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2024 高考物理二轮复习 80 热点模型
最新高考题模拟题专项训练
模型54 电磁流量计和磁流体发电模型
最新高考题
1.（2021高考河北物理）如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感
应强度大小为 ，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑
平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为 ，导轨平面与水
平面夹角为 ，两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒 垂直导轨放置，
恰好静止。重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说
法正确的是（ ）
A．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，
B．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，
C．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向上，
D．导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下，
【参考答案】B
【名师解析】由左手定则可知正离子偏向Q板，ab中电流方向从a指向b。金属棒 垂直
导轨放置，恰好静止，说明金属棒所受安培力沿导轨向上，由左手定则可判断出导轨处磁场的方向垂直导轨平面向下。一束速度大小为 v的等离子体垂直于磁场喷入板间，产生的
感应电动势E=B dv，金属棒 中电流I=E/R，受到沿倾斜导轨向上的安培力F=B IL，由
1 2
平衡条件，F=mgsinθ，联立解得 ，选项B正确。
2. （2018年11月浙江选考物理）磁流体发电的原理如图所示。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，在相距为d、宽为a、长为b的
两平行金属板间便产生电压。如果把上、下板和电阻 R连接，上、下板就是一个直流
电源的两极。若稳定时等离子体在两板间均匀分布，电阻率为ρ。忽略边缘效应，下列
判断正确的是
第10题图
Bdvab
A. 上板为正极，电流I=
Rab+ρd
Bvad2
B. 上板为负极，电流I=
Rab+ρb
Bdvab
C. 下板为正极，电流I=
Rab+ρd
Bvad2
D. 下板为负极，电流I=
Rab+ρb
【参考答案】C
【名师解析】根据左手定则，正离子受到的洛伦兹力向下，下板为正极。把等离子体
穿过磁场区域看作长度为d的导体在磁场中做切割磁感线运动产生感应电动势 E=Bdv，根
据 电 阻 定 律 ， 两 极 板 之 间 电 阻 为 r=ρd/ab，由 闭 合 电 路 欧 姆 定 律 可 得 电 流
E Bdvab
I= = ,选项C正确。
R+r Rab+ρd
3．(2018·4月浙江选考)压力波测量仪可将待测压力波转换为电压信号，其原理如图1
所示．压力波p(t)进入弹性盒后，通过与铰链O相连的“ ”形轻杆L，驱动杆端头A处的微型霍尔片在磁场中沿x轴方向做微小振动，其位移x与压力p成正比(x＝αp，α>0)．霍
尔片的放大图如图2所示，它由长×宽×厚＝a×b×d、单位体积内自由电子数为n的N形
半导体制成．磁场方向垂直于x轴向上，磁感应强度大小为B＝B(1－β|x|)，β>0.无压力波
0
输入时，霍尔片静止在x＝0处，此时给霍尔片通以沿C C 方向的电流I，则在侧面上D
1 2 1
、D 两点间产生霍尔电压U.
2 0
(1)指出D 、D 两点哪点电势高；
1 2
(2)推导出U 与I、B 之间的关系式(提示：电流I与自由电子定向移动速率v之间关系
0 0
为I＝nevbd，其中e为电子电荷量)；
(3)弹性盒中输入压力波p(t)，霍尔片中通以相同电流，测得霍尔电压U 随时间t变化
H
图象如图3.忽略霍尔片在磁场中运动产生的电动势和阻尼，求压力波的振幅和频率．(结果
用U、U、t、α及β表示)
0 1 0
【名师解析】：
(1)根据左手定则，自由电子向D 移动，故D 点电势高．
2 1
(2)电子受力平衡，有evB＝eE
0 H
故U＝E b＝vBb＝Bb＝.
0 H 0 0
(3)由(2)可得霍尔电压
U (t)＝＝B[1－β|αp|]
H 0
＝[1－βα|p(t)|]＝U[1－αβ|p(t)|]
0
故|p(t)|＝
结合U －t图象可得出压力波p(t)关于时间t是正弦函数，周期T＝2t ，振幅A＝·，
H 0
频率f＝.
最新模拟题
1. （2023广东深圳二模）6．我国科研人员采用全新发电方式——“爆炸发电”，以满足高耗能武器的连续发射需求。其原理如图所示，爆炸将惰性气体转化为高速等离子体，射
入磁流体动力学发生器，发生器的前后有两强磁极N和S，使得上下有两金属电极之间产
生足够高电压，下列说法正确的是（ ）
A．上极板电势比下极板电势低
B．仅使L增大，两金属电极间的电动势会变大
C．仅使d增大，两金属电极间的电动势会变大
D．仅使b增大，两金属电极间的电动势会变大
【参考答案】C【名师解析】由左手定则可判断出正离子受到的洛伦兹力向上，汇聚到上
极板，所以上极板电势比下极板电势高，A错误；设两金属电极间的电动势为 U，稳定后
等离子体所受的电场力和洛伦兹力平衡得 ，解得U=Bdv，所以仅使d增大，两
金属电极间的电动势会变大，C正确BD错误。
2.（2022河北石家庄二中模拟）磁流体发电机，又叫等离子体发电机，图中的燃烧室在
3000K的高温下将气体全部电离为电子和正离子，即高温等离子体。高温等离子体经喷管
加速后以1000m/s的速度进入矩形发电通道。发电通道有垂直于纸面向内的匀强磁场，磁
感应强度B=6T等离子体发生偏转，在两极间形成电势差。已知发电通道长a=50cm，宽
b=20cm，高d=20cm，等高速等高子体离子体的电阻率ρ=2Ω·m。则以下判断中正确的是（
）
A. 因正离子带电量未知，故发电机的电动势不能确定B. 图中外接电阻R两端的电压为1200V
C. 当外接电阻R=8Ω时，发电机的效率最高
D. 当外接电阻R=4Ω时，发电机输出功率最大
【参考答案】D
【名师解析】
发电机的电动势与高速等离子体的电荷量无关，故A错误；等离子体所受的电场力和洛伦
兹力平衡得
得发电机的电动势
发电机的内阻为
则图中外接电阻R两端的电压为
当外接电阻 ，发电机输出功率最大，故B错误D正确；
发电机的效率 ，可知，外电阻越大，电源的效率越高，故C
错误。
3. (2022山东济南重点高中质检)利用海流发电的磁流体发电机原理示意图如图所示，矩形
发电管道水平东西放置，整个管道置于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。
其上、下两面是绝缘板，南、北两侧面M、N是电阻可忽略的导体板，两导体板与开关S
和定值电阻R相连。已知发电管道长为L、宽为d、高为h，海水在发电管道内以恒定速率
v朝正东方向流动。发电管道内的海水在垂直流动方向的电阻为r，海水在管道内流动时受
到的摩擦阻力大小恒为f，不计地磁场的影响，则（ ）A. N侧的电势高
B. 开关S断开时，M、N两端的电压为Bdv
C. 开关S闭合时，发电管道进、出口两端压力差
D. 开关S闭合时，电阻R上的功率为
【参考答案】BC
【名师解析】
海水向东流动的过程中，正电荷受到的洛伦兹力的方向指向 M，而负电荷受到的洛伦兹力
的方向指向N，所以M侧聚集正电荷，M侧的电势高，A错误；开关S断开时，设海水中
的电荷所带的电荷量为q，当其所受的洛伦兹力与电场力平衡时，M、N两端的电压U保持
恒定，有
解得 ，B正确；
开关S闭合后，海水所受的摩擦阻力恒为f，设开关S闭合后管道内海水受到的安培力为F
，发电管道进出口两端压力差
安
有 ，
根据闭合电路欧姆定律有解得 ，C正确；
电阻R上的功率为 ，D错误。
4.（2022北京朝阳区高三下质量检测一）1．为了测量化工厂的污水排放量，技术人员在排
污管末端安装了流量计（流量Q为单位时间内流过某截面流体的体积）。如图所示，长方
体绝缘管道的长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，所在空间有垂直于前后面向
里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N，含有
大量的正、负离子的污水充满管道，从左向右匀速流动，测得M、N间电压为U。由于污
水流过管道时受到阻力f的作用，左、右两侧管口需要维持一定的压强差。已知沿流速方
向长度为L、流速为v的污水，受到的阻力 （k为比例系数）。下列说法正确的是（
）
A．污水的流量
B．金属板 的电势低于金属板 的电势
C．电压 与污水中的离子浓度有关
D．左、右两侧管口的压强差为
【参考答案】．D
【名师解析】污水流速为v，则当M、N间电压为U时，有 ，解得 ，流量
为 ，解得 ，故A错误；由左手定则可知，正离子受洛伦兹力向上，
负离子受洛伦兹力向下，使M板带正电，N板带负电，则金属板M的电势高于金属板N的电势，故B错误；金属板M、N间电压为U，由 ，得， ，电压U与污水
粒子的浓度无关，故C错误；设左右两侧管口压强差为 ，污水匀速流动，由平衡关系
得， ，将 代入上式得 ，故D正确。
5．.如图所示是某化工厂测量污水排放量的设计图,在排污管末端安装流量计,该装置由绝缘
材料制成,长、宽、高分别为 ,左、右两端开口,在垂直于前、后面的方向加磁感应强
度为B的匀强磁场,在上、下两个面的内侧固定有金属板 作为电极,污水充满管道从
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
流出的污水体积),下列说法中正确的是( )
A.M板的电势一定低于N板的电势
B.污水流动的速度越大,电压表的示数越大
C.污水中离子浓度越高,电压表的示数越大
D.电压表的示数U与污水流量Q成正比
【参考答案】：BD
【名师解析】：根据左手定则知,负离子所受的洛伦兹力方向向下,则负离子向下偏转,N板
带负电,M板带正电,则M板的电势比N板的电势高,故A错误.最终离子在电场力和洛伦兹力
作用下平衡,有 ,解得 ,可知电压表的示数随污水流动速度的增大而增大,与
污水中离子浓度无关,故B正确,C错误.根据 ,流量 ,得 ,可知电压
表的示数与污水流量成正比,故D正确.
6. （2022北京西城期末） 如图所示，将非磁性材料制成的圆管置于匀强磁场中，当含有
大量正负离子的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，测得管两侧M、N两点之间有
电势差U。忽略离子重力影响，则（ ）A. M点的电势高于N点
B. N点的电势高于M点
C. 管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电势差U越大
D. 管中导电液体的离子浓度越大，M、N两点之间的电势差U越大
【参考答案】AC
【名师解析】
管中的导电液体从管中由左向右流过磁场区域时，由左手定则带电液体在洛伦兹力的作用
下，带正电的液体向上偏，带负电的液体向下偏，使管上壁带正电、下壁带负电，所以 M
点的电势高于N点，A正确，B错误；两管壁最后电压稳定时，则有电场力与洛伦兹力平
衡 ，解得 ，由此可知管中导电液体的流速越大，M、N两点之间的电
势差U越大，C正确，与液体离子浓度无关，D错误。
7. (2023北京海淀二模)如图所示，一块长为a、宽为b、高为c的长方体半导体器件，其内
载流子数密度为n，沿 方向通有恒定电流I。在空间中施加一个磁感应强度为B、方向
沿-x方向的匀强磁场，半导体上、下表面之间产生稳定的电势差U，下列说法正确的是（
）为
A. 若载流子 负电荷，则上表面电势高于下表面电势
B. 仅增大电流I，电势差U可以保持不变
C. 半导体内载流子所受洛伦兹力的大小为
D. 半导体内载流子定向移动的速率为
【参考答案】C
【名师解析】
沿 方向通有恒定电流，若载流子为负电荷，则电荷移动方向沿-y方向，磁感应强度方向
沿-x方向，根据左手定则可知，负电荷向上偏转，故上表面电势低于下表面电势，故A错
误；
半导体上、下表面之间产生稳定的电势差时，电场力与洛伦兹力平衡，则有
根据电流的微观意义可知
联立可得
则仅增大电流I，电势差U增大，故B错误；
半导体内载流子所受洛伦兹力的大小 ，C正确；
根据
半导体内载流子定向移动的速率 ，D错误。
8.（2023湖南怀化二模） 如图甲所示为利用霍尔元件制作的位移传感器。将霍尔元件置于
两块磁性强弱相同、同名磁极相对放置的磁体正中间，以中间位置为坐标原点建立如图乙
所示的空间坐标系。当霍尔元件沿 轴方向移动到不同位置时，将产生不同的霍尔电压U，通过测量电压U 就可以知道位移 。已知沿 轴方向磁感应强度大小 （ 为常
数，且 >0），电流 I沿 方向大小不变。该传感器灵敏度 ，要使该传感器的灵敏
度变大，下列措施可行的是（ ）
A. 把霍尔元件沿 方向的厚度变小
B. 把霍尔元件沿 方向的高度变大
C. 把霍尔元件沿 方向的长度变大
D. 把霍尔元件沿 方向的高度变小
【参考答案】A
【名师解析】
设霍尔元件沿y轴反向的高度为d，沿x轴方向的厚度为l，电流的微观表达式为
得
自由电荷受洛伦兹力和电场力平衡
得
由磁感应强度大小
得则
可知，要使该传感器的灵敏度变大，应把霍尔元件沿 方向的厚度l变小。故选A。
9. （2023浙江杭州高二期末）如图所示，厚度为h和宽度为d的金属板，放在磁感应强度
大小为B，方向垂直于前后面的匀强磁场中，当金属板内通过垂直于左右表面的电流时，
在金属板的上表面A和下表面A＇之间会产生一定的电势差U ，这种现象称为霍尔效应。
H
已知电流大小为I，该金属板单位体积内自由电子的个数为n。下列说法正确的是（ ）
A. 仅减小d能增大U
H
B. 仅减小h能增大U
H
C. 下表面A＇的电势低于上表面A的电势
D. 测量某空间的磁场时，U 不受金属板摆放方向的影响
H
【参考答案】A
【名师解析】
根据平衡条件得
又因为 ，
解得
仅减小d，U 增大，A正确；
H
根据 ，仅减小h， U 不变，B错误；
H
电流强度向右，电子向左运动，根据左手定则，电子所受的洛仑兹力向上，电子打在上表
面上，上表面带负电，下表面带正电，所以下表面A＇的电势高于上表面A的电势，C错
误；根据 ，U 与金属板摆放方向有关，所以测量某空间的磁场时，U 受金属板摆放
H H
方向的影响，D错误。
。
10. （2023辽宁本溪期中）霍尔元件是一种重要的磁传感器，可用在多种自动控制系统中。
长方体半导体材料厚为a、宽为b、长为c，以长方体三边为坐标轴建立坐标系xyz，如图所
示。半导体中有电荷量均为e的自由电子与空穴两种载流子，空穴可看作带正电荷的自由
移动粒子，单位体积内自由电子和空穴的数目分别为n和p。当半导体材料通有沿 方向
的恒定电流后，某时刻在半导体所在空间加一沿 方向的匀强磁场，磁感应强度大小为
B，于是在z方向上很快建立稳定电场，称其为霍尔电场，已知电场强度大小为E，沿
方向，不计载流子的重力。则关于这种霍尔材料认识正确的是（ ）
A. 刚加磁场瞬间，两种载流子在z方向上受到的洛伦兹力方向相反
B. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向形成的电流大小相等、方向相反
C. 建立稳定霍尔电场后两种载流子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力方向相同
D. 若自由电子定向移动在沿 方向上形成的电流为 ，自由电子在z方向上受到的洛伦
滋力和霍尔电场力合力大小为
【参考答案】BC
【名师解析】
由题意，恒定电流沿 方向，则自由电子沿 方向，空穴沿 方向，根据左手定则知
电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，所以电子产生电流方向沿z
轴负方向，空穴产生电流沿z轴正向。设 时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴
数分别为 、 ，设两粒子沿z轴方向的速度为 、 ，则有则霍尔电场建立后，半导体z方向的上表面电荷量不再发生变化，即
即在相等时间内运动到导体上表面的自由电子数和空穴数相等，则两种载流子在z方向形
成的电流大小相等、方向相反，故B正确，A错误；
C．因为电子受到的洛伦兹力方向向上，空穴受到洛伦兹力方向向上，霍尔电场沿z轴负方
向，所以电子受到霍尔电场的电场力向上，即电子在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力
的合力向上且不为零。而空穴受到霍尔电场的电场力方向向下，且小于所受的洛伦兹力，
故空穴在z方向上受到洛伦兹力和霍尔电场力的合力向上且不为零，故C正确；
D．设自由电子沿x轴方向的速度为 ，则满足
所以自由电子受到洛伦兹力大小为
又因为霍尔电场力为
所以自由电子在z方向上受到的洛伦滋力和霍尔电场力合力大小为
故D错误。
11. （2023浙江台州二模） 笔记本电脑机身和显示屏分别装有霍尔元件和磁体，实现开
屏变亮，合屏熄灭。图乙为一块利用自由电子导电，长、宽、高分别为a、b、c的霍尔元
件，电流方向向右。当合上显示屏时，水平放置的元件处于竖直向下的匀强磁场中，元件
前、后表面间产生电压，当电压达到某一临界值时，屏幕自动熄灭。则元件的（ ）A. 合屏过程中，前表面的电势比后表面的低
B. 开屏过程中，元件前、后表面间的电压变大
C. 若磁场变强，可能出现闭合屏幕时无法熄屏
的
D. 开、合屏过程中，前、后表面间 电压U与b无关
【参考答案】D
【名师解析】
电流方向向右，电子向左定向移动，根据左手定则，自由电子向后表面偏转，后表面积累
了电子，前表面的电势高于后表面的电势，故A错误；
稳定后根据平衡条件有
根据电流的微观表达式有
解得
所以开屏过程中，磁感应强度减小，元件前、后表面间的电压变小。若磁场变强，元件前、
后表面间的电压变大，不可能出现闭合屏幕时无法熄屏。开、合屏过程中，前、后表面间
的电压U与b无关，故D正确，BC错误；
12．（2023河北邢台期末）霍尔元件广泛应用于生产生活中，有的电动自行车上控制速度
的转动把手就应用了霍尔元件，这种转动把手称为“霍尔转把”。“霍尔转把”内部有永
久磁铁和霍尔器件等，截面如图。开启电动自行车的电源时，在霍尔器件的上下面之间就
有一个恒定电流I，如图。将“霍尔转把”旋转，永久磁铁也跟着转动，施加在霍尔器件上
的磁场就发生变化，霍尔器件就能输出变化的电势差U。这个电势差是控制车速的，电势
差与车速的关系如图。以下叙述正确的是（ ）A．若霍尔元件的自由电荷是自由电子，则 端的电势高于 端的电势
B．若改变霍尔器件上下面之间的恒定电流I的方向，将影响车速控制
C．其他条件不变，仅增大恒定电流I，可使电动自行车更容易获得最大速度
D．按第一张图顺时针均匀转动把手，车速减小
【参考答案】C
【名师解析】若霍尔元件的自由电荷是自由电子，根据左手定则，电子受到洛伦兹力向
端相连接的面移动，因此 端电势低于 端的电势，A错误；当霍尔元件上下面之间的恒
定电流 的方向改变，从霍尔元件输出的控制车速的电势差正负号相反，但由题中第三张
图可知，不会影响车速控制，B错误；设自由电子定向移动的速率为 ，霍尔元件前后面
间的距离为 ，左右表面间距离为 ，达到稳定后，自由电荷受力平衡，由 ，可
得 。电流的微观表达式 ，则
可知仅增大电流 时前后表面电势差增大，对应的车速更大，电动自行车的加速性能更好，
更容易获得最大速度，C正确；当按题中第一张图顺时针均匀转动把手时霍尔器件周围场
强增大，那么霍尔器件输出的控制车速的电势差 增大，因此车速变快，但并不是增加的
越来越快，D错误。
