洛倫茲力與現(xiàn)代科技-習題課課件

習題課洛倫茲力與現(xiàn)代科技第三章磁場霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的電場力．當電場力與洛倫茲力達到平衡時，導(dǎo)體板上、下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差．典題示例如圖所示，電路中有一段金屬導(dǎo)體，它的橫截面為邊長等于a的正方形，放在沿x軸正方向的勻強磁場中，導(dǎo)體中通有沿y軸正方向、電流強度為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)電過程中，自由電子所做的定向移動可以認為是勻速運動，測出導(dǎo)體上、下兩側(cè)面間的電勢差為U.求：(1)導(dǎo)體上、下側(cè)面哪個電勢較高？(2)磁場的磁感應(yīng)強度B是多少？例1嘗試應(yīng)用1.

在翻蓋手機中，經(jīng)常用霍爾元件來控制翻蓋時開啟或關(guān)閉運行程序．如圖是霍爾元件示意圖，磁場方向垂直于霍爾元件工作面，通入圖示方向的電流I，MN兩端會形成電勢差UMN，下列說法正確的是(

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

)A．大小為B/v，粒子帶正電時，方向向上B．大小為B/v，粒子帶負電時，方向向上C．大小為Bv，方向向下，與粒子帶何種電荷無關(guān)D．大小為Bv，方向向上，與粒子帶何種電荷無關(guān)例2【解析】當粒子所受的洛倫茲力和電場力平衡時，粒子流勻速直線通過該區(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，電場方向應(yīng)該向上．粒子帶負電時，電場方向仍應(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磁場，使所選電子仍能夠沿水平直線OO′運動，由O′射出，不計重力作用．可能達到上述目的的辦法是(

)A．使a板電勢高于b板，磁場方向垂直紙面向里B．使a板電勢低于b板，磁場方向垂直紙面向里C．使a板電勢高于b板，磁場方向垂直紙面向外D．使a板電勢低于b板，磁場方向垂直紙面向外解析：選AD.要使電子沿直線OO′運動，則電子在豎直方向所受電場力和洛倫茲力平衡，若a板電勢高于b板，則電子所受電場力方向豎直向上，其所受洛倫茲力方向必向下，由左手定則可判定磁場方向垂直紙面向里，故A選項正確．同理可判斷D選項正確．三、磁流體發(fā)電機知識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電的微粒，而從整體上來說是呈電中性)噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板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)生電勢差．典題示例

(2013·安徽名校聯(lián)考)磁流體發(fā)電機可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機，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電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場區(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)電機的原理示意圖，金屬板M、N正對平行放置，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磁場．當?shù)入x子束(分別帶有等量正、負電荷的離子束)從左向右進入極板時，下列說法中正確的是(

)A．N板的電勢高于M板的電勢B．M板的電勢高于N板的電勢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)，帶負電荷的離子向下極板偏轉(zhuǎn)，則M板的電勢高于N板的電勢．M板相當于電源的正極，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，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，等離子體流速為v，氣體從一側(cè)面垂直磁場射入板間，不計氣體電阻，外電路電阻為R，則兩板間最大電壓和可能達到的最大電流為多少？四、電磁流量計知識檢索如圖是電磁流量計的示意圖，在非磁性材料做成的圓管道外加一勻強磁場區(qū)域，當管中的導(dǎo)電液體流過此磁場區(qū)域時，測出管壁上的a、b兩點間的電壓U，就可以知道管中液體的流量Q——單位時間內(nèi)流過液體的體積(m3/s)．典題示例如圖所示是電磁流量計的示意圖，在非磁性材料制成的圓管道外加一勻強磁場區(qū)，當管中的導(dǎo)電液體流過此磁場區(qū)域時，小燈泡就會發(fā)光，如果導(dǎo)電液體流過磁場區(qū)域能使額定電壓為U＝3.0V的小燈泡正常發(fā)光，已知磁場的磁感應(yīng)強度為B＝0.20T．測得圓管的直徑為d＝0.10m，導(dǎo)電液體的電阻忽略不計，又假設(shè)導(dǎo)電液體充滿圓管流過，求管中液體流量Q(液體流量為單位時間內(nèi)流過的液體體積)的表達式及其數(shù)值為多少？例4【思路點撥】

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