1、實(shí)用文檔第 8 課時(shí)電磁場(chǎng)在實(shí)際中的應(yīng)用班級(jí) _學(xué)號(hào) _ 一速度選擇器原理：粒子重力不計(jì)，電場(chǎng)力與洛倫茲力大小相等，方向相反，當(dāng)帶電粒子時(shí)沿直線穿過(guò)正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)。例 1、如下圖，正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度分別為b 和 e，一帶電的粒子(重力不計(jì) )，以速度v0垂直射入恰好沿直線運(yùn)動(dòng)，以下說(shuō)法正確的有acd a、粒子一定從左側(cè)射入，右側(cè)射出b、粒子一定帶正電c、粒子的速度大小v0一定等于 e/b d、粒子能否沿直線運(yùn)動(dòng)與粒子的電量、電性無(wú)關(guān)二質(zhì)譜儀利用不同質(zhì)量而帶同樣電量的帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑不同，可以制成測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的儀器 質(zhì)

2、譜儀。例題 2、質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具， 它的構(gòu)造原理如圖，離子源 a 產(chǎn)生的各種不同正離子束 (速度可看作為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，到達(dá)記錄它的照相底片p 上，設(shè)離子在p上的位置到入口處s3的距離為d，可以判斷 ( ad ) a、假設(shè)離子束是同位素，那么d 越大，離子質(zhì)量越大b、假設(shè)離子束是同位素，那么d 越大，離子質(zhì)量越小c、只要 d 相同，那么離子質(zhì)量一定相同d、只要 d 相同，那么離子的荷質(zhì)比一定相同三盤(pán)旋加速器利用磁場(chǎng)控制軌道，電場(chǎng)加速來(lái)獲得高能粒子的加速器。盤(pán)旋加速器的根本構(gòu)造：核心部件是放置在磁場(chǎng)中的兩個(gè)d 形金屬盒。例題 3、d

3、形盒的直徑為d，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，交變電壓的電壓為u，粒子質(zhì)量m，帶電量為q。求 :(1)從出口射出時(shí)，粒子的速度v 2從出口射出時(shí)，粒子的動(dòng)能ek 3從出口射出時(shí)，粒子加速的次數(shù)n 4交變電源的頻率f (5)粒子從靜止開(kāi)始加速到射出所經(jīng)歷的時(shí)間t 6要增大粒子的最大動(dòng)能可采取哪些措施？1、mbqdv2，2、mdqbek8222， 3、muqdbn822，4、mbqf2， 5、ubdt82實(shí)用文檔例 4、如下圖，厚度為h，寬度為d 的導(dǎo)體放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的均勻磁場(chǎng)中。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面a和下側(cè)面a1之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明， 當(dāng)磁

4、場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)， 電勢(shì)差 u、 電流 i 和磁感應(yīng)強(qiáng)度b的關(guān)系為u=kib/d，式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)。霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場(chǎng)的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷， 從而形成橫向電場(chǎng)對(duì)電子施加與洛侖茲力相反的靜電力。當(dāng)靜電力與洛侖茲力到達(dá)平衡時(shí)， 導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間會(huì)形成穩(wěn)定的電勢(shì)差。設(shè)電流 i 是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，答復(fù)以下問(wèn)題：1到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)， 導(dǎo)體板上側(cè)a的電勢(shì)下側(cè)面 a1的電勢(shì)； 填“高于 “低于或“等于2電子所受的洛侖茲力的大小為 ；3當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間的電勢(shì)差為u時(shí)，電子所受靜電力的大小為

5、 ；4由靜電力和洛侖茲力平衡，證明：霍爾系數(shù)為k=1/ne ，其中 n 代表導(dǎo)體板的單位體積內(nèi)的電子的個(gè)數(shù)。1、低于2、bev 3、ue/h 4、略磁流體發(fā)電機(jī)、流量計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)，課后練習(xí)1、如下圖，正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電場(chǎng)強(qiáng)度分別為b 和 e，一帶電的粒子 (重力不計(jì) )，一帶電的粒子(重力不計(jì) )，以速度 v1垂直射入，以速度v2射出，以下可能的是bc a.v1=e/bv2v11e/b, v2v1c.v1e/bv2v1d.v1e/b .v2v12、目前世界上正在研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫做磁流體發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)與一般發(fā)電機(jī)不同，它可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能，它的發(fā)電原理是：將一

6、束等離子體即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而整體來(lái)說(shuō)呈中性噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中a、b兩平行金屬板上會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓。設(shè) ab兩平行板的面積為s，彼此相距 l，等離子體氣體的導(dǎo)電率為p即電阻率的倒數(shù)噴入速度為v，板間磁感應(yīng)強(qiáng)度b與氣流方向垂直，與板相連的電阻的阻值為r。問(wèn)：1圖中 a、b 板哪個(gè)是發(fā)電機(jī)的正極？2該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)多大？3流過(guò) r的電流 i 為多少？1b 板 2u=blv 3pslrblvib a1 d h i a 實(shí)用文檔3、 圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為b 和 e。

7、平板 s 上有可讓粒子通過(guò)的狹縫p和記錄粒子位置的膠片a1a2。 平板 s下方有強(qiáng)度為b0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。以下表述正確的選項(xiàng)是( abc ) a質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具b速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外c能通過(guò)的狹縫p的帶電粒子的速率等于e/b d粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫p，粒子的荷質(zhì)比越小4、如圖，一束質(zhì)量、速度和電量不同的正離子垂直射入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)相互垂直的區(qū)域里圖中a ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向未發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這些離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中圖中c ，又分裂為幾束，這些離子的a電量一定不同b質(zhì)量一定不同c速度一定不同d荷質(zhì)比一定不同5、截面是矩形的金屬導(dǎo)體，放在如下圖的磁場(chǎng)

8、中，當(dāng)導(dǎo)體中通有圖示方向的電流時(shí)，導(dǎo)體的上外表電勢(shì)為m，導(dǎo)體的下外表的電勢(shì)為 n，那么b a、mnb、m nb、m d 時(shí)， t1可忽略不計(jì)。例 3、解析：d 形盒的半徑r 可近似看作質(zhì)子引出d 形盒前半周的軌道半徑，跟r 相應(yīng)的質(zhì)子能量為ek，由09 年江蘇卷 14. 16 分 1932 年，勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出了盤(pán)旋加速器。盤(pán)旋加速器的工作原理如下圖，置于高真空中的d形金屬盒半徑為r，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。a處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m 、電荷量為 +q ，在加速器中被加速，加速電壓為u。加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用。

9、1求粒子第2 次和第 1 次經(jīng)過(guò)兩d形盒間狹縫后軌道半徑之比；2求粒子從靜止開(kāi)始加速到出口處所需的時(shí)間t ；3實(shí)際使用中，磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)頻率都有最大值的限制。假設(shè)某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)頻率的最大值分別為bm、fm，試討論粒子能獲得的最大動(dòng)能e。解析 ：(1)設(shè)粒子第1 次經(jīng)過(guò)狹縫后的半徑為r1,速度為 v1qu=12mv12 實(shí)用文檔qv1b=m211vr解得112murbq同理，粒子第2 次經(jīng)過(guò)狹縫后的半徑214murbq那么21:2 :1rr2設(shè)粒子到出口處被加速了n 圈221222nqumvvqvbmrmtqbtnt解得22brtu3加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)

10、動(dòng)的頻率，即2qbfm當(dāng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為bm時(shí)，加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)為2mbmqbfm粒子的動(dòng)能212kemv當(dāng)bmfmf時(shí)，粒子的最大動(dòng)能由bm決定2mmmvqv bmr解得2222mkmq b rem當(dāng)bmfmf時(shí)，粒子的最大動(dòng)能由fm決定2mmvf r解得2222kmmemf r實(shí)用文檔朝陽(yáng)區(qū) 24 20 分如下圖為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外，大小可調(diào)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。m、n 為兩塊中心開(kāi)有小孔的極板，每當(dāng)帶電粒子經(jīng)過(guò)m、 n 板時(shí)，都會(huì)被加速，加速電壓均為u；每當(dāng)粒子飛離電場(chǎng)后，m、n 板間的電勢(shì)差立即變?yōu)榱恪ＡＷ釉?m、n 間的電場(chǎng)中一次次被加速，動(dòng)能不斷增大， 而繞行半徑 r 不變 m、n 兩極板間的距離遠(yuǎn)小于r 。當(dāng) t=0 時(shí)，質(zhì)量為 m，電荷量為 +q 的粒子靜止在m 板小孔處，1求粒子繞行n 圈回到 m 板時(shí)的動(dòng)能en；2為使粒子始終保持在圓軌道上運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)必須周期性遞增；求粒子繞行第n 圈時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度b 的大小；3求粒子繞行n 圈所需總時(shí)間tn。解析 24 20 分解： 1粒子繞行一圈動(dòng)能的增量為qu，繞行 n 圈所獲得的總動(dòng)能nquea4 分2因?yàn)?21amvmqurvuvvqbnua2