试题-全国-2016_高中物理 磁场（三）带电粒子在复合场中运动的应用实例.doc

2带电粒子在复合场中运动的应用实例电磁场在科学技术中的应用,主要有两类:一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号,进而达到转化信息或自动控制的目的;另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用,来控制其运动,使其平衡、加速、偏转或转动,以达到预定的目的。例如:电磁流量计、霍尔效应、磁流体发电机、磁电式仪表、质谱仪、速度选择器等。装置原理图规律速度选择器若qv0B＝Eq，即v0＝eq\f(E,B)，粒子做匀速直线运动质谱仪电子经U加速，从A孔入射经偏转打到P点，eU＝eq\f(1,2)mv2，得v0＝eq\r(\f(2eU,m))。AP＝d＝2r＝＝eq\f(2m,eB)eq\r(\f(2eU,m))比荷eq\f(e,m)＝磁流体发电机等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板带正、负电，两极电压为U时稳定，eq\f(qU,d)＝qvB，U＝Bdv电磁流量计eq\f(U,D)q＝qvB，所以v＝eq\f(U,DB)所以流量Q＝vS＝eq\f(πUD,4B)霍尔元件eq\f(U,h)q＝qvB所以U＝vBh回旋加速器两D形盒分别接频率为f＝eq\f(qB,2πm)的高频交流电源两极，带电粒子在窄缝间电场加速，在D形盒内偏转一.速度选择器正交的匀强电场与匀强磁场组成速度选择器，带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）进入才能匀速通过速度选择器，否则将发生偏转，这个速度的大小可由洛伦兹力和电场力的平衡求得，qvB=qE，所以，在图中，速度方向必须向右。1.这个结论与粒子带何种电荷及所带电荷的多少没有关系。2.若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂的曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹也是一条复杂的曲线。即若v＜E/B，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＞E/B，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少。【典例1】如图所示，两平行金属板中有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，带正电的粒子（不计粒子的重力）从两板中央垂直电场、磁场入射．它在金属板间运动的轨迹为水平直线，如图中虚线所示．若使粒子飞越金属板间的过程中向上板偏移，则可以采取下列的正确措施为（）A．使入射速度增大B．使粒子电量增大C．使电场强度增大D．使磁感应强度增大二、质谱仪1.构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。2.原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU＝eq\f(1,2)mv2。粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB＝meq\f(v2,r)。由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷。r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，m＝eq\f(qr2B2,2U)，eq\f(q,m)＝eq\f(2U,B2r2).3.作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素。【典例2】如图所示是质谱仪的工作原理示意图。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下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是()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，粒子的比荷越小三、磁流体发电机由燃烧室燃烧电离成的正、负离子（等离子体）以高速喷入偏转磁场中，在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场，两板间形成一定的电势差。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，如图8中的B是发电机正极。3.磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qE＝qeq\f(U,L)＝qvB得两极板间能达到的最大电势差U＝BLv。【典例3】如图所示，将一束等离子体喷射入磁场，在场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，电离气体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间电离气体的电阻率为()A.eq\f(d,S)eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1