综合·融通(二) 洛伦兹力与现代科技
(融会课—主题串知综合应用)
通过本节课的学习掌握速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理；学会在一些科技元件中应用工作原理解决实际问题的方法。
主题(一) 速度选择器
1．装置及要求
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，带电粒子从左侧平行于极板射入，不计粒子重力。
2．工作原理：带电粒子沿虚线做匀速直线运动时，受到的静电力和洛伦兹力大小相等、方向相反，有qE＝qvB，得v＝。
3．速度选择器的特点
(1)速度的大小v＝，速度选择器只对选择的粒子的速度有要求，而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求。
(2)当v>时，粒子向F洛方向偏转，F电做负功，粒子的动能减小，电势能增大。
(3)当v<时，粒子向F电方向偏转，F电做正功，粒子的动能增大，电势能减小。
(4)速度选择器只能单向选择：若粒子从另一方向射入，则不能穿出速度选择器。
[例1] 如图所示，两个平行金属板M、N间为一个正交的匀强电场和匀强磁场区域，电场方向由M板指向N板，磁场方向垂直纸面向里，OO′为距离两极板相等且平行两极板的直线。一质量为m、电荷量为＋q的带电粒子，以速度v0从O点射入，沿OO′方向匀速通过场区，不计带电粒子的重力，则以下说法正确的是( )
A．电荷量为－q的粒子以速度v0从O点沿OO′方向射入时，不能匀速通过场区
B．电荷量为＋2q的粒子以速度v0从O点沿OO′方向射入时，不能匀速通过场区
C．保持电场强度和磁感应强度大小不变，方向均与原来相反，则粒子仍能匀速通过场区
D．粒子以速度v0从右侧的O′点沿O′O方向射入，粒子仍能匀速通过场区
听课记录：
[针对训练]
1.(多选)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)，由枪中沿水平方向射出的电子(从A点进入速度选择器，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＝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．在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，只有电子速度满足v＝时才能沿直线通过小孔S
主题(二) 磁流体发电机
1．原理：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。
设带电粒子(不计重力)的运动速度为v，带电荷量为q，匀强磁场的磁感应强度为B，M、N极板间距离为d，极板间电压为U，当粒子匀速直线通过时，根据洛伦兹力等于静电力，有qvB＝qE＝，得U＝Bdv。
2．电源的电动势：外电路断开时，电源电动势的大小等于路端电压，故此磁流体发电机的电动势为E＝U＝Bdv。
3．电源正、负极的判断：根据左手定则可判断，正离子向M极板偏转，负离子向N极板偏转，M极板积聚正离子，电势高，为发电机正极，N极板积聚负离子，电势低，为发电机负极。
4．电源内阻：r＝ρ。
[例2] (2024·湖北高二阶段练习)磁流体发电是一项新兴技术，其发电原理如图所示，平行金属板之间有方向垂直纸面向里的匀强磁场，金属板间距为d，磁感应强度大小为B。将一束含有大量正、负带电离子的等离子体，沿图中所示方向以一定的速度喷入磁场，把两个极板与一个小型电动机相连，开关S闭合，小型电动机正常工作，电动机两端电压为U，通过电动机电流为I，已知磁流体发电机的等效内阻为r，则以下判断正确的( )
A．流过电动机的电流方向是b→a
B．磁流体发电机的电动势大小为U
C．等离子体射入磁场的速度大小为
D．电动机正常工作的发热功率为I2r
听课记录：
[针对训练]
2.(多选)目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：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粒子，而从整体来说呈电中性)沿垂直于磁场方向喷射入磁场，磁场中的两块金属板A、B上就会聚集电荷，产生电压对外供电。设等离子体的射入速度为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，匀强磁场的磁感应强度为B，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间，不考虑等离子体的电阻。当发电机稳定发电时，下列说法正确的是( )
A．A板带正电
B．负载电阻中的电流方向为b向a
C．负载电阻中的电流大小为
D．负载电阻中的电流大小为
主题(三) 电磁流量计
1．工作原理
如图所示，圆柱形导管直径为d，由非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子，不计重力)在洛伦兹力的作用下纵向偏转，a、b间出现电势差，形成电场。当自由电荷所受的静电力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即qvB＝qE＝q，所以v＝，因此液体流量Q＝Sv＝·＝。
2．电势高低的判断：根据左手定则可得φa<φb。
[例3] (2024·河南郑州期末)(多选)血流计原理可以简化为如图所示模型，血液(内含少量正、负离子)从直径为d的血管右侧流入，左侧流出。流量Q等于单位时间内通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，M、N两点之间可以用电极测出电压U。下列说法正确的是( )
A．正离子所受洛伦兹力方向由M指向N
B．负离子所受洛伦兹力方向由M指向N
C．正、负离子达到稳定状态时，血液流速为v＝
D．血液流量Q＝
听课记录：
[针对训练]
3．(多选)为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前、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(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )
A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B．前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多少无关
C．污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关
主题(四) 霍尔元件
如图所示，高度为h、厚度为d的导体板放在垂直于它且磁感应强度为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。稳定后，电势差U与磁感应强度B及载流子定向移动速度的关系为qvB＝q，得U＝Bvh。
特别提醒：(1)高度和厚度的区分，表示电场强度大小与电势差关系时，利用E＝，不要错用E＝。
(2)霍尔元件中的载流子可能是正电荷，也可能是负电荷，载流子电性不同，则元件中的电势高低也不同。
[例4] (2024·江苏南京期末)笔记本电脑盖上屏幕，屏幕盖板上磁铁和主板机壳上“霍尔传感器”配合，通过改变a、b间电势差的方式使屏幕进入休眠模式，其工作原理如图所示。当电脑盖上屏幕时，相当于屏幕边缘的磁极靠近霍尔元件，已知该霍尔元件载流子为电子，以下说法正确的是( )
A．盖上盖板，a端带正电
B．打开盖板，a端带正电
C．盖上屏幕过程中，a、b间电势差逐渐减小
D．盖上屏幕过程中，a、b间电势差逐渐增大
听课记录：
[针对训练]
4．如图所示，宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在与它垂直的磁感应强度大小为B的匀强磁场中，当恒定电流I通过霍尔元件时，在它的前、后两个侧面之间会产生电压，这样就实现了将电流输入转化为电压输出。为提高输出的电压，可采取的措施是( )
A．增大d B．减小d
C．增大h D．减小h
综合·融通(二) 洛伦兹力与现代科技
主题(一)
[例1] 选C 由题意知，带正电的粒子能从左向右匀速通过场区，则竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的静电力平衡，有qE＝qv0B，解得v0＝，可知平衡条件与粒子电荷量的多少及正负无关，因此电荷量为－q和＋2q的粒子以速度v0入射，都能从左向右匀速通过场区，A、B错误；当电场方向和磁场方向都与原来相反时，粒子所受静电力和洛伦兹力的方向仍相反，所以粒子以速度v0从O点沿OO′方向射入时仍能匀速通过场区，C正确；若粒子以速度v0从右侧的O′点沿O′O方向射入，粒子受到竖直向下的静电力与竖直向下的洛伦兹力，两力不能平衡，因此不能匀速通过场区，D错误。
[针对训练]
1．选BD 若匀强电场方向向下，则电子所受电场力向上，要想使电子沿直线通过小孔S，则所受洛伦兹力向下，此时匀强磁场方向垂直纸面向里，选项A错误；在加速电场中Ue＝mv2，要想使电子沿直线通过小孔S，则Ee＝evB，解得v＝，U＝，选项B、D正确；无论粒子带正电或带负电，只要速度v＝，则均可从左向右通过此速度选择器，选项C错误。
主题(二)
[例2] 选C 含有大量正、负带电离子的等离子体进入磁场，根据左手定则可知，正离子向上偏，打在上极板上，负离子向下偏，打在下极板上，所以流过电动机的电流方向是a→b，故A错误；根据闭合欧姆定律可得，磁流体发电机的电动势大小为E＝U＋Ir，故B错误；根据洛伦兹力大小等于静电力大小，有q＝Bqv，可得等离子体射入磁场的速度大小为v＝，故C正确；题中的r为磁流体发电机的等效内阻，并非电动机的线圈内阻，则电动机正常工作的发热功率未必等于I2r，由于题中条件不足，电动机正常工作的发热功率无法确定，故D错误。
[针对训练]
2．选BC 根据左手定则可知，带正电粒子在磁场受到的洛伦兹力向下，带负电粒子在磁场受到的洛伦兹力向上，则B板积累正粒子，A板积累负粒子，B板带正电，A板带负电，负载电阻中的电流方向为b向a，故A错误，B正确；设稳定时A、B板间的电压为 U，粒子受到的静电力与洛伦兹力大小相等，则有q＝qvB，解得U＝Bdv，则负载电阻中的电流大小为I＝＝，故C正确，D错误。
主题(三)
[例3] 选AD 正离子从右向左运动时，根据左手定则可知，所受洛伦兹力方向向下，即正离子所受洛伦兹力方向由M指向N，故A正确；负离子从右向左运动时，根据左手定则可知，所受洛伦兹力方向向上，即负离子所受洛伦兹力方向由N指向M，故B错误；正、负离子达到稳定状态时，洛伦兹力与静电力平衡，则有qvB＝q，解得v＝，故C错误；时间t内通过横截面的血液的体积为V＝vtπ2，流量Q等于单位时间内通过横截面的血液的体积，则有Q＝，联立解得Q＝，故D正确。
[针对训练]
3．选BD 由左手定则知正离子向后表面偏转，负离子向前表面偏转，前表面的电势一定低于后表面的电势，与离子的多少无关，B正确，A错误；最终离子在静电力和洛伦兹力作用下平衡，qvB＝q，解得U＝Bbv，此时电压表的示数与离子浓度无关，C错误；由流量Q＝vbc，U＝Bbv，解得U＝，则Q与U成正比，与a、b无关，D正确。
主题(四)
[例4] 选D 无论是盖上盖板还是打开盖板，霍尔元件所处磁场方向均向下，电流方向均向左，根据左手定则可得，载流子所受洛伦兹力方向均指向a，因此a端均带负电，故A、B错误；设霍尔元件的长度为a，宽度为b，高度为c，则q＝qvB，I＝nqSv＝nqbcv，所以U＝，盖上屏幕过程中，磁感应强度变大，则霍尔电压增大，即a、b间电势差逐渐增大，故C错误，D正确。
[针对训练]
4．选B 当载流子受力稳定后，受到的静电力和洛伦兹力平衡，故eE＝evB，因为E＝，故U＝Bhv，电流I＝neSv＝nehdv，联立可得U＝，故要使U变大，需要减小d，与h无关，故B正确。
6 / 6(共71张PPT)
洛伦兹力与现代科技
(融会课—主题串知综合应用)
综合 融通(二)
通过本节课的学习掌握速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件的工作原理;学会在一些科技元件中应用工作原理解决实际问题的方法。
1
主题(一) 速度选择器
2
主题(二) 磁流体发电机
3
主题(三) 电磁流量计
4
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
主题(一) 速度选择器
1.装置及要求
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,带电粒子从左侧平行于极板射入,不计粒子重力。
2.工作原理:带电粒子沿虚线做匀速直线运动时,受到的静电力和洛伦兹力大小相等、方向相反,有qE=qvB,得v=。
3.速度选择器的特点
(1)速度的大小v=,速度选择器只对选择的粒子的速度有要求,而对粒子的质量、电荷量大小及带电正、负无要求。
(2)当v>时,粒子向F洛方向偏转,F电做负功,粒子的动能减小,电势能增大。
(3)当v<时,粒子向F电方向偏转,F电做正功,粒子的动能增大,电势能减小。
(4)速度选择器只能单向选择:若粒子从另一方向射入,则不能穿出速度选择器。
[例1] 如图所示,两个平行金属板M、N间
为一个正交的匀强电场和匀强磁场区域,电场方
向由M板指向N板,磁场方向垂直纸面向里,OO'为距离两极板相等且平行两极板的直线。一质量为m、电荷量为+q的带电粒子,以速度v0从O点射入,沿OO'方向匀速通过场区,不计带电粒子的重力,则以下说法正确的是 ( )
A.电荷量为-q的粒子以速度v0从O点沿OO'方向射入时,不能匀速通过场区
B.电荷量为+2q的粒子以速度v0从O点沿OO'方向射入时,不能匀速通过场区
C.保持电场强度和磁感应强度大小不变,方向均与原来相反,则粒子仍能匀速通过场区
D.粒子以速度v0从右侧的O'点沿O'O方向射入,粒子仍能匀速通过场区
√
[解析] 由题意知,带正电的粒子能从左向右匀速通过场区,则竖直向上的洛伦兹力与竖直向下的静电力平衡,有qE=qv0B,解得v0=,可知平衡条件与粒子电荷量的多少及正负无关,因此电荷量为-q和+2q的粒子以速度v0入射,都能从左向右匀速通过场区,A、B错误;当电场方向和磁场方向都与原来相反时,粒子所受静电力和洛伦兹力的方向仍相反,所以粒子以速度v0从O点沿OO'方向射入时仍能匀速通过场区,C正确;若粒子以速度v0从右侧的O'点沿O'O方向射入,粒子受到竖直向下的静电力与竖直向下的洛伦兹力,两力不能平衡,因此不能匀速通过场区,D错误。
[针对训练]
1.(多选)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),由枪中沿水平方向射出的电子
(从A点进入速度选择器,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=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.在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,只有电子速度满足v=时才能沿直线通过小孔S
√
√
解析:若匀强电场方向向下,则电子所受电场力向上,要想使电子沿直线通过小孔S,则所受洛伦兹力向下,此时匀强磁场方向垂直纸面向里,选项A错误;在加速电场中Ue=mv2,要想使电子沿直线通过小孔S,则Ee=evB,解得v=,U=,选项B、D正确;无论粒子带正电或带负电,只要速度v=,则均可从左向右通过此速度选择器,选项C错误。
主题(二) 磁流体发电机
1.原理: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。
设带电粒子(不计重力)的运动速度为v,带电荷量为q,匀强磁场的磁感应强度为B,M、N极板间距离为d,极板间电压为U,当粒子匀速直线通过时,根据洛伦兹力等于静电力,有qvB=qE=,得U=Bdv。
2.电源的电动势:外电路断开时,电源电动势的大小等于路端电压,故此磁流体发电机的电动势为E=U=Bdv。
3.电源正、负极的判断:根据左手定则可判断,正离子向M极板偏转,负离子向N极板偏转,M极板积聚正离子,电势高,为发电机正极,N极板积聚负离子,电势低,为发电机负极。
4.电源内阻:r=ρ。
[例2] (2024·湖北高二阶段练习)磁流
体发电是一项新兴技术,其发电原理如图所示,
平行金属板之间有方向垂直纸面向里的匀强磁
场,金属板间距为d,磁感应强度大小为B。将一束含有大量正、负带电离子的等离子体,沿图中所示方向以一定的速度喷入磁场,把两个极板与一个小型电动机相连,开关S闭合,小型电动机正常工作,电动机两端电压为U,通过电动机电流为I,已知磁流体发电机的等效内阻为r,则以下判断正确的 ( )
A.流过电动机的电流方向是b→a
B.磁流体发电机的电动势大小为U
C.等离子体射入磁场的速度大小为
D.电动机正常工作的发热功率为I2r
√
[解析] 含有大量正、负带电离子的等离子体进入磁场,根据左手定则可知,正离子向上偏,打在上极板上,负离子向下偏,打在下极板上,所以流过电动机的电流方向是a→b,故A错误;根据闭合欧姆定律可得,磁流体发电机的电动势大小为E=U+Ir,故B错误;根据洛伦兹力大小等于静电力大小,有q=Bqv,可得等离子体射入磁场的速度大小为v=,
故C正确;题中的r为磁流体发电机的等效内阻,并非电动机的线圈内阻,则电动机正常工作的发热功率未必等于I2r,由于题中条件不足,电动机正常工作的发热功率无法确定,故D错误。
[针对训练]
2.(多选)目前世界上正研究的一种新型发电机叫
磁流体发电机,如图所示表示它的发电原理: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
的粒子,而从整体来说呈电中性)沿垂直于磁场方向喷射入磁场,磁场中的两块金属板A、B上就会聚集电荷,产生电压对外供电。设等离子体的射入速度为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,匀强磁场的磁感应强度为B,负载电阻为R,等离子体充满两板间的空间,不考虑等离子体的电阻。当发电机稳定发电时,下列说法正确的是( )
A.A板带正电
B.负载电阻中的电流方向为b向a
C.负载电阻中的电流大小为
D.负载电阻中的电流大小为
√
√
解析:根据左手定则可知,带正电粒子在磁场受到的洛伦兹力向下,带负电粒子在磁场受到的洛伦兹力向上,则B板积累正粒子,A板积累负粒子,B板带正电,A板带负电,负载电阻中的电流方向为b向a,故A错误,B正确;设稳定时A、B板间的电压为 U,粒子受到的静电力与洛伦兹力大小相等,则有q=qvB,解得U=Bdv,则负载电阻中的电流大小为I==,故C正确,D错误。
主题(三) 电磁流量计
1.工作原理
如图所示,圆柱形导管直径为d,由非磁性材料
制成,导电液体在管中向左流动,导电液体中的自
由电荷(正、负离子,不计重力)在洛伦兹力的作用下纵向偏转,a、b间出现电势差,形成电场。当自由电荷所受的静电力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即qvB=qE=q,所以v=,因此液体流量Q=Sv=·=。
2.电势高低的判断:根据左手定则可得φa<φb。
[例3] (2024·河南郑州期末)(多选)血流计
原理可以简化为如图所示模型,血液(内含少量正、
负离子)从直径为d的血管右侧流入,左侧流出。流量Q等于单位时间内通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场,M、N两点之间可以用电极测出电压U。下列说法正确的是( )
A.正离子所受洛伦兹力方向由M指向N
B.负离子所受洛伦兹力方向由M指向N
C.正、负离子达到稳定状态时,血液流速为v=
D.血液流量Q=
√
√
[解析] 正离子从右向左运动时,根据左手定则可知,所受洛伦兹力方向向下,即正离子所受洛伦兹力方向由M指向N,故A正确;负离子从右向左运动时,根据左手定则可知,所受洛伦兹力方向向上,即负离子所受洛伦兹力方向由N指向M,故B错误;正、负离子达到稳定状态时,洛伦兹力与静电力平衡,则有qvB=q,解得v=,故C错误;时间t内通过横截面的血液的体积为V=vtπ,流量Q等于单位时间内通过横截面的血液的体积,则有Q=,联立解得Q=,故D正确。
3.(多选)为了测量某化工厂的污水排放量,技术人员
在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计,该装置
由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端
开口,在垂直于上、下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场,在前、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(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是 ( )
[针对训练]
A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高
B.前表面的电势一定低于后表面的电势,与哪种离子多少无关
C.污水中离子浓度越高,电压表的示数越大
D.污水流量Q与U成正比,与a、b无关
√
√
解析:由左手定则知正离子向后表面偏转,负离子向前表面偏转,前表面的电势一定低于后表面的电势,与离子的多少无关,B正确,A错误;最终离子在静电力和洛伦兹力作用下平衡,qvB=q,解得U=Bbv,此时电压表的示数与离子浓度无关,C错误;由流量Q=vbc,U=Bbv,解得U=,则Q与U成正比,与a、b无关,D正确。
主题(四) 霍尔元件
如图所示,高度为h、厚度为d的导体板放在垂直于它且磁感应强度为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。
稳定后,电势差U与磁感应强度B及载流子定向移动速度的关系为qvB=q,得U=Bvh。
特别提醒:(1)高度和厚度的区分,表示电场强度大小与电势差关系时,利用E=,不要错用E=。
(2)霍尔元件中的载流子可能是正电荷,也可能是负电荷,载流子电性不同,则元件中的电势高低也不同。
[例4] (2024·江苏南京期末)笔记本电脑盖上屏幕,屏幕盖板上磁铁和主板机壳上“霍尔传感器”配合,通过改变a、b间电势差的方式使屏幕进入休眠模式,其工作原理如图所示。当电脑盖上屏幕时,相当于屏幕边缘的磁极靠近霍尔元件,已知该霍尔元件载流子为电子,以下说法正确的是 ( )
A.盖上盖板,a端带正电
B.打开盖板,a端带正电
C.盖上屏幕过程中,a、b间电势差逐渐减小
D.盖上屏幕过程中,a、b间电势差逐渐增大
√
[解析] 无论是盖上盖板还是打开盖板,霍尔元件所处磁场方向均向下,电流方向均向左,根据左手定则可得,载流子所受洛伦兹力方向均指向a,因此a端均带负电,故A、B错误;设霍尔元件的长度为a,宽度为b,高度为c,则q=qvB,I=nqSv=nqbcv,所以U=,盖上屏幕过程中,磁感应强度变大,则霍尔电压增大,即a、b间电势差逐渐增大,故C错误,D正确。
[针对训练]
4.如图所示,宽度为h、厚度为d的霍尔元件放在
与它垂直的磁感应强度大小为B的匀强磁场中,当恒
定电流I通过霍尔元件时,在它的前、后两个侧面之间会产生电压,这样就实现了将电流输入转化为电压输出。为提高输出的电压,可采取的措施是( )
A.增大d B.减小d
C.增大h D.减小h
√
解析:当载流子受力稳定后,受到的静电力和洛伦兹力平衡,故eE=evB,
因为E=,故U=Bhv,电流I=neSv=nehdv,联立可得U=,故要使U变大,需要减小d,与h无关,故B正确。
课时跟踪检测
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1.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(不计重力)
以速度v水平射入,为使粒子流经过磁场时不偏转,则磁场
区域内必须同时存在一个匀强电场,关于这个匀强电场电场强度大小和方向的说法中,正确的是 ( )
6
7
8
9
10
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
1
2
3
4
5
√
6
7
8
9
10
解析:为使粒子流经过磁场时不偏转,当粒子带正电时,所受洛伦兹力方向向下,则静电力方向应向上,故电场强度方向向上,由平衡条件qvB=qE,得E=Bv;当粒子带负电时,所受洛伦兹力方向向上,则静电力方向应向下,故电场强度方向向上,由平衡条件qvB=qE,得E=Bv;综上可知,不论粒子带何种电荷,电场强度方向都向上,大小等于Bv,A、B、C错误,D正确。
1
2
3
4
5
1
5
6
7
8
9
10
2.(2024·河南许昌期末)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图乙所示,一块矩形半导体霍尔元件平放在水平面上,霍尔元件内的载流子是自由电子,通入方向水平向右的恒定电流时,电子的定向移动速度为某一数值。当显示屏闭合时,霍尔元件处于垂直于上表面、方向竖直向下的匀强磁场中,于是霍尔元件的某两个表面间出现一定的电压,以此控制屏幕的熄灭。则在此情况下,下列说法正确的是 ( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
2
3
4
A.霍尔元件前表面的电势比后表面的低
B.霍尔元件前表面的电势比后表面的高
C.霍尔元件上表面的电势比下表面的低
D.霍尔元件上表面的电势比下表面的高
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:由题意,自由电子的运动方向向左,根据左手定则可知,电子所受洛伦兹力方向指向后表面,则霍尔元件前表面的电势比后表面的高。故选B。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
3.(2024·湖北高考)(多选)磁流体发电机的原理如图
所示,MN和PQ是两平行金属极板,匀强磁场垂直于纸面
向里。等离子体(即高温下电离的气体,含有大量正、负带
电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场,极板间便产生电压。下列说法正确的是 ( )
A.极板MN是发电机的正极
B.仅增大两极板间的距离,极板间的电压减小
C.仅增大等离子体的喷入速率,极板间的电压增大
D.仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度,极板间的电压增大
2
3
4
√
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转,极板MN带正电为发电机正极,A正确;粒子受到的洛伦兹力和电场力相互平衡时,此时设极板间距为d,极板间的电压为U,则qvB=q,可得U=Bdv,因此增大极板间距、增大等离子体的喷入速率,极板间的电压U变大,其大小和等离子体的正、负带电粒子数密度无关,B、D错误,C正确。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
4.(2024·河北唐山期末)一种用磁流体发电的装置如图
所示。平行金属板P、Q之间有很强的磁场,将一束等离子体
(即高温下电离的气体,含有大量正、负带电粒子)喷入磁场,
P、Q两板间便产生电压。如果将P、Q和电阻为R的用电器连接,P、Q就是一个直流电源的两个电极。若P、Q两板相距为d,不计P、Q板间电阻,板间的磁场按匀强磁场处理,磁感应强度为B,等离子体以速度v沿垂直于B的方向喷入磁场。下列说法正确的是 ( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
A.Q板电势高于P板电势
B.电源的电动势为2Bdv
C.通过用电器的电流方向从下到上
D.用电器两端电压大小为Bdv
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:根据左手定则可知,带正电粒子向上偏转,所以P板带正电,P板的电势高于Q板的电势,通过用电器的电流方向从上到下,故A、C错误;当洛伦兹力和静电力平衡时有qvB=q,解得电源的电动势E=Bdv,故B错误;因为不计P、Q板间电阻,所以用电器两端的电压等于电源电动势,即U=E=Bdv,故D正确。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
5.(2024·江苏连云港高二统考)如图所示为利用霍尔
元件制成的磁传感器。已知该长方体金属导体宽为d、
高为h,上下表面接线柱M、N连线与导体竖直边平行,当
导体通过一定电流,且电流与磁场方向垂直时,下列说法正确的是 ( )
A.电压表a端接“+”接线柱
B.为提升磁传感器的灵敏度,可减小导体的宽度d
C.将电压表的表盘改装为磁传感器的表盘,则刻度线不均匀
D.若上表面接线柱M沿水平方向向右移动少许,则电压表示数不变
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:金属导体中载流子为自由电子,其定向移动方向与电流方向相反,根据左手定则可知电子将向上表面偏转,所以电压表a端接“-”接线柱,故A错误;当MN间的电压为U时,根据电场力和洛伦兹力的等量关系可得eE==evB,根据电流的微观表达式有I=nedhv,解得U=,所以电压U与B成正比例关系,而电压表表盘上电压刻度线均匀,所以由电压表表盘改装的磁传感器表盘刻度线均匀,故C错误;
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
磁传感器的灵敏度即U随B的变化率,为=,所以磁传感器的灵敏度与导体的高度h无关,为提升磁传感器的灵敏度,可减小导体的宽度d,故B正确;在电源之外的电路中沿电流方向电势降低,若上表面接线柱沿水平方向向右移动少许,则N、M在沿电流方向也会存在电势差,且N点电势高于M点电势,所以电压表示数会变大,故D错误。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
6.(2024·河北石家庄期末)芯片制造中的重要工序
之一是离子注入,速度选择器是离子注入机的重要组成
部分。如图所示,从离子源S发射出速度不同的各种离子,
仅有部分离子沿平行于纸面的水平直线穿过速度选择器右侧挡板上的小孔,已知速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E、方向竖直向上,匀强磁场的方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B,速度选择器置于真空中,不计离子受到的重力。下列说法正确的是 ( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
A.穿过小孔的离子一定带正电荷
B.穿过小孔的离子的速度大小一定为
C.穿过小孔的离子的比荷一定相同
D.若离子受到的重力不能忽略,则从小孔穿过的正离子的速度大于负离子的速度
2
3
4
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:若离子带正电,则其受到的洛伦兹力竖直向下,受到的电场力竖直向上,要使其沿直线穿过速度选择器,根据平衡条件有qvB=qE,解得离子的速度大小v=;若离子带负电,则其受到的洛伦兹力竖直向上,受到的电场力竖直向下,要使其沿直线穿过速度选择器,根据平衡条件有qv'B=qE,解得离子的速度大小v'=,故A错误,B正确;穿过小孔的离子速度一定相同,但其电荷量和质量均未知且未被限定,故C错误;若离子受到的重力不能忽略,则正离子受力平衡时有mg+qv+B=qE,负离子受力平衡时有qv-B=qE+mg,则从小孔穿过的正离子的速度小于负离子的速度,故D错误。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
7.(2024·北京海淀期中)(多选)应用霍尔效应可以测量车轮的转动角速度ω,如图为轮速传感器的原理示意图,假设齿轮为五齿结构,且均匀分布,当齿轮凸起部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场增强;凹陷部分靠近磁体时,磁体与齿轮间的磁场减弱。工作时,通过霍尔元件上下两面通入电流I,前后两面连接控制电路,下列说法正确的是 ( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
A.若霍尔元件内部是通过负电荷导电的,则前表面比后表面的电势低
B.增大通过霍尔元件的电流,可以使控制电路监测到的电压变小
C.控制电路接收到的电压升高,说明齿轮的凹陷部分在靠近霍尔元件
D.若控制电路接收到的信号电压变化周期为T,则车轮的角速度大小为
2
3
4
√
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:若霍尔元件内部是通过负电荷导电的,根据左手定则可知,负电荷向前表面偏转,则前表面比后表面的电势低,故A正确;设前、后表面的距离为d,左、右表面的距离为a,根据电流微观表达式I=neSv=nevad,霍尔元件稳定时,有e=evB,整理得U=,故增大通过霍尔元件的电流,可以使控制电路监测到的电压增大,故B错误;
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
当齿轮的凸起部分靠近霍尔元件时,磁感应强度B变大,故控制电路接收到的电压升高,故C错误;霍尔电压变化一个周期,对应齿轮转过π弧度,故若控制电路接收到的信号电压变化周期为T,则车轮的角速度大小为ω=
=,故D正确。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
8.(多选)如图所示,将一个磁流体发电机与电容器用导线连接起来,持续向板间喷入垂直于磁场、速度大小为v1的等离子体(不计重力),板间加有垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度大小为B;有一带电油滴从电容器的中轴线上匀速通过电容器。两个仪器两极板间距相同,重力加速度为g,下列说法正确的是 ( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
A.带电油滴带正电
B.油滴的荷质比=
C.增大等离子体的速度v1,油滴将向上偏转
D.改变单个等离子体所带的电量,油滴不能匀速通过
解析:对油滴受力分析可知,油滴受到向上的电场力,对磁流体发电机分析,上极板带正电,在电容器中形成向下的电场,故油滴带负电,故A错误;
2
3
4
√
√
1
5
6
7
8
9
10
稳定时,等离子体在磁流体发电机中受力平衡,可得q1=q1v1B,两板间的电势差为U=Bv1d,在电容器中对油滴有mg=q=qv1B,化简可得油滴的荷质比为=,故B正确;油滴受到的静电力F电=qE=q=qv1B,增大等离子体的速度v1,可知静电力F电变大,则F电>mg,则油滴将向上偏转,故C正确;磁流体发电机的电动势为U=Bv1d,可知电动势与单个等离子体的电荷量无关,即改变单个等离子体所带的电量,油滴仍能匀速通过,故D错误。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
9.(多选)一块横截面为矩形的金属导体的宽度为
b、厚度为d,将导体水平放置于一磁感应强度大小为
B的匀强磁场中,磁感应强度的方向水平且垂直于导
体侧面,如图所示。当在导体中通以图示方向的电流I时,在导体的上下表面间用电压表测得的电压为UH,已知载流子为自由电子,电荷量为e,则下列判断正确的是 ( )
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
A.导体内载流子只受垂直于运动方向的洛伦兹力作用和竖直向下的静电力作用
B.用电压表测UH时,电压表的“+”接线柱接下表面
C.金属导体的厚度d越大,UH越大
D.该导体单位体积内的自由电子数为
2
3
4
√
√
1
5
6
7
8
9
10
解析:导体内载流子除了受垂直于运动方向的洛伦兹力作用和竖直向下的静电力作用之外,还受到电源提供的电场力的作用,A错误;电子定向移动的方向与电流方向相反,根据左手定则可知,在导体上表面上将聚集电子,所以用电压表测UH时,电压表的“+”接线柱接下表面,B正确;根据平衡条件有e=eBv,设该导体单位体积内的自由电子数为n,根据电流的微观表达式有I=neSv=nebdv,联立两式可得UH=,即UH与金属导体的厚度d无关,C错误;该导体单位体积内的自由电子数为n=,D正确。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
10.为了监测工厂的污水排放量,技术人员在该厂的
排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置的外形
为一长方体,由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、
c,左右两端开口,垂直于其上下表面加磁感应强度为B的匀强磁场,在前后两个内侧面固定有金属板作为电极,电阻率为ρ的污水从左向右匀速流经该装置时,接在两电极间的理想电压表显示两个电极间的电压为U,求:
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
(1)该装置内电场场强的大小和方向;
答案: 由后侧面指向前侧面
解析:根据匀强电场场强公式得E=,根据左手定则可知,正离子受洛伦兹力向后侧面偏转,负离子受洛伦兹力向前侧面偏转,故后侧面带正电,前侧面带负电,故后侧面电势比前侧面高,故场强的方向为由后侧面指向前侧面。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
(2)污水的流量Q(单位时间内排出的污水体积);
答案:
解析:最终正、负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡,有Eq=qvB,又Q=vS=vbc,
联立解得Q=。
2
3
4
1
5
6
7
8
9
10
(3)若从两个电极引出两条导线,导线间接一阻值为R的电阻时理想电压表的示数。
答案:U
解析:根据电阻定律有r=ρ,
根据串联电路的特点有=,
联立解得U1=U。
2
3
4课时跟踪检测(四) 洛伦兹力与现代科技
1.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(不计重力)以速度v水平射入，为使粒子流经过磁场时不偏转，则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，关于这个匀强电场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
2．(2024·河南许昌期末)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图乙所示，一块矩形半导体霍尔元件平放在水平面上，霍尔元件内的载流子是自由电子，通入方向水平向右的恒定电流时，电子的定向移动速度为某一数值。当显示屏闭合时，霍尔元件处于垂直于上表面、方向竖直向下的匀强磁场中，于是霍尔元件的某两个表面间出现一定的电压，以此控制屏幕的熄灭。则在此情况下，下列说法正确的是( )
A．霍尔元件前表面的电势比后表面的低
B．霍尔元件前表面的电势比后表面的高
C．霍尔元件上表面的电势比下表面的低
D．霍尔元件上表面的电势比下表面的高
3．(2024·湖北高考)(多选)磁流体发电机的原理如图所示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸面向里。等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)从左侧以某一速度平行于极板喷入磁场，极板间便产生电压。下列说法正确的是( )
A．极板MN是发电机的正极
B．仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小
C．仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大
D．仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大
4．(2024·河北唐山期末)一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板P、Q之间有很强的磁场，将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子)喷入磁场，P、Q两板间便产生电压。如果将P、Q和电阻为R的用电器连接，P、Q就是一个直流电源的两个电极。若P、Q两板相距为d，不计P、Q板间电阻，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向喷入磁场。下列说法正确的是( )
A．Q板电势高于P板电势
B．电源的电动势为2Bdv
C．通过用电器的电流方向从下到上
D．用电器两端电压大小为Bdv
5．(2024·江苏连云港高二统考)如图所示为利用霍尔元件制成的磁传感器。已知该长方体金属导体宽为d、高为h，上下表面接线柱M、N连线与导体竖直边平行，当导体通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，下列说法正确的是( )
A．电压表a端接“＋”接线柱
B．为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度d
C．将电压表的表盘改装为磁传感器的表盘，则刻度线不均匀
D．若上表面接线柱M沿水平方向向右移动少许，则电压表示数不变
6.(2024·河北石家庄期末)芯片制造中的重要工序之一是离子注入，速度选择器是离子注入机的重要组成部分。如图所示，从离子源S发射出速度不同的各种离子，仅有部分离子沿平行于纸面的水平直线穿过速度选择器右侧挡板上的小孔，已知速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E、方向竖直向上，匀强磁场的方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B，速度选择器置于真空中，不计离子受到的重力。下列说法正确的是( )
A．穿过小孔的离子一定带正电荷
B．穿过小孔的离子的速度大小一定为
C．穿过小孔的离子的比荷一定相同
D．若离子受到的重力不能忽略，则从小孔穿过的正离子的速度大于负离子的速度
7．(2024·北京海淀期中)(多选)应用霍尔效应可以测量车轮的转动角速度ω，如图为轮速传感器的原理示意图，假设齿轮为五齿结构，且均匀分布，当齿轮凸起部分靠近磁体时，磁体与齿轮间的磁场增强；凹陷部分靠近磁体时，磁体与齿轮间的磁场减弱。工作时，通过霍尔元件上下两面通入电流I，前后两面连接控制电路，下列说法正确的是( )
A．若霍尔元件内部是通过负电荷导电的，则前表面比后表面的电势低
B．增大通过霍尔元件的电流，可以使控制电路监测到的电压变小
C．控制电路接收到的电压升高，说明齿轮的凹陷部分在靠近霍尔元件
D．若控制电路接收到的信号电压变化周期为T，则车轮的角速度大小为
8．(多选)如图所示，将一个磁流体发电机与电容器用导线连接起来，持续向板间喷入垂直于磁场、速度大小为v1的等离子体(不计重力)，板间加有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B；有一带电油滴从电容器的中轴线上匀速通过电容器。两个仪器两极板间距相同，重力加速度为g，下列说法正确的是( )
A．带电油滴带正电
B．油滴的荷质比＝
C．增大等离子体的速度v1，油滴将向上偏转
D．改变单个等离子体所带的电量，油滴不能匀速通过
9.(多选)一块横截面为矩形的金属导体的宽度为b、厚度为d，将导体水平放置于一磁感应强度大小为B的匀强磁场中，磁感应强度的方向水平且垂直于导体侧面，如图所示。当在导体中通以图示方向的电流I时，在导体的上下表面间用电压表测得的电压为UH，已知载流子为自由电子，电荷量为e，则下列判断正确的是( )
A．导体内载流子只受垂直于运动方向的洛伦兹力作用和竖直向下的静电力作用
B．用电压表测UH时，电压表的“＋”接线柱接下表面
C．金属导体的厚度d越大，UH越大
D．该导体单位体积内的自由电子数为
10.为了监测工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置的外形为一长方体，由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，垂直于其上下表面加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，电阻率为ρ的污水从左向右匀速流经该装置时，接在两电极间的理想电压表显示两个电极间的电压为U，求：
(1)该装置内电场场强的大小和方向；
(2)污水的流量Q(单位时间内排出的污水体积)；
(3)若从两个电极引出两条导线，导线间接一阻值为R的电阻时理想电压表的示数。
课时跟踪检测(四)
1．选D 为使粒子流经过磁场时不偏转，当粒子带正电时，所受洛伦兹力方向向下，则静电力方向应向上，故电场强度方向向上，由平衡条件qvB＝qE，得E＝Bv；当粒子带负电时，所受洛伦兹力方向向上，则静电力方向应向下，故电场强度方向向上，由平衡条件qvB＝qE，得E＝Bv；综上可知，不论粒子带何种电荷，电场强度方向都向上，大小等于Bv，A、B、C错误，D正确。
2．选B 由题意，自由电子的运动方向向左，根据左手定则可知，电子所受洛伦兹力方向指向后表面，则霍尔元件前表面的电势比后表面的高。故选B。
3．选AC 带正电的粒子受到向上的洛伦兹力向上偏转，极板MN带正电为发电机正极，A正确；粒子受到的洛伦兹力和电场力相互平衡时，此时设极板间距为d，极板间的电压为U，则qvB＝q，可得U＝Bdv，因此增大极板间距、增大等离子体的喷入速率，极板间的电压U变大，其大小和等离子体的正、负带电粒子数密度无关，B、D错误，C正确。
4．选D 根据左手定则可知，带正电粒子向上偏转，所以P板带正电，P板的电势高于Q板的电势，通过用电器的电流方向从上到下，故A、C错误；当洛伦兹力和静电力平衡时有qvB＝q，解得电源的电动势E＝Bdv，故B错误；因为不计P、Q板间电阻，所以用电器两端的电压等于电源电动势，即U＝E＝Bdv，故D正确。
5．选B 金属导体中载流子为自由电子，其定向移动方向与电流方向相反，根据左手定则可知电子将向上表面偏转，所以电压表a端接“－”接线柱，故A错误；当MN间的电压为U时，根据电场力和洛伦兹力的等量关系可得eE＝＝evB，根据电流的微观表达式有I＝nedhv，解得U＝，所以电压U与B成正比例关系，而电压表表盘上电压刻度线均匀，所以由电压表表盘改装的磁传感器表盘刻度线均匀，故C错误；磁传感器的灵敏度即U随B的变化率，为＝，所以磁传感器的灵敏度与导体的高度h无关，为提升磁传感器的灵敏度，可减小导体的宽度d，故B正确；在电源之外的电路中沿电流方向电势降低，若上表面接线柱沿水平方向向右移动少许，则N、M在沿电流方向也会存在电势差，且N点电势高于M点电势，所以电压表示数会变大，故D错误。
6．选B 若离子带正电，则其受到的洛伦兹力竖直向下，受到的电场力竖直向上，要使其沿直线穿过速度选择器，根据平衡条件有qvB＝qE，解得离子的速度大小v＝；若离子带负电，则其受到的洛伦兹力竖直向上，受到的电场力竖直向下，要使其沿直线穿过速度选择器，根据平衡条件有qv′B＝qE，解得离子的速度大小v′＝，故A错误，B正确；穿过小孔的离子速度一定相同，但其电荷量和质量均未知且未被限定，故C错误；若离子受到的重力不能忽略，则正离子受力平衡时有mg＋qv＋B＝qE，负离子受力平衡时有qv－B＝qE＋mg，则从小孔穿过的正离子的速度小于负离子的速度，故D错误。
7．选AD 若霍尔元件内部是通过负电荷导电的，根据左手定则可知，负电荷向前表面偏转，则前表面比后表面的电势低，故A正确；设前、后表面的距离为d，左、右表面的距离为a，根据电流微观表达式I＝neSv＝nevad，霍尔元件稳定时，有e＝evB，整理得U＝，故增大通过霍尔元件的电流，可以使控制电路监测到的电压增大，故B错误；当齿轮的凸起部分靠近霍尔元件时，磁感应强度B变大，故控制电路接收到的电压升高，故C错误；霍尔电压变化一个周期，对应齿轮转过π弧度，故若控制电路接收到的信号电压变化周期为T，则车轮的角速度大小为ω＝＝，故D正确。
8．选BC 对油滴受力分析可知，油滴受到向上的电场力，对磁流体发电机分析，上极板带正电，在电容器中形成向下的电场，故油滴带负电，故A错误；稳定时，等离子体在磁流体发电机中受力平衡，可得q1＝q1v1B，两板间的电势差为U＝Bv1d，在电容器中对油滴有mg＝q＝qv1B，化简可得油滴的荷质比为＝，故B正确；油滴受到的静电力F电＝qE＝q＝qv1B，增大等离子体的速度v1，可知静电力F电变大，则F电＞mg，则油滴将向上偏转，故C正确；磁流体发电机的电动势为U＝Bv1d，可知电动势与单个等离子体的电荷量无关，即改变单个等离子体所带的电量，油滴仍能匀速通过，故D错误。
9．选BD 导体内载流子除了受垂直于运动方向的洛伦兹力作用和竖直向下的静电力作用之外，还受到电源提供的电场力的作用，A错误；电子定向移动的方向与电流方向相反，根据左手定则可知，在导体上表面上将聚集电子，所以用电压表测UH时，电压表的“＋”接线柱接下表面，B正确；根据平衡条件有e＝eBv，设该导体单位体积内的自由电子数为n，根据电流的微观表达式有I＝neSv＝nebdv，联立两式可得UH＝，即UH与金属导体的厚度d无关，C错误；该导体单位体积内的自由电子数为n＝，D正确。
10．解析：(1)根据匀强电场场强公式得E＝，根据左手定则可知，正离子受洛伦兹力向后侧面偏转，负离子受洛伦兹力向前侧面偏转，故后侧面带正电，前侧面带负电，故后侧面电势比前侧面高，故场强的方向为由后侧面指向前侧面。
(2)最终正、负离子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有Eq＝qvB，又Q＝vS＝vbc，
联立解得Q＝。
(3)根据电阻定律有r＝ρ，
根据串联电路的特点有＝，
联立解得U1＝U。
答案：(1) 由后侧面指向前侧面 (2) (3)U
4 / 4
