高中物理 第三章 磁场 微型专题8 洛伦兹力作用下的实例分析学案 粤教版选修3-1-粤教版高中选修3-1物理学案VIP免费

微型专题8洛伦兹力作用下的实例分析[学科素养与目标要求]物理观念：知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计和霍尔效应的原理．科学思维：进一步了解洛伦兹力在科技生活中的应用，提高学生的综合分析和计算能力．科学态度与责任：体会洛伦兹力的应用实例给现代科技生活带来的变化．一、速度选择器1．装置及要求如图1，两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，不计粒子重力．图12．带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝.3．速度选择器的特点(1)v的大小等于E与B的比值，即v＝.速度选择器只对选择的粒子速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求．(2)当v＞时，粒子向f方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大．(3)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．例1在两平行金属板间，有如图2所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场．α粒子以速度v0从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过．供下列各小题选择的选项有：图2A．不偏转B．向上偏转C．向下偏转D．向纸内或纸外偏转(1)若质子以速度v0从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将________．(2)若电子以速度v0从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将________．(3)若质子以大于v0的速度从两板左侧正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将________．(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两板左侧正中央射入时，电子将________．答案(1)A(2)A(3)B(4)C解析设带电粒子的带电荷量为q，匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感应强度为B.带电粒子以速度v0从左侧垂直射入正交的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正电荷，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受磁场力方向向上，大小为Bqv0.沿直线匀速通过时，显然有Bqv0＝qE，v0＝，即沿直线匀速通过时，带电粒子的速度与其带电荷量无关．如果粒子带负电荷，所受电场力方向向上，磁场力方向向下，上述结论仍然成立．所以，第(1)(2)两小题应选A.若质子以大于v0的速度从左侧射向两板之间，所受磁场力将大于电场力，质子带正电荷，将向上偏转，第(3)小题应选B.磁场的磁感应强度B增大，其他条件不变，电子所受磁场力大于电场力，电子带负电荷，所受磁场力方向向下，将向下偏转，所以第(4)小题应选C.二、磁流体发电机磁流体发电机的发电原理图如图3甲所示，其平面图如图乙所示．图3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.例2(2018·北京市朝阳区高二上期末)磁流体发电是一种新型发电方式，图4甲和乙是其工作原理示意图．图甲中的A、B是电阻可忽略的导体电极，两个电极间的间距为d，这两个电极与负载电阻相连．假设等离子体(高温下电离的气体，含有大量的正负带电粒子)垂直于磁场进入两极板间的速度均为v0.整个发电装置处于匀强磁场中，磁感应强度强度大小为B，方向如图乙所示．图4(1)开关断开时，请推导该磁流体发电机的电动势E的大小；(2)开关闭合后，①如果电阻R的两端被短接，此时回路电流为I，求磁流体发电机的等效内阻r；②我们知道，电源是通过非静电力做功将其他形式的能转化为电能的装置，请你分析磁流体发电机的非静电力是由哪个力充当的，其工作过程如何．答案(1)Bdv0(2)①②洛伦兹力，使正电荷向A板汇聚，负电荷向B板汇聚．解析(1)等离子体射入两极板之间时，正离子受向上的洛伦兹力而偏向A极板，同时负离子偏向B极板，随着离子的不断积聚，在两板之间形成了从A到B向下的附加电场，当粒子受的电场力与洛伦兹力相等时，粒子不再偏转，此时两板间的电势差即为发电机的电动势，满足q＝qv0B，解得E＝Bdv0(2)开关闭合后，①如果电阻R的两端被短接，此时回路电流为I，则磁流体发电机的等效内阻：r＝＝②由(1)的分析可知，洛伦兹力使正电荷向A板汇聚，负电荷向B板汇聚．三、电磁流量计如图5所示是电磁流量计的示意图．图5设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b两...