定稿帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例

1、江安中學(xué)高二物理活動(dòng)單 磁場(chǎng)第8節(jié) 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例活動(dòng)一：速度選擇器1如圖所示，速度為v0、電荷量為q的正離子恰能沿直線飛出離子速度選擇器，選擇器中磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，則（ ）A若改為電荷量q的離子，將往上偏（其它條件不變）B若速度變?yōu)?v0將往上偏（其它條件不變）C若改為電荷量2q的離子，將往下偏（其它條件不變）D若速度變?yōu)関0 /2將往下偏（其它條件不變）2圖中為一“濾速器”裝置示意圖。a、b為水平放置的平行金屬板，一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進(jìn)入a、b兩板之間。為了選取具有某種特定速率的電子，可在a、b間加上電壓，并沿垂直于紙面的方向加一勻強(qiáng)磁

2、場(chǎng)，使所選 電子仍能夠沿水平直線OO'運(yùn)動(dòng)，由O'射出。不計(jì)重力作用?？赡苓_(dá)到上述目的的辦法是（ ）A.使a板電勢(shì)高于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里B.使a板電勢(shì)低于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里C.使a板電勢(shì)高于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外D.使a板電勢(shì)低于b板，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外歸納小結(jié)：活動(dòng)二：質(zhì)譜儀3如圖為質(zhì)譜儀原理示意圖，電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)過電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)后進(jìn)入粒子速度選擇器。選擇器中存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)為E、方向水平向右。已知帶電粒子能夠沿直線穿過速度選擇器，從G點(diǎn)垂直MN進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一個(gè)以直線MN

3、為邊界、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，最終到達(dá)照相底片的H點(diǎn)?？蓽y(cè)量出G、H間的距離為l。帶電粒子的重力可忽略不計(jì)。求：（1）粒子從加速電場(chǎng)射出時(shí)速度v的大小。（2）粒子速度選擇器中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小和方向。（3）偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小。4圖是質(zhì)譜議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.平板S上有可讓粒子通過的狹縫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)下列表述正確的是()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能通過狹縫P的

4、帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小來歸納小結(jié)：活動(dòng)三：回旋加速器5回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，它的工作原理是在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度無關(guān)。回旋加速器的核心部分是兩個(gè)D型金屬扁盒，如圖12所示 ，盒正中間有一條窄縫，在兩個(gè)D型盒之間加交變電壓，于是在縫隙中形成交變電場(chǎng)，由于屏蔽作用，在D型盒內(nèi)部電場(chǎng)很弱。D型盒裝在真空容器中，整個(gè)裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場(chǎng)方向垂直于D型盒的底面。只要在縫隙中的交變電場(chǎng)的頻率不變，便可保證粒子每次通過縫隙時(shí)總被加速，粒子的軌道不斷增大，并逐漸靠近D型盒邊緣。當(dāng)達(dá)到預(yù)期的速率后，再用特殊

5、的裝置將它引出。在D型盒上半面中心出口A處有一正離子源，正離子的帶電量為q，質(zhì)量為m ，加速時(shí)電極間電壓大小為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B（加速時(shí)的時(shí)間很短，在考慮交變電場(chǎng)周期時(shí)可不予以考慮，正離子從離子源出發(fā)時(shí)初速為零），請(qǐng)回答：A（1）證明帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)周期與速度無關(guān)。（2）上述交變電場(chǎng)的頻率不變，其頻率為多大？（3）求離子在下半盒中第1條和第k條軌道的半徑之比。（4）設(shè)D型盒的半徑為R，試求離子能獲得的最大動(dòng)能為多少？6回旋加速器是利用較低電壓的高頻電源，使粒子經(jīng)多次加速獲得巨大速度的一種儀器，工作原理如圖所示下列說法正確的是( )A粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)B粒子由

6、A0運(yùn)動(dòng)到A1比粒子由A2運(yùn)動(dòng)到A3所用時(shí)間少C粒子的軌道半徑與它被電場(chǎng)加速的次數(shù)成正比D粒子的運(yùn)動(dòng)周期和運(yùn)動(dòng)速率成正比歸納小結(jié)：活動(dòng)四：磁流體發(fā)電機(jī)7目前世界上正研究的一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，如圖表示它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而從整體來說呈中性)沿圖所示方向噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就聚集了電荷在磁極配置如圖中所示的情況下，下列說法正確的是()AA板帶正電B有電流從b經(jīng)用電器流向aC金屬板A、B間的電場(chǎng)方向向下D等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受洛倫茲力大于所受靜電力8磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)它可以把氣體的內(nèi)能

7、直接轉(zhuǎn)化為電能如圖是它的示意圖。平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大世正、負(fù)帶電粒子)垂直于 B的方向噴入磁場(chǎng)，每個(gè)離子的速度為v，電荷量大小為q，A、B兩扳間距為d，穩(wěn)定時(shí)下列說法中正確的是（ ）A圖中A板是電源的正極 B圖中B板是電源的正極 C電源的電動(dòng)勢(shì)為Bvd D電源的電動(dòng)勢(shì)為Bvq 歸納小結(jié)：活動(dòng)五：電磁流量計(jì)9如圖所示為電磁流量計(jì)示意圖，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，置一非磁性材料制成的直徑為D的圓管，當(dāng)管中有導(dǎo)電液體流過時(shí)，測(cè)出管壁上的a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為U，那么，單位時(shí)間里流過圓管某一截面液體的體積(即流量)=_.

8、10某制藥廠的污水處理站的管道中安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，當(dāng)含有大量正負(fù)離子（其重力不計(jì)）的污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，利用電壓表所顯示的兩個(gè)電極間的電壓U，就可測(cè)出污水流量Q（單位時(shí)間內(nèi)流出的污水體積）則下列說法正確的是A后表面的電勢(shì)一定高于前表面的電勢(shì)，與正負(fù)哪種離子多少無關(guān)B若污水中正負(fù)離子數(shù)相同，則前后表面的電勢(shì)差為零C流量Q越大，兩個(gè)電極間的電壓U越大D污水中離子數(shù)越多，兩個(gè)電極間的電壓U越大歸納小結(jié)：【鞏固練習(xí)】1長方體金屬塊放

9、在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有電流通過金屬塊，如圖所示，則下面說法正確的是()A金屬塊上下表面電勢(shì)相等B金屬塊上表面電勢(shì)高于下表面電勢(shì)C金屬塊上表面電勢(shì)低于下表面電勢(shì)D無法比較兩表面的電勢(shì)高低2目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。圖12表示出了它的發(fā)電原理。將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負(fù)電的微粒，從整體來說是呈電中性）噴射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊面積為S，相距為的平行金屬板A、B與外電阻R相連構(gòu)成一電路，設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率（電阻率的倒數(shù)）為，則電流表的示數(shù)為 ；流過外電阻R的電流的方向?yàn)?。3如圖所示，回旋加速

10、器D形盒的半徑為R，用來加速質(zhì)量為m，電量為q的質(zhì)子，質(zhì)子每次經(jīng)過電場(chǎng)區(qū)時(shí)，都恰好在電壓為U時(shí)并被加速，且電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，使質(zhì)子由靜止加速到能量為E后，由A孔射出 。下列說法正確的是（ ） A .D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高,質(zhì)子的能量E將越大B. 磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U不變, D形盒半徑R越大、質(zhì)子的能量E將越大C. D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高,質(zhì)子的在加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間將越長D. D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高,質(zhì)子的在加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間將越短 4質(zhì)量為m、帶電荷量為q的粒子(忽略重力)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻

11、速圓周運(yùn)動(dòng)，形成空間環(huán)形電流已知粒子的運(yùn)動(dòng)速率為v、半徑為R、周期為T，環(huán)形電流的大小為I.則下面說法中正確的是()A該帶電粒子的比荷為B在時(shí)間t內(nèi)，粒子轉(zhuǎn)過的圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為C當(dāng)速率v增大時(shí)，環(huán)形電流的大小I保持不變D當(dāng)速率v增大時(shí)，運(yùn)動(dòng)周期T變小5如圖所示，銅質(zhì)導(dǎo)電板置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通電時(shí)銅板中電流方向向上.由于磁場(chǎng)的作用，則（ ）IabA板左側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)B板左側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)C板右側(cè)聚集較多電子，使a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D板右側(cè)聚集較多電子，使b點(diǎn)電勢(shì)高于a點(diǎn)電勢(shì)6利用如圖所示的方法可以測(cè)得金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)n，現(xiàn)測(cè)得一塊橫截

12、面為矩形的金屬導(dǎo)體的寬為b，厚為d，并加有與側(cè)面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，當(dāng)通以圖示方向電流I時(shí)，在導(dǎo)體上、下表面間用電壓表可測(cè)得電壓為U.已知自由電子的電荷量為e，則下列判斷正確的是（ ）A上表面電勢(shì)高 B下表面電勢(shì)高C該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為D該導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為7電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體(如污水)在管中的流量(在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積)，為了簡化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道相連接（圖中虛線）圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R