培优提升12　洛伦兹力与科技（原卷版）.docx

高中物理选择性必修二培优提升系列

第一章安培力与洛伦兹力

培优提升1.2洛伦兹力与科技

【知识提升】洛伦兹力与科技

实例

速度选择器

磁流体发电机

电磁流量计

图像

原理

如图所示，平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直.带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB＝qE

如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而分别聚集在P、Q板上，产生电势差，它可以把其他形式的能通过磁场转化为电能

如图所示，导电液体中的自由电荷（正、负离子）在洛伦兹力作用下会发生纵向偏转，使得a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间电势差就保持稳定，只要测得圆形导管直径d，平衡时a、b间电势差U，磁感应强度B等有关量，即可求得液体流量Q（即单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积）

关键点

（1）只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量

（2）具有单一方向性：在图中粒子只有从左侧射入才可能做匀速直线运动，从右侧射入则不能

（1）电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的P板是发电机的正极

（2）电源电动势U：设P、Q平行金属板的面积为S，两极板间的距离为l，磁场磁感应强度为B，等离子体的电阻率为ρ，喷入离子的速度为v，板外电阻为R.当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为U（即电源电动势），则qUl＝qvB，即U＝

（3）电源内阻：r＝ρl

（4）回路最大电流：I＝U

（1）导管的横截面积S＝π

（2）导电液体的流速v：自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时有qvB＝qE＝qUd，可得v＝

（3）液体流量Q＝Sv＝πd24·

（4）a、b端电势高低的判断：根据左手定则可得φa＞φb

【典例剖析】

【典例】[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，一束具有各种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

【特别提醒】

速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计具有相同的特点，即在稳定状态时，电荷所受的洛伦兹力与电场力均等大反向。

【针对性训练】

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

2．为了测量某化肥厂的污水排放量，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为B的匀强磁场，在前后两个内侧面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)，下列说法正确的是()

A．若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高

B．前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，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与电压U成正比，与a、b有关

3．[多选]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板带正电

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电场力

4．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′方向匀速通过此场区，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