专题5：洛伦兹力与现代科技.ppt

1、洛仑兹力在现代科技中的应用,罗田县第一中学 周志文,对于电磁场技术的应用问题是近几年高考中的热点，分析近几年的高考试题，可以发现对该考点的命题有以下规律： 以计算题的形式进行考查，往往以电磁技术的应用为背景材料，联系实际考查学以致用的能力，一般出现在压轴题中 有时出现在选择题中，给出一段技术应用的背景材料，考查带电粒子在场中的运动规律及特点 电磁场技术的应用问题解题方法 (1)弄清技术应用中的工作原理属于复合场中的平衡问题还是组合场中的周期性加速问题将问题分类，分别处理 (2)对带电粒子进行准确的受力分析和运动规律的分析 (3)应用运动学公式、牛顿运动定律和功能关系进行求解,1磁流体发电是一项

2、新兴技术，它可把内能直接转化为电能 2等离子体即高温下电离的气体，含有大量带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。 3磁流体发电机两极板间的距离为d，等粒子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则发电机的电动势EBdv。 4A、B平行金属板的面积为S，板间距离为d，等离子体的电阻率为，则发电机的内阻r=d/s。 5. 板外电阻为R,开关闭合后，回路中的电流,一、磁流体发电机,【例题】,练习： 磁流体发电机可以把气体的内能直接转化为电能，是一种低碳环保发电机，有着广泛的发展前景，其发电原理示意图如图所示，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，整体上呈电中性)喷射入磁感应强度为

3、B的匀强磁场中，磁场区域由两块面积为S、相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为，则(),D,【例题】如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向右流动。磁感应强度为B的匀强磁场垂直液体流动方向而穿过一段圆形管道。,二、电磁流量计,1a、b间存在电势差，a点的电势高。,2稳定后，测得管壁内a、b两点的电势差为U，可求管中液体的流量 。,练习：一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管两侧分别安装电极并加磁场，设血管直径为2.0mm，磁场的磁感应强感度为0.1T，电压表测出的电压为0.1mV，则血流速度大小为

4、_m/s.,2、污水流量计:,1、电磁血流计：,0.5,练习：技术人员在化工厂排污管末端安装了如图所示流量计，该装置由绝缘材料制成，左右两端开口，垂直于上下底面方向加匀强磁场B，前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U若用Q表示污水流量，下列说法中正确的是 （ ） A后表面的电势一定高于前表面 B若污水中正负离子数相同，则前 后表面电势差为0 C流量Q越大，两电极间电压U越大 D污水中离子数越多，两电极间 电压U越大,AC,【例题】厚度为h、宽度为d的金属板放在垂直于磁感应强度为B的匀强磁场中，已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电

5、子电量为e，当电流 I 流过导体,三、霍尔效应,1、稳定时，导体板上侧面A的电势低于下侧面A的电势。,练习：如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面为边长等于a的正方形，放在沿x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I的电流已知金属导体单位体积中的自由电子数为n，电子电荷量为e，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，测出导体上、下两侧面间的电势差为U.求： (1)导体上、下侧面哪个电势较高？ (2)磁场的磁感应强度B是多少？,练习：在翻盖手机中，经常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序如图是霍尔元件示意图，磁场方向垂直于霍尔元件工作面，通入图示方

6、向的电流I，MN两端会形成电势差UMN，下列说法正确的是() A电势差UMN仅与材料有关 B若霍尔元件的载流子是 自由电子，则电势差UMN0 C仅增大M、N间的宽度，电势差UMN变大 D通过控制磁感应强度可以改变电势差UMN,练习：如图所示，在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减小了，为了使粒子射出时比射入时的动能增大，在不计重力的情况下，可采取的方法是（其它条件不变）（） A减小粒子射入时的速度 B增大磁场的磁感应强度 C增大电场的电场强度 D改变粒子的带电性质,AC,五、质谱仪 1.荷质比（比荷）的概念：带电粒子的电荷与质量

7、之比。它是带电粒子的基本参量。 2.测定荷质比（比荷）的装置质谱仪（最初由汤姆生发现的）。,练习：质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断( ),A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小 C、只要x相同，则离子质量一定相同 D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同,AD,六、回旋加速器 回旋加速器是原子核物理学中获得高速粒子的一种装置。回旋加速器的核心部分

8、为D形盒，它的形状有如扁圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母“D”的形状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质子、氘核或粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源，于是在缝隙里形成一个交变电场。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D形盒的底面。,练习：图为一种获得高能粒子的装置。环行区域内存在垂直纸面向外的、大小可调节的均匀磁场。质量为m，电量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板。原来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子

9、离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而半径不变。 （1）t=0时粒子静止在A板小孔处，在电场力作用下加速，并绕行第一圈。求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能EK总 （2）为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，求粒子绕行第n圈时的磁感应强度Bn （3）求粒子绕行n圈所需的总时间tn（设极板间距远小于R）,七、显像管 构造：一个阴极射线管和偏转线圈的组合，阴极射线管内有电子枪和荧光屏。 原理：阴极发射电子，经过偏转线圈（偏转线圈产生的磁场和电子运动方向垂直），电子受洛伦兹力发生偏转，偏转后的电子打在荧光屏上，使荧光屏发光。,练习：在图甲中，线圈B中不加电流，电子在电场中加速后，不偏转打在坐标原点O，使屏幕中央形成亮点，现在B处加沿Z轴方向的偏转磁场，亮点将偏离原点O打在X轴上的某一点，偏离方向和大小均依赖于磁感应强度B。今使屏上出现沿X轴一条贯穿全屏的水平亮线（电子束水平扫描），则偏转磁感应强度是按图乙中哪个规律变化（ ）,A,八、电磁泵 在原子反应堆中抽动液态金属在医疗器械中抽动血液等导电液体时，由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵，如图所示这种电磁泵的结构，将导管放在磁场中，当电流穿过