带电粒子在复合场中运动的应用实例.doc

扬中市第二高级中学2014-2015学年度高二物理导学案

带电粒子在复合场中运动的应用实例
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 这种装置能把具有一定 的
粒子选择出来，所以叫做速度选择器。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 ，即v＝。

例1.（单选）如右图所示，有一混合正离子束先后通过正交电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的()
A．动能
B．质量
C．电荷量
D．比荷
2．质谱仪
(1)构造：如图所示，由粒子源、__________、___________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_________。
①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
。
②由①②两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＝_________，m＝_______，eq\f(q,m)＝_______。
例2.（多选）如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(磁感应强度为B)和匀强电场(电场强度为E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P进入另一匀强磁场(磁感应强度为B′)，最终打在A1A2上，下列表述正确的
是()
A．粒子带负电
B．所有打在A1A2上的粒子，在磁感应强度为B′的磁场中的运动时间都相同
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于eq\f(E,B)
D．粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷eq\f(q,m)越大

3．回旋加速器
(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接______电源。D形盒处于匀强磁场中。
(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期______，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速。由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由____________和D形盒决定，与加速电压无关。
例3.（单选）回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，关于回旋加速器的下列说法正确的是()
A．狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大
B．磁场对带电粒子的洛伦兹力对粒子不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关
C．带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍
D．用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率

4．磁流体发电机
(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把 直接转化为电能。
(2)根据左手定则，如右图中的B是发电机 。
(3)磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，磁场磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝。
(4)电源电阻r＝ρL/S，外电阻R中的电流可由闭合电路 求出，即
I＝。
例4．如图所示，磁流体发电机的极板相距d＝0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B＝1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连。电离气体以速率v＝1100m/s沿极板射入，极板间电离气体等效内阻r＝0.1Ω，试求此发电机的最大输出功率为多大？

5．电磁流量计
工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，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)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：
qvB＝qE＝qeq\f(U,d)，所以v＝ ，因此液体流量Q＝Sv＝eq\f(πd2,4)·eq\f(U,Bd)＝eq\f(πdU,4B)。

6．霍尔效应：
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当 与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了 ，这种现象称为霍尔效应。所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示。
例5．(多选)利用如图所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b，厚为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场B，当通以图示方向电流I时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为U。已知自由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是()
A．上表面电势高
B．下表面电势高
C．该导体单位体积内的自由电子数为eq\f(I,ed