2025届高考物理二轮复习讲义：微专题5 速度选择器、霍尔效应等叠加场问题 （含解析）

2025届高考物理二轮复习讲义 微专题5 速度选择器、霍尔效应等叠加场问题 　　　　　 　　　　　 　　　　　 叠加场的解题思路: 例1　[2024·宁波模拟] 安装在排污管道上的流量计可以测量排污流量Q(流量为单位时间内流过管道横截面的流体的体积).如图所示为流量计的示意图,左右两端开口的长方体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c,所在空间有垂直于前后表面、磁感应强度大小为B的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N,污水充满管道从左向右匀速流动,测得M、N间电势差为U,污水流过管道时受到的阻力大小Ff=kv,k是比例系数,v为污水的流速.下列说法正确的是 (　) A.金属板M的电势低于金属板N的电势 B.电压U与污水中离子浓度有关 C.污水的流量Q= D.左、右两侧管口的压强差Δp= 例2　(不定项)磁流体发电机的原理如图甲所示,燃烧室在3000 K的高温下将气体全部电离成高温等离子体.等离子体经喷管提速后以速度v进入矩形发电通道,发电通道中有垂直于喷射速度方向的匀强磁场,简化后的原理图如图乙所示.已知磁感应强度大小为B,发电通道长为l,宽为b,高为a,高温等离子体的电阻率为ρ,外部电路的总电阻为R.当开关S闭合后,下列说法正确的是 (　) A.发电机产生的电动势E=Bav B.回路中的电流I= C.发电机的输出功率P=R D.为维持等离子匀速流动,矩形发电通道左、右两端的压强差Δp= 例3　[2023·浙江1月选考] 某兴趣小组设计的测量大电流的装置如图所示,通有电流I的螺绕环在霍尔元件处产生的磁场B=k1I,通有待测电流I'的直导线ab垂直穿过螺绕环中心,在霍尔元件处产生的磁场B'=k2I'.调节电阻R,当电流表示数为I0时,元件输出霍尔电压UH为零,则待测电流I'的方向和大小分别为 (　) A.a→b,I0 B.a→b,I0 C.b→a,I0 D.b→a,I0 【技法点拨】 霍尔效应的动态过程:如图甲所示,电流流过霍尔元件时,载流子(可正、可负,图中为负)受洛伦兹力作用偏向A'板并形成附加电场E,随着电荷累积,当电场E增强到满足电场力与洛伦兹力大小相等时达到平衡,此时在AA'两端存在霍尔电压UAA',满足qvB=q.注意:载流子为负时, A板电势较高;载流子为正时,A'板电势较高.分析过程应该把立体图改画成平面图(图乙)进行分析. 【跟踪训练】 1.(不定项)[2024·湖北武汉模拟] 速度选择器可以使一定速度的粒子沿直线运动,如图甲所示.霍尔元件的工作原理与速度选择器类似,某载流子为电子的霍尔元件如图乙所示.下列说法正确的是(　) A.图甲中,电子以速度v=从Q端射入,可沿直线运动从P点射出 B.图甲中,电子以速度v>从P端射入,电子向下偏转,轨迹为抛物线 C.图乙中,仅增大电流I,其他条件不变,M、N之间的霍尔电压将增大 D.图乙中,稳定时霍尔元件M侧的电势低于N侧的电势 2.如图所示,两水平放置的平行金属板P、Q之间有一水平向左、磁感应强度为B1的匀强磁场,金属板间的距离为d,两板间有平行于金属板的等离子体垂直于磁场喷入板间.将两板分别与水平放置的光滑平行金属导轨M、N连接,金属棒垂直于导轨放置,金属棒在导轨间的电阻为R,棒的中点用绝缘细绳经光滑定滑轮与质量为m的物体相连,导轨间的距离为L,导轨间存在竖直方向、磁感应强度大小为B2的匀强磁场.重力加速度为g,不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力.为使金属棒保持静止,则等离子体喷入板间时速度大小应为 (　) A. B. C. D. 参考答案与详细解析 例1　C　[解析] 污水中的离子受到洛伦兹力,由左手定则可知,正离子向上极板聚集,负离子向下极板聚集,所以金属板M的电势高于金属板N的电势,从而在管道内形成匀强电场,最终离子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡,有qvB=q,可得U=Bcv,所以电压U与污水中离子浓度无关,故A、B错误;污水的流量为Q=v·bc=·bc=,故C正确;污水流过该装置时受到的阻力为Ff=kv=k,污水匀速通过该装置,则左、右两侧的压力差 ... ...