速度选择器、磁流体发电机专题

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 。

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。

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。

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。

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。