增图图5例例3(多选多选)如图如图6所示为电磁流量计所示为电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的即计算单位时间内流过某一横截面的液体体积液体体积)的原理图：一圆形导管直径为的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动以导电的液体向左流动.图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为B，导电液，导电液体中的自由电荷体中的自由电荷(正、负离子正、负离子)在洛伦兹力作用下偏转，在洛伦兹力作用下偏转，a、b间出现电势差间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就稳定为间的电势差就稳定为U，则则A.电势电势a高高b低低 B.电势电势b高高a低低图图6例例3(多选多选)如图如图6所示为电磁流量计所示为电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的即计算单位时间内流过某一横截面的液体体积液体体积)的原理图：一圆形导管直径为的原理图：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动以导电的液体向左流动.图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为图中磁场方向垂直于纸面向里，大小为B，导电液，导电液体中的自由电荷体中的自由电荷(正、负离子正、负离子)在洛伦兹力作用下偏转，在洛伦兹力作用下偏转，a、b间出现电势差间出现电势差.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就稳定为间的电势差就稳定为U，则则A.电势电势a高高b低低 B.电势电势b高高a低低图图6四、霍尔元件四、霍尔元件(*)例例4如图如图7所示，厚度为所示，厚度为h、宽度为、宽度为d的导体板放在的导体板放在垂直于它的磁感应强度为垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面和下侧面A之之间会产生电势差间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应，这种现象称为霍尔效应.图图7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.电电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力场对电子施加与洛伦兹力方向相反的电场力.当电场力与洛伦兹力达到平当电场力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差.电流电流I是自由电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，电荷量为e.回答下列问题：回答下列问题：(1)达到稳定状态时，导体板上侧面达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势的电势_(选填选填“高于高于”“低于低于”或或“等于等于”)下侧面下侧面A的电势的电势.回答下列问题：回答下列问题：(1)达到稳定状态时，导体板上侧面达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势的电势_(选填选填“高于高于”“低于低于”或或“等于等于”)下侧面下侧面A的电势的电势.低于低于回答下列问题：回答下列问题：(1)达到稳定状态时，导体板上侧面达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势的电势_(选填选填“高于高于”“低于低于”或或“等于等于”)下侧面下侧面A的电势的电势.低于低于解析解析电子向左做定向移动，由左手定则知电子所受洛伦兹力的方向向电子向左做定向移动，由左手定则知电子所受洛伦兹力的方向向上，故上侧面上，故上侧面A聚集电子，下侧面聚集电子，下侧面A聚集正电荷，上侧面聚集正电荷，上侧面A的电势低于下的电势低于下侧面侧面A的电势的电势.(2)电子所受洛伦兹力的大小为电子所受洛伦兹力的大小为_.(2)电子所受洛伦兹力的大小为电子所受洛伦兹力的大小为_.evB(2)电子所受洛伦兹力的大小为电子所受洛伦兹力的大小为_.evB解析解析F洛洛evB.(3)当导体板上、下两侧面之间的电势差为当导体板上、下两侧面之间的电势差为UH时，电子所受电场力时，电子所受电场力的大小为的大小为_.(3)当导体板上、下两侧面之间的电势差为当导体板上、下两侧面之间的电势差为UH时，电子所受电场力时，电子所受电场力的大小为的大小为_.(3)当导体板上、下两侧面之间的电势差为当导体板上、下两侧面之间的电势差为UH时，电子所受电场力时，电子所受电场力的大小为的大小为_.(4)导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差U_.(4)导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差U_.Bhv(4)导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差U_.Bhv总结提升总结提升 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；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“载载流子流子”，此时偏转的是正电荷，此时偏转的是正电荷.1.(速度选择器)(2020北京西城区高二上期末)如图8所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场.一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动.忽略粒子重力的影响，则A.若只将粒子改为带负电，其将往上偏B.若只增大粒子进入该装置的速度，其 将往上偏 C.若只增大粒子的电荷量，其将往下偏 D.若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出图图81.(速度选择器)(2020北京西城区高二上期末)如图8所示的平行板器件中有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场.一带正电的粒子以某一速度从该装置的左端水平向右进入两板间后，恰好能做直线运动.忽略粒子重力的影响，则A.若只将粒子改为带负电，其将往上偏B.若只增大粒子进入该装置的速度，其 将往上偏 C.若只增大粒子的电荷量，其将往下偏 D.若粒子从右端水平进入，则仍沿直线水平飞出图图82.(磁流体发电机)(多选)磁流体发电是一项新兴技术.如图9所示，平行金属板之间有一个匀强磁场，将一束含有大量正、负离子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则A.用电器中的电流方向为从A到BB.用电器中的电流方向为从B到AC.若只增大磁场的磁感应强度， 发电机的电动势增大D.若只增大喷入离子的速度，发电机的电动势增大图图92.(磁流体发电机)(多选)磁流体发电是一项新兴技术.如图9所示，平行金属板之间有一个匀强磁场，将一束含有大量正、负离子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场，图中虚线框部分相当于发电机，把两个极板与用电器相连，则A.用电器中的电流方向为从A到BB.用电器中的电流方向为从B到AC.若只增大磁场的磁感应强度， 发电机的电动势增大D.若只增大喷入离子的速度，发电机的电动势增大图图9 3. (电磁流量计)(多选)(2020深圳高级中学集团高二上期末)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10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，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( ) A. 若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高 B. 前表面一定比后表面电势低，与哪种离子多无关 C. 污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大 D. 污水流量Q与U成正比，与a、b无关图图10 3. (电磁流量计)(多选)(2020深圳高级中学集团高二上期末)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10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，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( ) A. 若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高 B. 前表面一定比后表面电势低，与哪种离子多无关 C. 污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大 D. 污水流量Q与U成正比，与a、b无关图图10