洛伦兹力和显像管_章节学习

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题型：填空题

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填空题

磁流体发电机是一种新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图所示，平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量的正、负带电粒子）喷入磁场，A、B两板间便产生电压．如果把A、B和用电器连接，A、B就是一个直流电源的两个电极．图中______板是发电机的正极．若A、B两板相距d，板间的磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场，电则该发电机的动势为______．

正确答案

B

Bvd

解析

解：等离子体进入磁场后，根据左手定则，知正离子向下偏，负离子向上偏．所以B板带正电，A板带负电．

最终离子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，有：q=qvB．电动势E=U=Bvd．

故答案为：B，Bvd．

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题型：简答题

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简答题

设图中磁流体发电机的两块金属板的长度均为a，宽度均为b，金属板平行且正对放置，间距为d，其间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感强度为B，导电流体的流速为v（保持不变）、电阻率为ρ，负载电阻的阻值为R．导电流体从一侧沿垂直磁场且与金属板平行的方向进入两板间，当开关K拨在1时，磁流体发电机对负载电阻供电；当开关拨在2时，磁流体发电机给平行板电容器充电，电容器间一个质量为m、电量为q的悬吊带电小球在电场力作用下从竖直位置向右偏摆的最大角度为θ．求：

（1）当开关K拨在1时，负载电阻得到的电压；

（2）电容器极板之间的距离S．

正确答案

解：根据法拉第电磁感应定律，发电机产生的感应电动势E1大小为

E1=Bdv-------------------------------------------------------------①

（1）导电流体的运动可以等效为长度为d、电阻为r 的导体做切割磁感线运动，其电阻r=-----②

根据闭合电路欧姆定律，通过负载电阻R的电流为-------------------③

那么，负载电阻R得到的电压为------------------------------------------④

（2）磁流体发电机给电容器提供的电场强度E2==----------------⑤

带电体得到的电场力F=qE2=-----------------------------------------⑥

设摆线长为l，小球从竖直位置向上摆动的过程中，根据动能定理，有：

Flsinθ-mgl（1-cosθ）=0-0------------------------------------⑦

⑥⑦联立解得：S=---------------------------------------------⑧

答：（1）当开关K拨在1时，负载电阻得到的电压．

（2）电容器极板之间的距离S=．

解析

解：根据法拉第电磁感应定律，发电机产生的感应电动势E1大小为

E1=Bdv-------------------------------------------------------------①

（1）导电流体的运动可以等效为长度为d、电阻为r 的导体做切割磁感线运动，其电阻r=-----②

根据闭合电路欧姆定律，通过负载电阻R的电流为-------------------③

那么，负载电阻R得到的电压为------------------------------------------④

（2）磁流体发电机给电容器提供的电场强度E2==----------------⑤

带电体得到的电场力F=qE2=-----------------------------------------⑥

设摆线长为l，小球从竖直位置向上摆动的过程中，根据动能定理，有：

Flsinθ-mgl（1-cosθ）=0-0------------------------------------⑦

⑥⑦联立解得：S=---------------------------------------------⑧

答：（1）当开关K拨在1时，负载电阻得到的电压．

（2）电容器极板之间的距离S=．

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题型：单选题

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单选题

金属导体板宽为d，通以如图所示方向的电流，其中自由电子定向运动的速度为v，整个导体板置于磁感应强度为B的匀强磁场中．则说法正确的是（　　）

A导体左侧聚集较多的电子，使右侧的电势高于左侧的电势

B不能确定哪侧的电势高

C由于电子的聚集，使得左右两侧电势差为2Bdv

D由于电子的聚集，使得左右两侧电势差为Bdv

正确答案

D

解析

解：A、B、电流的方向向下，电子定向移动的方向向上，所以电子向右侧面偏转，则右侧面带负电，左侧面失去电子带正电，左侧面的电势较高．故AB错误；

C、D、当金属导体中自由电子定向移动时受洛伦兹力作用向右侧面偏转，使得左右两侧面间产生电势差，当电子所受的电场力与洛伦兹力平衡时，前后两侧面间产生恒定的电势差．因而可得，所以：U=Bdv．故C错误，D正确．

故选：D

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题型：填空题

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填空题

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．如图是磁流体发电机的装置：A、B组成一对平行电极，两极间距为d，内有磁感强度为B的匀强磁场，现持续将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的带电粒子，而整体呈中性）垂直喷射入磁场，A、B两板间便产生电压．A、B板哪一个是发电机的正极______每个离子的速度为v，电量大小为q，稳定时，磁流体发电机的电动势E=______．

正确答案

B板

Bdv

解析

解：由左手定则知正电荷运动的方向向里，掌心向左，所以正离子向下偏转，故B板是正极；

两板间电压稳定时满足：qvB=q，所以E=Bdv，则发电机的电动势E=Bdv；

故答案为：B板，Bdv．

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题型：多选题

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多选题

为了测量某地地磁场的水平分量Bx，课外兴趣小组进行了如图所示的实验：在横截面为长方形、只有上下表面A、B为金属板的导管中通以导电液体，将导管沿东西方向放置时，A、B两面出现电势差，测出相应的值就可以求出地磁场的水平分量．假如在某次实验中测得导电液体的流动速度为v、导管横截面的宽为a、高为b，A、B面的电势差为U．则下列判断正确的是（　　）

ABx=

BBx=

CA面的电势高于B面

DB面的电势高于A面

正确答案

B,C

解析

解：A、B、导电液体流过磁场区域稳定时，电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡，则有qE=q=qvBx；

解得：Bx=，故A错误，B正确；

C、D、地磁场的水平分量从南向北，根据左手定则，正电荷A板偏转，负电荷向B板偏转，故A面的电势高于B面，故C正确，D错误；

故选：BC．

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题型：单选题

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单选题

如图所示，有一金属块放在垂直于表面C的匀强磁场中，磁感应强度B，金属块的厚度为d，高为h，当有稳恒电流I平行平面C的方向通过时，由于磁场力的作用，金属块中单位体积内参与导电的自由电子数目为（上下两面M、N上的电压为U）（　　）

AU

B

C

DU

正确答案

B

解析

解：由图，磁场方向向里，电子向左移动，根据左手定则，电子向上表面偏转，上表面得到电子带负电，下表面带正电；

那么根据e=evB，I=neSv=nehdv，得：n=，故B正确，ACD错误．

故选：B．

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题型：填空题

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填空题

如图所示，磁流体发电机的通道是一长为L的矩形管道，其中按图示方向通过速度为v等离子体，通道中左、右两侧壁是导电的，其高为h，相距为a，而通道的上下壁是绝缘的，所加匀强磁场的大小为B，与通道的上下壁垂直．不计摩擦及粒子间的碰撞，则______导电壁电势高（填“左”或“右”），两导电壁间的电压为______．

正确答案

右

Bav

解析

解：根据左手定则，电荷运动的方向向里，正电荷受到的洛伦兹力的方向向右，负电荷受到的洛伦兹力的方向向左，所以右端的电势高．

当粒子受到的电场力与洛伦兹力平衡时，两端的电势差得到最大．根据平衡有：，所以两导电壁间的电压：E=Bav

故答案为：右，Bav

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题型：单选题

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单选题

为了利用海洋资源，海洋工作者有时根据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测量海水的流速，假设海洋某处的地磁场竖直分量B=0.5×10-4T，水流是南北流向，如图所示，将两个电极竖直插入此处海水中，且保持两电极的连线垂直水流方向．若两电极相距L=10m，与两电极相连的灵敏电压读数U=0.2mV，则海水的流速大小为（　　）

A4m/s

B40cm/s

C4cm/s

D4mm/s

正确答案

B

解析

解：海水中的电荷受到电场力和洛伦兹力平衡，有：qvB=．

解得．故B正确，A、C、D错误．

故选B．

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题型：简答题

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简答题

据报道，我国最近实施的“双星”计划发射的卫星中放置一种磁强计，用于完成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，它的横截面积是宽为a，高为b的长方形，使磁场沿z轴正方向穿过导体，导体中通有沿y轴正方向、大小为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，自由电子做定向移动可视为匀速运动．

（1）金属导体前后两个侧面（x=a为前侧面，x=0为后侧面）哪个电势较高？

（2）在实现上述稳定状态之后，如果再进一步测出该金属导体前后两个侧面间的电势差为U，若通过导体内的磁场可以认为是匀强的，则由此求出磁感应强度B的大小为多少？

正确答案

解：（1）由左手定则可判知，运动电荷所受洛仑兹力沿x轴正方向，即电子偏向前侧面，所以后侧电势高．

（2）∵电子匀速直线运动，∴F洛=f洛即：

又：I=neabv

联解上式得：

答：（1）金属导体前后两个侧面后侧电势较高；

（2）磁感应强度B的大小为．

解析

解：（1）由左手定则可判知，运动电荷所受洛仑兹力沿x轴正方向，即电子偏向前侧面，所以后侧电势高．

（2）∵电子匀速直线运动，∴F洛=f洛即：

又：I=neabv

联解上式得：

答：（1）金属导体前后两个侧面后侧电势较高；

（2）磁感应强度B的大小为．

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题型：简答题

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简答题

如图所示为实验用磁流体发电机原理图，两极间距d=20cm，磁场磁感应强度B=0.5T．若接入额定功率P=100W的灯泡，恰好正常发光，且灯泡L正常发光时的电阻R=100Ω，不计发电机内阻．求：

（1）打在下极板上的离子的带电性质；

（2）等离子体的流速大小；

（3）若等离子体均为带电量为e（e为原电荷）的离子，每秒钟打在极板上的离子数．

正确答案

解：（1）由左手定则知，正离子将打在下极板上，下极板带正电；

（2）灯泡的额定电压为U==V=100V

发电机的电动势E=U=100V

稳定时对离子由受力平衡知=qvB

所以V==m/s=1000m/s

（3）I==A=1A

单位时间打在下极板的粒子数目为N====3.13×1018个

答：（1）打在下极板上的离子的带电性质为正；

（2）等离子体的流速大小为1000m/s；

（3）若等离子体均为带电量为e（e为原电荷）的离子，每秒钟打在极板上的离子数为3.13×1018．

解析

解：（1）由左手定则知，正离子将打在下极板上，下极板带正电；

（2）灯泡的额定电压为U==V=100V

发电机的电动势E=U=100V

稳定时对离子由受力平衡知=qvB

所以V==m/s=1000m/s

（3）I==A=1A

单位时间打在下极板的粒子数目为N====3.13×1018个

答：（1）打在下极板上的离子的带电性质为正；

（2）等离子体的流速大小为1000m/s；

（3）若等离子体均为带电量为e（e为原电荷）的离子，每秒钟打在极板上的离子数为3.13×1018．

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