习题课洛伦兹力与现代科技

1、栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场习题课洛伦兹力与现代科技习题课洛伦兹力与现代科技栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场要点探究要点探究讲练互动讲练互动霍尔效应霍尔效应如图如图1所示，厚度为所示，厚度为h、宽度为、宽度为d的导体板放在的导体板放在垂直于它的磁感应强度为垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中当的匀强磁场中当电流通过导体板时，在导体板的上侧面电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下和下侧面侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍之间会产生电势差，这种现象称为霍栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场图图1栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力霍尔效应可解

2、释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体使运动的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，从而形成板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力横向电场，横向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、下两侧之间就会形成到平衡时，导体板上、下两侧之间就会形成稳定的电势差稳定的电势差栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 如图如图2所示，电路中所示，电路中有一段金属导体，它的横截有一段金属导体，它的横截面为边长等于面为边长等于a的正方形，放的正方形，放在沿

3、在沿x轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿y轴正方向、电流强度为轴正方向、电流强度为I的电流已知金属导的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量，电子电荷量为为e，金属导体导电过程中，自由电子所做的，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动定向移动可以认为是匀速运动,测出导体上、测出导体上、下两侧面间的电势差为下两侧面间的电势差为U.求：求：例例1图图2栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场(1)导体上、下侧面哪个电势较高？导体上、下侧面哪个电势较高？(2)磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度B是多少？是多少

4、？【精讲精析精讲精析】(1)因为电流向右，所以金属因为电流向右，所以金属导体中的电子向左运动，根据左手定则可知导体中的电子向左运动，根据左手定则可知电子受到的洛伦兹力向下，所以电子向下侧电子受到的洛伦兹力向下，所以电子向下侧面偏移，下侧面带负电荷，上侧面带正电荷面偏移，下侧面带负电荷，上侧面带正电荷,所以上侧面的电势较高所以上侧面的电势较高栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场速度选择器速度选择器如图如图3所示，如果电场强度所示，如果电场强度E和磁感应强度和磁感应强度B为定值，当为定值，当qEqvB时，粒子将沿图中时，粒子将沿图中的虚线匀速通过速度选择器，这样

5、，的虚线匀速通过速度选择器，这样，图图3栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 如图如图4所示为一速度选择器，内有一磁所示为一速度选择器，内有一磁感应强度为感应强度为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场、方向垂直纸面向外的匀强磁场,一束粒子流以速度一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经水平射入，为使粒子流经过磁场时不偏转过磁场时不偏转(不计重力不计重力)，则磁场区域内必，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于此电场场强须同时存在一个匀强电场，关于此电场场强大小和方向的说法中，正确的是大小和方向的说法中，正确的是()图图4例例2栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁

6、场A大小为大小为B/v，粒子带正电时，方向向上，粒子带正电时，方向向上B大小为大小为B/v，粒子带负电时，方向向上，粒子带负电时，方向向上C大小为大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷，方向向下，与粒子带何种电荷无关无关D大小为大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷，方向向上，与粒子带何种电荷无关无关栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【精讲精析精讲精析】当粒子所受的洛伦兹力和电当粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡时，粒子流匀速直线通过该区域，场力平衡时，粒子流匀速直线通过该区域，有有qvBqE，所以，所以EBv.假设粒子带正电，假设粒子带正电，则受向下的洛伦兹力，电场方向应该向上则受向下的洛伦兹

7、力，电场方向应该向上粒子带负电时，电场方向仍应向上故正确粒子带负电时，电场方向仍应向上故正确答案为答案为D.【答案答案】D栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场磁流体发电机磁流体发电机如图如图5表示出了它的发电原理：表示出了它的发电原理：将一束等离子体将一束等离子体(即高温下电即高温下电离的气体，含有大量带正电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体上来说是呈电中性和带负电的微粒，而从整体上来说是呈电中性)喷射入磁场，磁场中有两块金属板喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B,则高速则高速射入的离子在洛伦兹力的作用下向射入的离子在洛伦兹力的作用下向A、B两板聚两板聚集集,使两板间产生电势差使

8、两板间产生电势差图图5栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 若平行金属板间距为若平行金属板间距为d，匀强磁场的磁，匀强磁场的磁感应强度为感应强度为B，等离子体流速为，等离子体流速为v，气体从一，气体从一侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外侧面垂直磁场射入板间，不计气体电阻，外电路电阻为电路电阻为R，则两板间最大电压和可能达到，则两板间最大电压和可能达到的最大电流为多少？的最大电流为多少？例例3栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场图图6栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场电磁流量计电磁流量计如图如图7是电磁流量计的示是电磁流量计的示意图意图,在非磁性材料做成在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁

9、场的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的域时，测出管壁上的a、b两点间的电动势两点间的电动势E，就，就可以知道管中液体的流量可以知道管中液体的流量Q单位时间内流过单位时间内流过液体的体积液体的体积(m3/s)图图7栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场 如图如图8所示是电磁流量计的示意图，在所示是电磁流量计的示意图，在非磁性材料制成的圆管道外加一匀强磁场区非磁性材料制成的圆管道外加一匀强磁场区,当管中的导电液体流过此磁场区域时，小灯当管中的导电液体流过此磁场区域时，小灯泡就会发光泡就会发光,

10、如果导电液体流过磁场区域能使如果导电液体流过磁场区域能使图图8例例4栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场额定电压为额定电压为U3.0 V的小灯泡正常发光，已知的小灯泡正常发光，已知磁场的磁感应强度为磁场的磁感应强度为B0.20 T测得圆管的测得圆管的直径为直径为d0.10 m，导电液体的电阻忽略不计，导电液体的电阻忽略不计,又假设导电液体充满圆管流过，求管中液体又假设导电液体充满圆管流过，求管中液体流量流量Q(液体流量为单位时间内流过的液体体液体流量为单位时间内流过的液体体积积)的表达式及其数值为多少？的表达式及其数值为多少？栏目栏目导引导引第三章磁场第三章磁场【思路点拨思路点拨】解答本题应把握以下三点：解答本题应把握以下三点：(1)导电液体中的正、负离子在磁场中向上下导电液体中的正、负离子在磁场中向上下两侧