鲁科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第1章 安培力与洛伦兹力 习题课 洛伦兹力的应用实例 (3).pptVIP

第1章习题课:洛伦兹力的应用实例

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重难探究·能力素养全提升

探究一速度选择器情境探究如图所示为速度选择器的原理示意图,它由两块平行金属板构成。工作时在两板上加一定电压,使两板间形成电场,同时在两板间垂直于电场方向上加一匀强磁场。带电粒子(不计粒子重力)以不同速率从左侧射入场区,在电场和磁场的作用下,只有具有一定速率的粒子才能沿直线通过场区。因此,该装置能够选择具有特定速度的粒子。

(1)试分析沿直线通过速度选择器的粒子的运动性质、速率。(2)若粒子的电性、电荷量发生变化,但仍能沿直线通过场区,其速率为多大?(3)从左侧射入能通过场区的粒子,若从右侧以相同的速率射入能否通过场区?(3)不能。

知识归纳1.装置要求如图两极板间存在方向互相垂直匀强电场和匀强磁场,不计粒子重力。2.通过条件带电粒子能够沿直线通过速度选择器的条件是所受静电力与洛伦兹力平衡,即qE=qvB,进而可得速度条件是v=。

3.选择特点(1)只对选择的粒子的速度有要求,而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求。若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。若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)只能单向选择,如上图中粒子从右侧进入会受到相同方向的静电力和洛伦兹力而打到板上。只准粒子从确定方向通过

应用体验典例1如图所示,在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向下,磁场方向垂直于纸面向里,一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力,下列四个物理量中哪一个改变时,粒子运动轨迹不会改变()A.粒子速度的大小B.粒子所带的电荷量C.电场强度D.磁感应强度B

解析带电粒子在电场和磁场中做匀速直线运动,由平衡条件知qE=qvB,可以看出,带电粒子在电场和磁场中运动时,电场强度、磁感应强度以及带电粒子速度的大小均能影响粒子的运动轨迹,而粒子所带的电荷量不影响运动轨迹,选项A、C、D不符合要求,选项B符合要求。

针对训练1(多选)一个带正电荷的微粒(重力不计)穿过如图所示的匀强电场和匀强磁场区域时,恰能沿直线运动,则下列说法正确的是()A.若仅减小入射速度,微粒进入该区域后将向下偏转B.若仅减小电场强度,微粒穿过该区域后动能将减小C.若增大磁感应强度,而要使微粒依然能沿直线运动,必须增大微粒的入射速度D.若仅将微粒所带的电荷变为负电荷,微粒依然能沿直线运动ABD

解析若仅减小入射速度,则向上的洛伦兹力减小,静电力不变,合力向下,微粒向下偏转,A正确;减小电场强度,则静电力减小,洛伦兹力不变,合力向上,微粒向上偏转,静电力做负功,洛伦兹力不做功,微粒穿过该区域后动能将减小,B正确;若增大磁感应强度,则向上的洛伦兹力增加,静电力不变,而要使微粒依然能沿直线运动,则必须减小微粒的入射速度,C错误;若仅将微粒所带的电荷变为负电荷,则微粒所受洛伦兹力方向向下,静电力方向向上,它们的合力仍为0,微粒依然能沿直线运动,D正确。

探究二磁流体发电机情境探究磁流体发电机是利用磁场偏转作用发电的。如图所示,A、B是两块在磁场中互相平行的金属板,一束在高温下形成的等离子束(气体在高温下发生电离,产生大量的等量异种电荷的粒子)射入磁场,A、B两板之间便产生电压。如果把A、B与用电器连接,A、B就是一个直流电源的两个电极。请思考:(1)图中A、B板哪一个是电源的正极?(2)若A、B两极板相距d,板间的磁场按照匀强磁场处理,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场,这个发电机的电动势是多大?

要点提示(1)带正电的离子在洛伦兹力作用下偏转到B板并积累,B板为正极。(2)当离子所受静电力和洛伦兹力相等时,A、B之间的电压恒定为U,有qvB=qE=,得U=Bdv,E源=U=Bdv。

知识归纳1.磁流体发电机的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。

2.磁流体发电机的电动势(1)推导:设带电粒子的运动速度为v,带电荷量为q,磁场的磁感应强度为B,极板间距离为d,极板间电压为U,根据FB=FE,有qvB=qE=,得U=Bdv。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E源=U=Bdv。(2)结论:E源=Bdv。等效为长度为d的导体棒切割磁感线3.能量转化物体内能直接转化为电能的低碳环保发电机。

应用体验典例2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