微专题2 洛伦兹力与科技应用 [定位·学习目标] 1.通过对速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的结构学习,形成物理观念。2.通过分析速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理,掌握科学思维的方法。 要点一 速度选择器 要点归纳 1.平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直,这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来,所以叫作速度选择器。 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=。可知,速度选择器只选择速度(大小、方向),而不选择粒子的电荷量、电性和质量。若粒子从相反方向射入,则不能穿出速度选择器。 典例研习 [例1] 如图所示,M为加速器、N为速度选择器,两平行导体板之间有互相垂直的匀强电场和匀强磁场,磁场的方向垂直于纸面向里,磁感应强度为B。从S点释放一个初速度为0、质量为m、电荷量为q的带电粒子,经M加速后恰能沿直线(图中平行于导体板的虚线)通过N。不计粒子所受重力,则( ) [A] N中两导体板间的电场强度方向垂直于导体板向上 [B] 仅将粒子电荷量改为2q,仍能沿直线通过N [C] 仅将M的加速电压变大,粒子通过N时会向上偏转 [D] 仅将N中的电场和磁场方向均与原来相反,粒子仍能沿直线通过N 【答案】 D 【解析】 当粒子带正电时,根据左手定则,受到的洛伦兹力向上,则电场强度方向垂直于导体板向下,当粒子带负电时,根据左手定则,受到的洛伦兹力向下,则电场强度方向垂直于导体板向下,选项A错误;在速度选择器中,根据平衡条件qE=qvB,在加速器中qU=mv2,仅将粒子电荷量改为2q,速度增大,洛伦兹力大于静电力,粒子不能平衡,不能沿直线通过N,选项B错误;仅将M的加速电压变大,则进入速度选择器时的速度变大,当粒子带负电时,向下的洛伦兹力大于向上的静电力,粒子会向下偏转,选项C错误;仅将N中的电场和磁场方向均与原来相反,则粒子受到的洛伦兹力和静电力均反向,仍能平衡,粒子仍能沿直线通过N,选项D正确。 要点二 磁流体发电机 要点归纳 1.在图中的A、B两板间连接电阻R,A、B就是一个直流电源的两个电极。这个直流电源称为磁流体发电机。根据左手定则,图中的B是发电机正极,A是发电机负极。 2.设磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为B,A、B间不接用电器时,由qE=q=qvB得,两极板间能达到的最大电势差U=Bdv。U等于磁流体发电机的电动势。 典例研习 [例2] 如图为磁流体发电机的示意图,间距为d的平行金属板A、B之间的磁场可看成匀强磁场,磁感应强度大小为B,金属板A、B和电阻R连接,将一束等离子体以速度v沿垂直于磁场的方向喷入磁场,已知金属板A、B的正对面积为S,金属板A、B及两金属板间的等离子体的等效电阻率为ρ,下列说法正确的是( ) [A] 金属板A为正极 [B] 电阻R两端的电压为 [C] 电阻R两端的电压为Bdv [D] 流过电阻R的电流大小为 【答案】 B 【解析】 根据左手定则可得,正离子向金属板B偏转,金属板B为正极,金属板A为负极,故A错误;根据平衡条件得,等离子体满足qE=qvB,该发电机的电动势为U=Ed=Bdv,流过电阻R的电流大小为I==,故D错误;电阻R两端电压为UR=IR=,故B正确,C错误。 要点三 电磁流量计 要点归纳 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,由于导电液体中电荷随液体流动受到洛伦兹力的作用,于是在管壁的上、下两侧积累电荷,a、b两点间就产生了电势差。到一定程度后,a、b两点间的电势差达到稳定值U,上、下两侧积累的电荷不再增多,此时,洛伦兹力和静电力平衡,有qvB=qE,E=,所以v=,又因为圆管的横截面积S=πD2,故流量Q=Sv=。 典例研习 [例3] (电磁流量计的原理)在某实验室中有一种污水流量计,其原理可以简化为如图所示模型。废液内含有大量正、负离子,从圆柱形容器右侧流入,左侧流出,流速为v,流量Q等于单位时间通过横 ... ...
~~ 您好，已阅读到文档的结尾了 ~~
