专题九：洛伦兹力与现代科技 课中练

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册全册综合优秀课时训练，共9页。试卷主要包含了速度选择器，磁流体发电机，电磁流量计，霍尔元件等内容，欢迎下载使用。
专题九：洛伦兹力与现代科技 课中练一、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，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力．2．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．（2）当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．（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．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，为距离两极板相等且平行两极板的直线。一质量为m，电荷量为的带电粒子，以速度从O点射入，沿方向匀速通过场区，不计带电粒子的重力，则以下说法正确的是（　　）A. 电荷量为的粒子以从O点沿方向射入时，不能匀速通过场区B. 电荷量为2q的粒子以从O点沿方向射入时，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. 粒子以速度从右侧的O点沿方向射入，粒子仍能匀速通过场区    2. 如图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. 若只增加粒子进入该装置的速度，其将往上偏C. 若只增加粒子的电荷量，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二、磁流体发电机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．设带电粒子的运动速度为v，带电荷量为q，匀强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电源=U=Bdv.3. 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极．若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ．忽略边缘效应，下列判断正确的是（ ）A. 上板为正极，电流  B. 上板为负极，电流C. 下板为正极，电流  D. 下板为负极，电流 4. 磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的匀强磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向以一定速度喷入磁场，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从B到AB. 用电器中的电流方向从A到BC. 若只增强磁场，发电机的电动势增大D. 若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大三、电磁流量计如图甲、乙所示是电磁流量计的示意图．设管的直径为D，磁感应强度为B，a、b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．到一定程度后，a、b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多，此时，洛伦兹力和电场力平衡5. (多选)如图所示为一电磁流量计(即计算单位时间内流过某一横截面的体积)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B，导电液体中的自由电荷(负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差．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U，则(　　)A. 电势a高b低     B. 电势b高a低C. 流量Q＝    D. 流量Q＝  6. 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（　　） 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，电压表的示数将越大D. 污水流量Q与U成正比，与a、b无关四、霍尔元件（*）霍尔元件霍尔电压的计算：导体中的自由电荷（电荷量为q）在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差（U）就保持稳定7. 如图所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差U，这种现象称为霍尔效应，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，电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衡时，导体板上、下两侧面之间就会形成稳定的电势差，电流I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v，电荷量为e，回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势______（选填“高于”“低于”或“等于”）下侧面A′的电势；（2）电子所受洛伦兹力的大小为______；（3）当导体板上、下两侧面之间的电势差为UH时，电子所受电场力的大小为______；（4）导体板上、下两侧面产生的稳定的电势差U=______。8. 利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域，如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，当元件中通入图示方向的电流I时，C、D两侧面会形成一定的电势差U，下列说法中正确的是（　　）A. 若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带负电B. 若C侧面电势高于D侧面，则元件中形成电流的载流子带正电C. 在地球南、北极上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置时U最大D. 在地球赤道上方测地磁场强弱时，元件工作面竖直放置且与地球经线垂直时，U最大
参考答案1. C【解析】AB．由题意知带正电的粒子能从左向右匀速通过场区，则竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的电场力平衡，有，解得可知平衡条件与电荷量的多少无关，因此电荷量为和2q的粒子以入射，都能从左向右匀速通过场区，故AB错误；C．当电场方向与磁场方向都与原来相反时，粒子所受电场力和洛伦兹力的方向仍相反，所以粒子以从O点沿方向射入时仍能匀速通过场区，故C正确；D．若粒子以速率从右侧的点沿方向射入，粒子受到竖直向下的电场力与竖直向下的洛伦兹力，不能平衡，因此不能匀速通过场区，故D错误。故选C。2. B【解析】正粒子沿直线穿过正交场，向上的洛伦兹力和向下的电场力平衡，则qE=qvB，即；A．若只将粒子改为带负电，则洛伦兹力和电场力的方向均反向，则粒子仍沿直线通过，选项A错误；B．若只增加粒子进入该装置的速度，则洛伦兹力变大，粒子将往上偏，选项B正确；C．若只增加粒子的电荷量，向上的洛伦兹力和向下的电场力仍平衡，其仍将沿直线通过，选项C错误；D．若粒子从右端水平进入，则电场力和洛伦兹力均向下，则不可能仍沿直线水平飞出，选项D错误；故选B. 3. C【解析】根据左手定则，等离子体中正电荷受到的洛伦兹力向下，负电荷受到的洛伦兹力向上，故上板为负极，下板为正极。稳定时，电荷受到的洛伦兹力和电场力大小相等，即电动势根据电阻定律，等离子体的电阻电流故C正确，ABD错误。故选C。4. BCD【解析】AB．首先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上（负离子所受洛伦兹力方向向下），则正离子向上板聚集，负离子则向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板相当于电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，故B正确，A错误；CD．此后的正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，因f=qvB，F=q则qvB=q解得U=Bdv所以电动势与速度v及磁场B成正比，所以CD正确。故选BCD。 5. BC【解析】根据左手定则可知，导电液体中的自由电荷（负离子）在洛伦兹力作用下向上偏转，则a点电势低，b点电势高，故A错误，B正确；对离子有：qvB=q，解得．流量等于单位时间流过液体的体积，有，故C正确，D错误．故选BC．6. BD【解析】AB.由左手定则知正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，前表面的电势一定低于后表面的电势，与离子的多少无关，故B正确A错误；C.最终离子在电场力和洛伦兹力作用下平衡：解得则电压表的示数与离子浓度无关，故C错误；D.由流量解得则Q与U成正比，与a、b无关，故D正确。故选BD。7. 【答案】（1）低于；（2）evB；（3）；（4） Bhv【解析】【详解】（1）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A聚集电子，下侧面A′聚集正电荷，上侧面A的电势低于下侧面A′的电势（2）电子所受洛伦兹力的大小（3）根据（4）当A、A′间电势差稳定时故8. AD【解析】AB．若元件的载流子带负电，由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力方向向D侧面偏，则C侧面的电势高于D侧面的电势；若元件的载流子带正电，由左手定则可知，载流子受到的洛伦兹力方向向D侧面偏，则D侧面的电势高于C侧面的电势， B错误A正确。C．两极处的磁场沿竖直方向，故在测定地球两极上方地磁场强弱时，应将元件的工作面保持水平，让磁场垂直通过，C错误；D．地球赤道上方的地磁场方向水平，在测地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，D正确。故选AD。