速度选择器、磁流体发电机专题
洛伦兹力在现代科技上的应用(正式)
B. a 处离子浓度大于b 处离子浓度
C. 溶液的上表面电势高于下表面电势 D. 溶液的上表面处 离子浓度大于下表面处 的离子浓度 c
N Z
y
B b d x
I
a
磁流体发电机
M v
电磁流量计
B b c
霍尔效应
N
a
ε=Ed=Bvd
（空心导体－
Ub U 1 IBd 1 IB Q vS H nq S nq b B
U U Bvq q v c Bc
B
Q 公式：
Ub Q vS B
c a
b
四、霍尔效应
1、定义：当通电的导体处在垂直于电流方向的 磁场中时，在导体的上、下表面产生电压 金属导体
I f
v
d
f
qE
E
2、哪一面电势高，与导电粒子的种类有关。
3、霍尔电压的计算式：
霍尔电压：UH=Bvd.
B d
直线加速器
最大直线加速器：
斯坦福大学
直线加速器
2英里长直线加速管
（2）、回旋加速器
直线加速器缺点： 体积大，占地大。
1932年美国科学家劳伦斯发明了回旋加速 器,1939年获得了诺贝尔物理学奖。
美国费米加速器实验室
北京正负电子对撞 机：能量达到3GeV
欧洲大型强子对撞机（LHC）是最大的粒子加速器，
故总时间==磁场时间。
3、匀速圆周运动的最大半径=D形盒的半径。 4、在粒子的质量、电荷量确定的情节下，粒子的最
大动能只与D形盒的半径R和磁感应强度B有关，与加
速电压U无关。
（1）.直线加速器
+
+
专题5速度选择器与磁流体发电机(解析版)
专题五速度选择器与磁流体发电机基本知识点1．速度选择器：(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直，这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器时的速度是v＝EB.(见下图)2．速度选择器的工作原理（1）粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和磁场力作用。
（2）粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和洛伦兹力平衡：qE=qvB，解得v=EB，速度大小只有满足v=EB的粒子才能做匀速直线运动。
若v＜EB，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加．若v＞EB，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．3．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．(2)根据左手定则，如下图中的B板是发电机正极．(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，则两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv.4．磁流体发电机的工作原理将等离子气体垂直于磁场方向喷入匀强磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A 、B 板上，产生电势差．设平行金属板A 、B 的面积为S ，相距L ，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速率为v ，板间磁场的磁感应强度为B ，板外电阻为R ，当正、负离子受到的洛伦兹力和静电力大小相等时，匀速通过A 、B 板间，此时A 、B 板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，大小即为电源的电动势E ．沿从S 极向N 极方向观察，电路如图乙所示，此时：q E L ＝Bq v ，则电动势E ＝BL v ，电源内阻r ＝ρL S由闭合电路欧姆定律知，通过R 的电流I ＝E R ＋r ＝BL v R ＋ρL S ＝BL v S RS ＋ρL ． 例题分析一、速度选择器例1 如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图。
K 为电子枪，由枪中沿KA 方向射出的电子，速率大小不一。
当电子通过方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S 。
高中物理选修二 学习笔记 第1章 专题强化2 洛伦兹力与现代科技
专题强化2 洛伦兹力与现代科技[学习目标] 1.知道速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理(重点)。
2.学会应用工作原理解决实际问题(难点)。
一、速度选择器速度选择器是近代物理学研究中常用的一种实验工具，其功能是可以选择某种速度的带电粒子。
如图，两极板间存在匀强电场和匀强磁场，二者方向互相垂直，带电粒子从左侧射入，不计粒子重力。
1．带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是____________，即v ＝________。
2．速度选择器中偏转情况：(1)当v ＞E B时，粒子向________方向偏转，F 电做________功，粒子的动能________，电势能________。
(2)当v ＜E B时，粒子向________方向偏转，F 电做________功，粒子的动能________，电势能________。
某粒子在速度选择器中匀速运动，若只改变其电性或电荷量，粒子能否匀速通过？ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________例1 (多选)(2023·唐山市开滦第一中学统考期末)如图所示为一速度选择器的原理图。
K 为电子枪(加速电压为U )，由枪中沿KA 方向射出的电子(电荷量大小为e ，质量为m ，不计电子重力)，速率大小不一，当电子通过方向互相垂直的匀强电场(场强为E )和匀强磁场(磁感应强度为B )后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔S ，下列说法正确的是( )A ．磁场方向必须垂直纸面向外B ．只有当加速电压U ＝mE 22eB 2时，才有电子从S 射出C ．只有带负电的粒子(不计重力)才能通过此速度选择器D ．在相互垂直的电场和磁场中，只有电子速度满足v ＝E B时才能通过小孔S 二、磁流体发电机磁流体发电机的发电原理图如图甲所示，其平面图如图乙所示。
与洛伦兹相关的多种科学仪器
4.霍尔效应 如图所示，在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流体，当磁场方向与 电流方向垂直时，形成电流的载流子受洛伦兹力的作用发生偏转，导 致导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差.这个现象称 为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压.当载流子不 偏转时，即所受洛伦兹力与电场力平衡时，霍尔电压达到稳定值.
为U。若A处粒子源产生的粒子（初速度为0）质量为m、电荷量为＋q，在加速器中
被加速，加速过程中不考虑重力的影响。则下列说法正确的是
A．粒子被加速后的最大速度不可能超过 2πRf B．粒子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比
C．粒子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 2 ：1
D．若考虑相对论效应，速率接近光速时粒子的质量会随速率有显著增加
如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒， 两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连21H.现分别加42H速e 氘核 ( )和氦核( ).下列说法中正确的是( ) A.它们的最大速度相同 B.它们的最大动能相同 C.两次所接高频电源的频率不相同 D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差 为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的 方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。 （1）求粒子进入磁场时的速率。 （2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。
质谱仪 通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷
或质量及分析同位素的仪器.
练：氘核和α 粒子，从静止开始经相同电场加速后， 垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子 的动能之比为多少？ 轨道半径之比为多少？ 周期之比为多少？
洛伦兹力与现代科技(核心考点精讲精练)(解析版)—2025年高考物理一轮复习
洛伦兹力与现代科技（核心考点精讲精练）1. 高考真题考点分布题型考点考查考题统计选择题速度选择器2024年江西卷计算题质谱仪2024年甘肃卷选择题磁流体发电机2024年湖北卷2. 命题规律及备考策略【命题规律】高考对洛伦兹力与现代科技的考查除了几个省份有考查以外，其他省份考查频度不是太高，题目多以选择题或计算题的形式出现，选择题大多较为简单，计算题难度较大。
【备考策略】1.理解和掌握电磁场中各类仪器的原理。
2.能够利用电磁场中各类仪器的工作原理处理有关问题。
【命题预测】重点关注生活和科学领域中与洛伦兹力有关的新技术的应用，明确应用的原理。
考点一 电磁组合场中的各类仪器（1）作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。
（2）原理(如图所示)①加速电场：qU ＝12mv 2。
②偏转磁场：qvB ＝mv 2r ，l ＝2r ，由以上两式可得r ＝1Bm ＝qr 2B 22U ，q m ＝2UB2r 2。
1．如图所示为质谱仪原理示意图。
由粒子源射出的不同粒子先进入速度选择器，部分粒子沿直线通过速度选择器的小孔进入偏转磁场，最后打在MN 之间的照相底片上。
已知速度选择器内的电场的场强为E ，磁场磁感应强度为B 0，偏转磁场的磁感应强度为2B 0，S 1、S 2、S 3是三种不同的粒子在照相底片上打出的点。
忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用，下列说法正确的是（ ）A ．打在S 3位置的粒子速度最大B ．打在S 1位置的粒子速度最大C ．如果射入偏转磁场的粒子质量为m 、电荷量为q ，则粒子的轨迹半径为2mEqB D ．如果氕（11H ）核和氘（21H ）核都进入偏转磁场，则其在磁场中运动的时间之比为1：2【答案】D【详解】AB ．粒子在速度选择器中做匀速直线运动，所以受力平衡，则0qE qvB =解得0Ev B =所以打在S 1、S 2、S 3三点的粒子的速度相等，故AB 错误；C ．粒子进入磁场时的速率为0Ev B =，粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则202v qv B m r ´=解得粒子在磁场中运动的轨道半径202mE r qB =故C 错误；D ．带电粒子在偏转磁场中做圆周运动的周期2mT qBπ=氕核和氘核在磁场中均运动半个周期，则氕核和氘核在磁场中运动的时间之比11222112t m q t m q ¢==故D 正确。
一质谱仪、速度选择器、回旋加速器、阴极射线管、示波管-霍尔效应-电磁流量计、磁流体发动机-磁流体发电机
一质谱仪、速度选择器、回旋加速器、阴极射线管、示波管-霍尔效应-电磁流量计、磁流体发动机-磁流体发电机似平抛运动D 、若质子的速度V'>V ，它将向上偏转，其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线二.质谱仪组成：离子源O ，加速场U ，速度选择器（E,B ），偏转场B2，胶片．原理：加速场中qU=½mv 2 选择器中:v=E/B 1 偏转场中:d ＝2r ，qvB 2＝mv 2/r比荷:122q E m B B d =质量122B B dq m E =作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素．1(单)如图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。
速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E 。
平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A1A2。
平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场。
下列表述不正确的是（ ）A ．质谱仪是分析同位素的重要工具B ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E/BD ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小2(单)如图，一束质量、速度和电量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转．如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入后一磁场的离子，可得出结论 ( )A ．它们的动能一定各不相同B ．它们的电量一定各不相同C ．它们的质量一定各不相同D ．它们的电量与质量之比一定各不相同3(单)如图所示，有a 、b 、c 、d 四种离子，它们带等量同种电荷，质量不等，d c b a m m m m =<=，以不等的速率d c b a v v v v <=<进入速度选择器后，有两种从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定( )A．射向P1的是a离子B．射向P2的是b离子C．射到A1的是c离子D．射到A2的是d离子3，解析：带等量同种电荷的离子在偏转磁场B2总向右偏，离子在刚进入受的洛仑磁力向右，用左手定则可判定离子带正电三,回旋回旋器（1）构造：如图8-3-3所示，D1、D2是两个半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。
物理21.速度选择器、磁流体发电机、霍尔元件的区别
预期结果
通过狭缝后粒子的速度
经过偏转后两板间电势差
经过偏转后两侧面间电势差
决定因素
预加的场B、E：
预加磁场B、两板间距d、磁流体速度v：
预加磁场B、预加电流I、导体（载流子正负、载流子数密度n、垂直工作面的导体厚度h）：
速度选择器、磁流体发电机、霍尔元件的区别
速度选择器
磁流体发电机（电磁流量计）霍尔源自件仪器结构一个狭缝
两块极板
一块导体
预加的场
正交的电场与磁场
磁场
恒定电场（电流）、磁场
作用对象
单个的带电粒子
大量的自由正负离子
导体中的载流子
偏转情况
速度偏大或偏小，粒子的正负，都将导致粒子偏转方向相反
在稳定前，正负离子偏转方向相反，稳定后粒子不再偏转
磁场与现代科技
一、速度选择器磁场与现代科技必须满足平衡条件：qvB=qE，故v=E/B这样就把满足v=E/B的粒子从速度选择器中选择出来。
如图所示，由所受重力可以忽略不计，运动方向相同而速率不同的正离子组成的粒子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的区域，已知电场强度大小为E方向向下；磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，若粒子运动轨迹不发生偏折(重力不计) 带电粒子不发生偏折的条件跟粒子的质量、所带电量均无关，跟粒子所带电荷的正负也无关，只跟粒子的速度有关。
且对速度的方向进行选择，如图若从右侧入射则不能射出场区。
注意：⑴任何一个存在正交电场和磁场的空间都可看作速度选择器。
⑵速度选择器只选择速度大小而不选择粒子的种类。
即只要，粒子能沿直线匀速通过选择器，而与粒子的电性、电量、质量无关。
(不计重力)⑶对于某一确定的速度选择器，有确定的入口和出口，在如图所示的选择器中，入口在左端，出口在右端，若带电粒子从右端射入时，由于洛伦兹力和电场力同向，粒子必发生偏转。
【例1】如图所示，a、b是一对平行金属板，板间存在着方向竖直向下的匀强电场及方向垂直纸面向里的匀强磁场，一个不计重力的带电粒子从两板左侧正中位置以初速度v沿平行于金属板的方向射入场区。
若撤去磁场，电场保持不变，则带电粒子进入场区后将向上偏转，并恰好从a板的右边边缘处飞出；若撤去电场，【例1】磁场保持不变，则带电粒子进入场区后将向下偏转，并恰好从b板的右边边缘处飞出。
现电场和磁场同时存在，下面的判断中哪个正确？( )A．带电粒子将做匀速直线运动B．带电粒子将偏向a板一方做曲线运动C．带电粒子将偏向b板一方做曲线运动D．无法确定带电粒子做哪种运动二、质谱仪如图所示，离子源S产生质量为m，电量为q正离子(所受重力不计)。
离子出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U电场加速后进入磁感应强度为B匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期打到胶片上的某点。
测出该圆周的半径r即可求得粒子的荷质比。
洛伦兹力作用下的实际应用问题
一、速度选择器
二、质谱仪 1.荷质比的概念：带电粒子的电荷与质量之比。它 是带电粒子的基本参量。
2.结构 ：
A：电离室:S1—S2：加速电场 S2—S3：速度选择器
B：匀强磁场
D：照相底片
3、原理：
（1）加速电场：使带电粒子
加速
加速：qU 1 mv2 2
v=
2qU m
（2）偏转磁场区：使带电粒子
轨迹发生偏转，并被拍照.
偏转半径 r=mv/qB=
2mU qB2
4、质谱仪：精密测量带电粒子质量和分析同位素 （测荷质比）的仪器（最初由汤姆生发现） 。
例：A、B是两种同位素的原子核，他们具有相同的电荷、不 同的质量。为测定他们的质量比，使他们从质谱仪的同一加 速电场由静止开始加速，然后沿着与磁场垂直的方向进入同 一匀强电场，打到照相底片上。如果从底片上获知A、B在磁 场中运动轨迹的直径之比为1.08:1，求A、B的质量之比。
导学P98页第21题
九、极光
洛伦兹力的作用
• 从太阳或其他星体上， 时刻都有大量的高能粒 子流放出，称为宇宙射 线。这些高能粒子流， 如果都到达地球，将对 地球上的生物带来危害。庆幸的是，地球周围 存在地磁场，改变了宇宙射线中带电粒子的运 动方向，对宇宙射线起了一定的阻挡作用。
以正电荷为例
+
+
2nmu qB2
最终：盒的空间有限
Rmax
mvmax qB
R盒
得vmax
BqR盒 m
b：最大动能
vmax取决于B，R,q m与u无关
EK max
1 2
mv2max
q2B2R2 2m
EK max取决于B，R,q B 与u无关
速度选择器
习题课：洛仑兹力的应用教学目标 1、熟练地应用左手定则判断洛伦兹力的方向。
2、较熟练地解决洛伦兹力作用下的问题。
教学重、难点 左手定则以及洛伦兹力计算公式的应用教学方法 练习、讨论等典型问题分析一、速度选择器例题1、如图所示，由于电子等基本粒子所受重力可忽略不计，运动方向相同而速率不同的正离子组成的离子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区，已知电场强度大小为E 、方向向下，磁场的磁感强度为B ，方向垂直于纸面向里，若粒子的运动轨迹不发生偏转（重力不计），必须满足平衡条件：___________，故v=_____，这样就把满足v=________的粒子从速度选择器中选择了出来。
带电粒子不发生偏转的条件跟__________、_________、________均无关，只跟粒子的________有关，且对_______的方向进行选择。
若粒子从图中右侧入射能否穿出场区？________练习1：在方向如图所示的匀强电场（场强为E ）和匀强磁场（磁感应强度为B ）共存的场区，一电子沿垂直电场线和磁感线方向以速度v 0 射入场区，则 （ ）A ．若v 0 ＞E/B ，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v ＞v 0B ．若v 0 ＞E/B ，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v ＜v 0C ．若v 0 ＜E/B ，电子沿轨迹Ⅰ运动，射出场区时，速度v ＞v 0D ．若v 0 ＜E/B ，电子沿轨迹Ⅱ运动，射出场区时，速度v ＜v 0二、磁流体发电机从发电的机理上讲，磁流体发电与普通发电一样，都是根据法拉第电磁感应定律获得电能。
所不同的是，磁流体发电是以高温的导电流体（在工程技术上常用等离子体）高速通过磁场，以导电的流体切割磁感线产生电动势。
这时，导电的流体起到了金属导线的作用。
其原理如图所示。
例 2.磁流体发电中所采用的导电流体一般是导电的气体，也可以是液态金属。
我们知道，常温下的气体是绝缘体，只有在很高的温度下，例如6000K 以上，才能电离，才能导电。
高二物理专题练习-习题课--带电粒子在复合场中的运动
考点四霍尔效应6.据报道，我国最近实施的“双星”计划所发射的卫星中放置一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度等研究项目。
磁强计的原理如图所示，电路中有一段金属导体，它的横截面是宽为a 、高为b 的长方形，放在沿y 轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x 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 ，电子电量为e 。
金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动。
测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U 。
（1）金属导体前后两个侧面哪个电势较高？ （2）求磁场磁感应强度B 的大小。
考点五 带电体在复合场中的运动7.如图所示，在矩形ABCD 区域内，对角线BD 以上的区域存在有平行于AD 向下的匀强电场，对角线BD 以下的区域存在有垂直于纸面的匀强磁场（图中未标出），矩形AD 边长为L ，AB 边长为2L 。
一个质量为m 、电荷量为+q 的带电粒子（重力不计）以初速度v 0从A 点沿AB 方向进入电场，在对角线BD 的中点P 处进入磁场，并从DC 边上以垂直于DC 边的速度离开磁场（图中未画出），求：（1）电场强度E 的大小和带电粒子经过P 点时速度v 的大小和方向；（2）磁场的磁感应强度B 的大小和方向。
8.如图所示的平面直角坐标系xOy ，在第Ⅰ象限内有平行于y 轴的匀强电场，方向沿y 正方向；在第Ⅳ象限的正三角形abc 区域内有匀强磁场，方向垂直于xOy 平面向里，正三角形边长为L ，且ab 边与y 轴平行．一质量为m 、电荷量为q 的粒子，从y 轴上的p （0，h ）点，以大小为v 0的速度沿x 轴正方向射入电场，通过电场后从x 轴上的a （2h ，0）点进入第Ⅳ象限，又经过磁场从y 轴上的某点进入第Ⅲ象限，且速度与y 轴负方向成45°角，不计粒子所受的重力．求：（1）电场强度E 的大小；（2）粒子到达a 点时速度的大小和方向； （3）abc 区域内磁场的磁感应强度B 的最小值．电场的方向竖直向下，有一正离子恰能以速率从右向左飞入，则该电子将向从右向左飞入，则该电子将向取＝方向两两垂直，如图所示。
高中物理 磁流体发电机,速度选择器,霍尔效应知识精讲 新人教版
电场与磁场在实际中的应用知识体系： 一 速度选择器1.如图所示,一束质量、速度和电荷量不同的正离子垂直地射入匀强磁场和 匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保持原来的运动方向,有些未发生任何偏转.如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,对这些进入另一磁场的离子,可得出结论（ ）A .它们的动能一定各不相同B .它们的电荷量一定各不相同C .它们的质量一定各不相同D .它们的电荷量与质量之比一定各不相同答案 D二 质谱仪S 产生出来的正离子初速度为零,经过加速电场加速后,进入一平行板电容器C 中,电场强度为E 的电场和磁感应强度为B 1的磁场相互垂直,具有某一速度的离子将沿图中所示的直线穿过两板间的空间而不发生偏转,再进入磁感应强度为B 2的匀强磁场,最后打在记录它的照相底片上的PP 点到入口处S 1的距离为s ,证明离子的质量为m =EsB qB 221. 答案 离子被加速后进入平行板电容器,受到的水平的电场力和洛伦兹力平衡才能够竖直向上进入上面的匀强磁场,由qvB 1=qE 得v =E/B 1,在匀强磁场中22qB m s v,将v 代入,可得m =Es B qB 221. 三 回旋加速器3.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D 形金属盒q ,质量为m ,粒子最大回转半径R m ,其运动轨迹如图所示. 求:（1）两个D 形盒内有无电场? （2）离子在D 形盒内做何种运动? （3）所加交流电频率是多大?（4）离子离开加速器的速度为多大?最大动能为多少? 答案 （1）无电场（2）做匀速圆周运动,每次加速之后半径变大 （3）m qBπ2 （4）mqBR m m R B q 2m 222四 霍尔效应4.如图所示,厚度为h 、宽度为d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A 和下侧面A ′之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U 、电流I 和B 的关系为U =kdIB.式中的比例系数kI 是由电子的定向流动形成的,电子的平均定向速度为v ,电荷量为e ,回答下列问题:（1）达到稳定状态时,导体板上侧面A 的电势 下侧面A ′的电势（填“高于”“低于”或“等于”）;（2）电子所受的洛伦兹力的大小为 ;（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U 时,电子所受静电力的大小为 ; （4）由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k =ne1,其中n 代表导体板单位体积中电子的个数.答案 （1）低于 （2）evB （3）ehU （4）由F =F 电得evB =ehUU =hvB 导体中通过的电流I=nev ·d ·h 由U =k d IB 得hvB =k d IB =k dv dhB ne 得k =ne1 五：磁流体发电机5.目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机,它可以把气体的内能直 接转化为电能.如图所示为它的发电原理图.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,从整体上来说呈电中性）喷射入磁感应强度为B 的匀强磁场,磁场中有两块面积为S ,相距为d 的平行金属板与外电阻Rv ,气体的电导率（电阻率的倒数）为g ,则流过外电阻R 的电流强度I 及电流方向为 （ ）A .I =RBd v,A →R →B B .I =gdSR SBd +v ,B →R →AC .I =RBd v,B →R →AD .I =dgSR SgBd +v ,A →R →B答案 D六：电磁流量计6.电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）.为了简化,假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道,其中空部分的长、宽、高分别为图中的a 、b 、cB 的匀强磁场,磁场方向垂直于前后两面.当导电流体稳定地流经流量计时,在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接,Iρ,不计电流表的内阻,则可求得流量为（ ） A .)(acbR B I ρ+ B .)(cb aR B I ρ+C . )(ba cR BIρ+D .)(acR B I ρ+ 答案 A练习：电磁场在科学技术中的应用1．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。
高中物理科技的理解应用(速度选择器、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机等)学生版
物理科技的理解应用(速度选择器、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机)考点考向题型分布物理科技的理解应用(速度选择器、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机等)考向1：速度选择器考向2：质谱仪考向3：回旋加速器考向4：霍尔元件考向5：电磁流量计考向6：磁流体发电机10单选+7多选+3计算考点01物理科技的理解应用(速度选择器、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件、电磁流量计、磁流体发电机等)(10单选+7多选+3计算)1.(2024·北京昌平·二模)如图所示，水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。
一带电粒子(重力不计)从M 点沿水平方向射入到两板之间，恰好沿直线从N 点射出。
电场强度为E ，磁感应强度为B 。
下列说法正确的是( )。
A.粒子一定带正电B.粒子射入的速度大小v =B EC.若只改变粒子射入速度的大小，其运动轨迹为曲线D.若粒子从N 点沿水平方向射入，其运动轨迹为直线2.(2024·江西鹰潭·模拟预测)第十四届夏季达沃斯论坛发布2023年度突破性技术榜单，列出最有潜力对世界产生积极影响的十大技术，这些新技术的应用正在给我们的生活带来潜移默化的改变。
磁流体发电技术是目前世界上正在研究的新兴技术。
如图所示是磁流体发电机示意图，相距为d 的平行金属板A 、B 之间的磁场可看作匀强磁场，磁感应强度大小为B ，等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)以速度v 垂直于B 且平行于板面的方向进入磁场。
金属板A 、B 和等离子体整体可以看作一个直流电源。
将金属板A 、B 与电阻R 相连，当发电机稳定发电时，假设两板间磁流体的等效电阻为r ，则A 、B 两金属板间的电势差为()A.B d v R +r RB.3B d v 2(R +r )RC.2B d v R +rR D.5B d v 2(R +r )R 3.(2024·广东东莞·模拟预测)关于下列四幅图理解正确的是()A.甲图中干电池的电动势为1.5V ，则通过电源的电荷量为1C 时，电源内静电力做功为1.5JB.乙图中等离子体进入上、下极板之间后上极板A 带正电C.丙图中通过励磁线圈的电流越大，电子的运动径迹半径越小D.丁图中回旋加速器带电粒子的最大动能与加速电压的大小有关4.(2024·北京海淀·模拟预测)磁流体发电的原理如图所示。
电子仪器模型大盘点(解析版)
电子仪器模型大盘点目录一、电容器模型二．质谱仪模型三．回旋加速器模型四．速度选择器模型五．磁流体发电机模型六．电磁流量计模型七．霍尔元件模型八．电子感应加速器模型一、电容器模型1.电容器(1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。
(2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。
(3)电容器的充、放电①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。
②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。
2.电容定义电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比定义式C=QU；单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。
1F=106μF=1012pF意义表示电容器容纳电荷本领的高低决定因素由电容器本身物理条件(大小、形状、相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关3.平行板电容器的电容(1)决定因素：极板的正对面积，电介质的相对介电常数，两板间的距离。
(2)决定式：C=εr S4πkd。
4.动态分析的思路5.两类动态分析的比较二．质谱仪模型(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU =12mv 2。
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB =m v2r 。
由以上两式可得r =1B 2mU q ，m =qr 2B 22U ，q m =2U B 2r2。
三．回旋加速器模型(1)构造：如图所示，D 1、D 2是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中。
(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB =mv2R ，得E km =q 2B 2R 22m ，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B 和D 形盒半径R 决定，与加速电压无关。
四．速度选择器模型1.原理：平行板中匀强电场E 和匀强磁场B 互相垂直。
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A
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A
的匀强磁场，磁感强度为B。现测得液体a、b两 点间的电势差为 U（ a、b为流量计上下表面的
两点），求管内导电液体的流量Q。
a ____ ____
_ 导电液体
U
EB
+
a 液体
++++++++
b
Bqv Eq Uq
b
d
vE U B Bd
Q V vtd 2 Ud tt B
图9-31
— v<E/B
FB
F
f E
f v>E/B
+
v=E/B
练习: 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少了，
为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的
情况下，可采取的办法是：
BC
A.增大粒子射入时的速度
B.减小磁场的磁感应强度
C.增大电场的电场强度
积（m3/s）。已知管的直径为D，磁感应强度为B，试
推出Q与U的关系表达式。
× d×
×
×××b··a×××
× × ×
× ×导电 ×液
体
Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd
流量：Q=Sv=πdU/4B
若管道为其他形状,如矩形呢?
例：如图9-31所示为一电磁流量计的示意图，截 面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电 液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里
原理
• Eq=Bqv
B
d
正图中AB板哪一 个是电源的正极？
B板
2、此发电机的电 动势？（两板距离 为d，磁感应强度 为B，等离子速度 为v，电量为q）
Eq=Bqv
电动势：E’=Ed=Bvd
电流：I=E’/（R+r） 流体为：等离子束
目的：发电
练习：如图所示是等离子体发电机的示意图，平 行金属板间的匀强磁场的磁感应强度B=0.5T， 两板间距离为20㎝，要使AB端的输出电压为 220V，则等离子垂直射入磁场的速度为多少？
V2
B
UH
d
b
VFF1emvEH
V2
霍耳 I
霍尔元件
b
a
A
B
I
A
A
I
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f
f
f
v
vv
vv
v
v
v vv
vv
电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗？
速度选择器：
1.速度选择器只选择速度，与电荷的正负无关；
2. 带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能
匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。 否则偏转。
＋＋＋＋＋＋＋
3.注意电场和磁场的方向搭配。
v
若速度小于这一速度？
－－－－―――
电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，
q U qvB d
代入数据得v=2200m/s
电流的方向如何？ 由B到A
磁流体发电机
原理是：等离子气体喷入磁场， 正、负离子在洛仑兹力作用下 发生偏转而聚集到A、B板上， 产生电势差.
设A、B平行金属板的面积为S，相距L，等离子体 的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁 感强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通 过A、B板间时，A、B板上聚焦的电荷最多，板间 电势差最大，即为电源电动势，此时通过R的电流 是多大？
知识点六、 霍耳（E.C.Hall)效应
在一个通有电流的导体板上，垂直于板面 施加一磁场，则平行磁场的两面出现一个电 势差，这一现象是1879年美国物理学家霍耳 发现的，称为霍耳效应。该电势差称为霍耳 电势差 。
B
UH
d
b
vVF1mEH
I
Fe
知识点一.速度选择器
在如图所示的平行板器件中，
B E 电场强度 和磁感应强度 相互垂
直，具有不同水平速度的带电粒子 射入后发生偏转的情况不同。
这种装置能把具有某一特定速度 的粒子选择出来，匀速（或者说沿 直线）通过,所以叫速度选择器。
在电、磁场中，若不计重力，则： Eq=Bqv即v=E/B
思考 ：其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？
D.改变粒子的带电性质
2．如图所示是粒子速度选择器的原理图，如果粒子所
具有的速率v=E/B，那么: ( c )
A．带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿 直线通过 B. 带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿 直线通过 C．不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都 能沿直线通过 D. 不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都 能沿直线通过
3：正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和 电场强度分别为B和E，一带电的粒子，以速度
v1垂直射入，而以速度v2射出，则（ BC） A.v1=E/B v2＜v1 B.v1＞E/B, v2＜v1 C.v1＜E/B v2＞v1 D.v1＞E/B .v2＞v1
qBv Eq
qEBqv
2.磁流体发电机
磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内 能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板A、 B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下 电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场， AB两板间便产生电压。如果把AB和用电器连接，AB就 是一个直流电源的两个电极。
B LI
S
E, r
电源内电阻r=ρL/s
IR
E 场q=BqV，E场=BV
电动势E= E场L=BLV
电源内电阻r=ρ
L S
R中电流I=
E R＋r
=
BLV
R ＋ρ
L S
=
BLVS RS＋ ρL
知识点五、电磁流量计
流体为：导电液体
目的：测流量
图是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管 道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁 场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势U，就可 以知道管中液体的流量Q---单位时间内流过液体的体
电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大；
若大于这一速度？
将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小， 洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。
速度选择器
•当F=f时，Eq=Bqv即：v=E/B时，粒子作匀速直线运动。 •当F<f时，Eq<Bqv即：v>E/B时，粒子向下偏。 •当F>f时，Eq>Bqv即：v<E/B时，粒子向上偏。