洛倫茲力與現(xiàn)代科技-習(xí)題課課件

習(xí)題課洛倫茲力與現(xiàn)代科技第三章磁場(chǎng)霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場(chǎng)，橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛倫茲力方向相反的電場(chǎng)力．當(dāng)電場(chǎng)力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上、下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差．典題示例如圖所示，電路中有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面為邊長(zhǎng)等于a的正方形，放在沿x軸正方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)體中通有沿y軸正方向、電流強(qiáng)度為I的電流．已知金屬導(dǎo)體單位體積中的自由電子數(shù)為n，電子電荷量為e，金屬導(dǎo)體導(dǎo)電過(guò)程中，自由電子所做的定向移動(dòng)可以認(rèn)為是勻速運(yùn)動(dòng)，測(cè)出導(dǎo)體上、下兩側(cè)面間的電勢(shì)差為U.求：(1)導(dǎo)體上、下側(cè)面哪個(gè)電勢(shì)較高？(2)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是多少？例1嘗試應(yīng)用1.

在翻蓋手機(jī)中，經(jīng)常用霍爾元件來(lái)控制翻蓋時(shí)開(kāi)啟或關(guān)閉運(yùn)行程序．如圖是霍爾元件示意圖，磁場(chǎng)方向垂直于霍爾元件工作面，通入圖示方向的電流I，MN兩端會(huì)形成電勢(shì)差UMN，下列說(shuō)法正確的是(

)A．電勢(shì)差UMN僅與材料有關(guān)B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢(shì)差UMN＞0C．僅增大M、N間的寬度，電勢(shì)差UMN變大D．通過(guò)控制磁感應(yīng)強(qiáng)度可以改變電勢(shì)差UMN典題示例如圖所示為一速度選擇器，內(nèi)有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一束粒子流以速度v水平射入，為使粒子流經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)時(shí)不偏轉(zhuǎn)(不計(jì)重力)，則磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)必須同時(shí)存在一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，關(guān)于此電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小和方向的說(shuō)法中，正確的是(

)A．大小為B/v，粒子帶正電時(shí)，方向向上B．大小為B/v，粒子帶負(fù)電時(shí)，方向向上C．大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷無(wú)關(guān)D．大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷無(wú)關(guān)例2【解析】當(dāng)粒子所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡時(shí)，粒子流勻速直線通過(guò)該區(qū)域，有qvB＝qE，所以E＝Bv.假設(shè)粒子帶正電，則受向下的洛倫茲力，電場(chǎng)方向應(yīng)該向上．粒子帶負(fù)電時(shí)，電場(chǎng)方向仍應(yīng)向上．故選D.【答案】

D嘗試應(yīng)用3.

如圖為一“速度選擇器”裝置的示意圖．a(chǎn)、b為水平放置的平行金屬板，一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進(jìn)入a、b兩板之間．為了選取具有某種特定速率的電子，可在a、b間加上電壓，并沿垂直于紙面的方向加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，使所選電子仍能夠沿水平直線OO′運(yùn)動(dòng)，由O′射出，不計(jì)重力作用．可能達(dá)到上述目的的辦法是(

)A．使a板電勢(shì)高于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里B．使a板電勢(shì)低于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里C．使a板電勢(shì)高于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外D．使a板電勢(shì)低于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外解析：選AD.要使電子沿直線OO′運(yùn)動(dòng)，則電子在豎直方向所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，若a板電勢(shì)高于b板，則電子所受電場(chǎng)力方向豎直向上，其所受洛倫茲力方向必向下，由左手定則可判定磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，故A選項(xiàng)正確．同理可判斷D選項(xiàng)正確．三、磁流體發(fā)電機(jī)知識(shí)檢索如圖表示出了它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體上來(lái)說(shuō)是呈電中性)噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，則高速射入的離子在洛倫茲力的作用下向A、B兩板聚集，使兩板間產(chǎn)生電勢(shì)差．典題示例

(2013·安徽名校聯(lián)考)磁流體發(fā)電機(jī)可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機(jī)，有著廣泛的發(fā)展前景，其發(fā)電原理示意圖如圖所示，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)區(qū)域由兩塊面積為S、相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構(gòu)成一電路．設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))為ρ，則(

)例3【答案】

D嘗試應(yīng)用4.(2013·北京西城區(qū)抽樣)如圖所示是磁流體發(fā)電機(jī)的原理示意圖，金屬板M、N正對(duì)平行放置，且板面垂直于紙面，在兩極板之間接有電阻R.在極板間有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．當(dāng)?shù)入x子束(分別帶有等量正、負(fù)電荷的離子束)從左向右進(jìn)入極板時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．N板的電勢(shì)高于M板的電勢(shì)B．M板的電勢(shì)高于N板的電勢(shì)C．R中有由b向a方向的電流D．R中有由a向b方向的電流解析：選BD.根據(jù)左手定則可知帶正電荷的離子向上極板偏轉(zhuǎn)，帶負(fù)電荷的離子向下極板偏轉(zhuǎn)，則M板的電勢(shì)高于N板的電勢(shì)．M板相當(dāng)于電源的正極，那么R中有由a向b方向的電流，故選BD.5．若平行金屬板間距為d，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體流速為v，氣體從一側(cè)面垂直磁場(chǎng)射入板間，不計(jì)氣體電阻，外電路電阻為R，則兩板間最大電壓和可能達(dá)到的最大電流為多少？四、電磁流量計(jì)知識(shí)檢索如圖是電磁流量計(jì)的示意圖，在非磁性材料做成的圓管道外加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，測(cè)出管壁上的a、b兩點(diǎn)間的電壓U，就可以知道管中液體的流量Q——單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)液體的體積(m3/s)．典題示例如圖所示是電磁流量計(jì)的示意圖，在非磁性材料制成的圓管道外加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，當(dāng)管中的導(dǎo)電液體流過(guò)此磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，小燈泡就會(huì)發(fā)光，如果導(dǎo)電液體流過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域能使額定電壓為U＝3.0V的小燈泡正常發(fā)光，已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.20T．測(cè)得圓管的直徑為d＝0.10m，導(dǎo)電液體的電阻忽略不計(jì)，又假設(shè)導(dǎo)電液體充滿(mǎn)圓管流過(guò)，求管中液體流量Q(液體流量為單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的液體體積)的表達(dá)式及其數(shù)值為多少？例4【思路點(diǎn)撥】

解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)導(dǎo)電液體中的正、負(fù)離子在磁場(chǎng)中向上下兩側(cè)偏轉(zhuǎn)．(2)穩(wěn)定時(shí)流動(dòng)液體中的離子受力平衡．(3)液體流量Q＝S·v.嘗試應(yīng)用6.