第一章 安培力与洛伦兹力 专题强化练2　洛伦兹力与现代科技（含解析）-2024春高中物理选择性必修2（人教版）

专题强化练2　洛伦兹力与现代科技
1．磁流体发电机是利用洛伦兹力的偏转作用发电的。如图所示，A、B是两块处在磁场中相互平行的金属板，一束在高温下形成的等离子束(气体在高温下发生电离，产生大量的带等量异种电荷的粒子)射入磁场。下列说法正确的是(　　)
A．B板是电源的正极
B．A板是电源的正极
C．电流从上往下流过电流表
D．等离子体中带正电荷的粒子受到竖直向上的洛伦兹力
2．(2023·北京海淀101中学高二期末)如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束粒子流以速度v水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转(不计重力)，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，下列关于此电场强度大小和方向的说法中，正确的是(　　)
A．大小为，粒子带正电时，方向向上
B．大小为，粒子带负电时，方向向下
C．大小为Bv，方向向下，与粒子带何种电荷无关
D．大小为Bv，方向向上，与粒子带何种电荷无关
3.(2022·宿迁市泗阳中学高二月考)如图为某电磁流量计的示意图，圆管由非磁性材料制成，空间有垂直于侧壁向里的匀强磁场。当管中的导电液体(带有大量正、负粒子)向右流过磁场区域时，测出管壁上M、N两点间的电势差U，就可以知道管中液体的流量Q(单位时间内流过管道横截面的液体体积)。若管的直径为d，磁感应强度为B，管中各处液体的流速相同。则(　　)
A．M点电势低于N点电势
B．保持B、d恒定，液体的流量Q越大，电势差U越小
C．保持Q、B恒定，管的直径d越大，电势差U越大
D．保持Q、d恒定，磁感应强度B越大，电势差U越大
4．(2023·南通市高二期中)如图所示，方形金属棒放在匀强磁场中，磁场方向垂直前后表面向外，金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应，a、b、c分别表示金属棒的长、宽、高，则(　　)
A．金属棒上表面的电势低于下表面的电势
B．仅增大金属棒长度a，霍尔电压将变小
C．仅增大金属棒宽度b，霍尔电压将变小
D．仅增大金属棒高度c，霍尔电压将变小
5.如图所示，在带电的两平行金属板间有相互垂直的匀强磁场和匀强电场，匀强磁场的磁感应强度为B，匀强电场的电场强度为E，现有一电子(不计重力)以速度v0平行金属板射入场区，则(　　)
A．若v0>，电子沿轨迹Ⅰ运动，出场区时速度v>v0
B．若v0>，电子沿轨迹Ⅱ运动，出场区时速度vC．若v0<，电子沿轨迹Ⅱ运动，出场区时速度v>v0
D．若v0<，电子沿轨迹Ⅰ运动，出场区时速度v6.医生做某些特殊手术时，会利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是匀强磁场。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正、负离子随血液一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作匀强电场，血液中的离子所受的静电力和洛伦兹力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.04 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为(　　)
A．1.3 m/s，a正、b负
B．2.7 m/s，a正、b负
C．1.3 m/s，a负、b正
D．2.7 m/s，a负、b正
7.(2023·盐城市伍佑中学高二月考)磁流体发电机的原理如图所示，将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场中，在间距为d的两平行金属板a、b间产生电动势。将其上下极板与阻值为R的定值电阻和电容为C的电容器相连，间距为L的电容器极板间有一带电微粒处于静止状态，不计其他电阻，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　)
A．平行金属板上极板比下极板电势高
B．磁流体发电机的电动势为BLv
C．电容器所带电荷量为CBLv
D．微粒的比荷＝
8．(2023·南通市海安高级中学高二月考)自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运行速率。如图甲所示，一块磁体安装在前轮上，轮子每转一圈，磁体就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。如图乙所示，电源输出电压为U1，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差U2(前表面的电势低于后表面的电势)。下列说法中错误的是(　　)
A．图乙中霍尔元件的载流子带负电
B．已知自行车车轮的半径，再根据单位时间内的脉冲数，即可获得车速大小
C．若传感器的电源输出电压U1变大，则霍尔电势差U2变大
D．若自行车的车速越大，则霍尔电势差U2越大
专题强化练2　洛伦兹力与现代科技
1．A　[根据左手定则可知，等离子体中带正电的粒子在磁场中将受到竖直向下的洛伦兹力从而向B板偏转，带负电的粒子将向A板偏转，因此B板将带正电，B板是电源的正极，而在外电路，电流是从正极流向负极的，因此，电流将从下往上流过电流表。故选A。]
2．D　[为使粒子流经磁场时不偏转(不计重力)，当粒子带正电时，所受洛伦兹力向下，则静电力方向应向上，电场方向向上，由平衡条件qvB＝qE，得E＝vB，A错误；
为使粒子流经磁场时不偏转(不计重力)，当粒子带负电时，所受洛伦兹力向上，则静电力方向应向下，电场方向向上，由平衡条件qvB＝qE，得E＝vB，B错误；
由A、B中分析可知，不论粒子带何种电荷，电场强度方向都向上，大小等于vB，粒子流经磁场时不偏转，C错误，D正确。]
3．D　[管中的导电液体向右流过磁场区域时，由左手定则，带电粒子在洛伦兹力的作用下，正粒子向上偏，负粒子向下偏，使上管壁带正电，下管壁带负电，所以M点电势高于N点电势，则A错误；两管壁最后电压稳定时，则由静电力与洛伦兹力平衡有qBv＝q ，Q＝vπd2，解得U＝，则保持B、d恒定，液体的流量Q越大，电势差U越大，保持Q、B恒定，管的直径d越大，电势差U越小，保持Q、d恒定，磁感应强度B越大，电势差U越大，所以B、C错误，D正确。]
4．C　[金属中的自由电荷是电子，电流方向从左向右，根据左手定则，电子受到的洛伦兹力方向向下，则金属棒上表面的电势高于下表面的电势，A错误；
根据evB＝e，I＝nevbc，解得U＝，可知霍尔电压与金属棒长度a、高度c无关，B、D错误；根据上述分析，仅增大金属棒宽度b，霍尔电压将变小，C正确。]
5．B　[电子进入场区，受到洛伦兹力与静电力作用，由左手定则判断可知，洛伦兹力方向向下，而静电力方向向上。若v0>，则qv0B>qE，即洛伦兹力大于静电力，电子向下偏转，沿轨迹Ⅱ运动，洛伦兹力不做功，而静电力对电子做负功，动能减小，速度减小，故速度vv0，C、D错误。]
6．A　[血液中正、负离子流动时，根据左手定则，正离子受到向上的洛伦兹力，负离子受到向下的洛伦兹力，所以正离子向上偏转，负离子向下偏转，则a极带正电，b极带负电；最终血液中的离子所受的静电力和洛伦兹力的合力为零，有q＝qvB，所以v＝＝ m/s≈1.3 m/s，故A正确，B、C、D错误。]
7．D　[将一束速度为v的等离子体垂直于磁场方向喷入磁感应强度为B的匀强磁场时，由左手定则可以判断正电荷受到的洛伦兹力向下，所以正电荷会聚集到下板上，负电荷受到的洛伦兹力向上，负电荷聚集到上板上，故平行金属板上极板比下极板电势低，故A错误；根据qvB＝q，可得磁流体发电机的电动势为E电＝Bdv，故B错误；电容器两端的电势差等于电源电动势，根据C＝＝，可得电容器所带电荷量为Q＝CBdv，故C错误；由于带电微粒处于静止状态，由平衡条件可得mg＝q，可得微粒的比荷＝，故D正确；]
8．D　[由题意可知，前表面的电势低于后表面的电势，结合左手定则可知，霍尔元件的电流I是由负电荷定向运动形成的，故A正确，不符合题意；根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮的角速度，最后由线速度公式v＝rω，结合车轮半径，即可求解车轮的速度大小，故B正确，不符合题意；根据题意，由平衡条件有qvB＝q，可得U2＝vdB，由电流的微观表达式I＝neSv，n是单位体积内的电子数，e是单个电子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是电子运动的速率，整理得v＝，联立解得U2＝，可知霍尔电势差U2与车速大小无关，故D错误，符合题意；由U2＝可知，若传感器的电源输出电压U1变大，那么电流I变大，则霍尔电势差U2将变大，故C正确，不符合题意。]