1、第三單元第三單元 zxxk帶電粒子在復合場中的運動帶電粒子在復合場中的運動一、洛倫茲力的應用實例一、洛倫茲力的應用實例1 1回旋加速器回旋加速器(1)(1)構造：構造：D D1 1、D D2 2是半圓金屬盒，是半圓金屬盒，D D形盒的縫隙處接形盒的縫隙處接交流交流電源電源D D形盒處于勻強磁場中形盒處于勻強磁場中練習練習(2012溫州模擬溫州模擬)如圖如圖8227甲所示是回旋加速器甲所示是回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時，形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高頻電源相連。帶電粒子兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高

2、頻電源相連。帶電粒子在磁場中運動的動能在磁場中運動的動能Ek隨時間隨時間t的變化規律如圖的變化規律如圖8227乙所乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷中正確示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷中正確的是的是 ()圖圖8227A在在Ekt圖中應有圖中應有t4t3t3t2t2t1B高頻電源的變化周期應該等于高頻電源的變化周期應該等于tntn1C粒子加速次數越多，粒子最大動能一定越大粒子加速次數越多，粒子最大動能一定越大D當當B一定時，要想粒子獲得的最大動能越大，則要一定時，要想粒子獲得的最大動能越大，則要求求D形盒的面積也越大形盒的面積也越大答案：答案：AD解析：帶電粒

3、子在兩解析：帶電粒子在兩D形盒內做圓周運動時間等于半個圓周形盒內做圓周運動時間等于半個圓周運動周期，而粒子運動周期運動周期，而粒子運動周期T2m/qB與粒子速度無關，與粒子速度無關，則有則有t4t3t3t2t2t1，選項，選項A正確；高頻電正確；高頻電2 2質譜儀質譜儀(1)(1)構造：由粒子源、加速電場、偏轉磁場和照相底片等組成構造：由粒子源、加速電場、偏轉磁場和照相底片等組成qBv【答案答案】m=qd2B2/(8U)1、如圖所示是測量帶電粒子質量的儀器的工作原理示意圖。設法使、如圖所示是測量帶電粒子質量的儀器的工作原理示意圖。設法使某有機化合物的氣態分子導入圖示的容器某有機化合物的氣態分子

4、導入圖示的容器A中，使它受到電子束轟擊，中，使它受到電子束轟擊，失去一個電子成為正一價的分子離子。分子離子從狹縫失去一個電子成為正一價的分子離子。分子離子從狹縫S1以很小的速以很小的速度進入電壓為度進入電壓為U的加速電場區的加速電場區(初速度不計初速度不計)，加速后，再通過狹縫，加速后，再通過狹縫S2、S3射入磁感應強度為射入磁感應強度為B的勻強磁場，方向垂直于磁場區的界面的勻強磁場，方向垂直于磁場區的界面PQ，最，最后，分子離子打到感光片上，形成垂直于紙面且平行于狹縫后，分子離子打到感光片上，形成垂直于紙面且平行于狹縫S3的細線。的細線。若測得細線到狹縫若測得細線到狹縫S3的距離為的距離為d

5、，導出分子離子的質量，導出分子離子的質量m的表達式。的表達式。帶電粒子在復合場中運動的典型應用帶電粒子在復合場中運動的典型應用包括包括:速度選擇器、磁流體發電機、電磁流速度選擇器、磁流體發電機、電磁流量計、霍爾效應量計、霍爾效應EqqvB如圖所示，在兩平行板間有強度為如圖所示，在兩平行板間有強度為E的的勻強電場，方向豎直向下，一帶電量為勻強電場，方向豎直向下，一帶電量為q的負粒子的負粒子(重力不計重力不計)垂直于電場方向垂直于電場方向以速度以速度飛入兩極板間為了使粒子飛入兩極板間為了使粒子沿直沿直線飛出線飛出，應在垂直于紙面內加一個怎樣，應在垂直于紙面內加一個怎樣方向的磁場，其磁感強度為多大？

6、方向的磁場，其磁感強度為多大？v-EqqvB分分 析析粒子沿直線飛出粒子沿直線飛出電場力與洛倫電場力與洛倫茲力的合力為茲力的合力為0解：由電場力與洛倫茲力的合力為零可得：解：由電場力與洛倫茲力的合力為零可得：EqqvB vEB 方向：垂直于紙面向內方向：垂直于紙面向內三三. .電場磁場同區域并存應用實例電場磁場同區域并存應用實例1. 1.速度選擇器速度選擇器討 論(3)在在E、B確定情況下，若帶電粒子能從左側射確定情況下，若帶電粒子能從左側射入勻速通過電磁場，則從右側射入能勻速通過嗎？入勻速通過電磁場，則從右側射入能勻速通過嗎？(1)在在E、B確定情況下，滿足確定情況下，滿足 的帶電粒子的帶電

7、粒子能沿直線飛出，與粒子的能沿直線飛出，與粒子的帶電量帶電量、電性電性有何關系？有何關系？BEv (2)在在E、B確定情況下，若確定情況下，若 或或 能否能否直線通過？直線通過？ ZxxkBEv BEv 結論速度選擇器不但對速度的速度選擇器不但對速度的大小大小有有限制限制(只能等于只能等于E/B)，而且對速度，而且對速度的的方向方向進行選擇。進行選擇。v-EqqvBv-Eq+EqqvB答：與粒子的答：與粒子的帶電量、電性帶電量、電性無關。無關。Bqv-BEv BEv EqBqv答：答：不能不能直線通過直線通過。-EqqvBvv答：答：不能不能直線通過直線通過。=1.1.如圖所示，有如圖所示，有

8、a a、b b、c c、d d四個離子，它們帶同種電荷且電荷量相四個離子，它們帶同種電荷且電荷量相等，它們的速率關系為等，它們的速率關系為v va avvb bv vc cvvd d，質量關系為，質量關系為m ma am mb bmmc cm md d. .進進入速度選擇器后，有兩種離子從速度選擇器射出，由此可以判定入速度選擇器后，有兩種離子從速度選擇器射出，由此可以判定( () )A A射向射向P P1 1的是的是a a粒子粒子B B射向射向P P1 1的是的是b b粒子粒子C C射向射向A A2 2的是的是c c粒子粒子D D射向射向A A2 2的是的是d d粒子粒子A A在勻強磁場中放置

9、一個矩形截面的載流導體，當在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導體，當磁場方向磁場方向與電流方向垂直與電流方向垂直時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上時，導體在與磁場、電流方向都垂直的方向上產生了電勢差產生了電勢差，這個現象稱，這個現象稱為霍爾效應所產生的電勢差稱為霍爾電勢差，其原理如下圖所示為霍爾效應所產生的電勢差稱為霍爾電勢差，其原理如下圖所示2 2霍爾效應：霍爾效應：霍爾電勢差霍爾電勢差(d為板的厚度）為板的厚度）nqdBIU （2011江蘇模擬）利用霍爾效應制作的霍爾元件，廣泛應用于測量和自江蘇模擬）利用霍爾效應制作的霍爾元件，廣泛應用于測量和自動控制等領域如圖是霍爾元件的工作原理示

10、意圖，磁感應強度動控制等領域如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應強度B垂垂直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流直于霍爾元件的工作面向下，通入圖示方向的電流I，C、D兩側面會兩側面會形成電勢差形成電勢差UCD，下列說法中正確的是（，下列說法中正確的是（A電勢差電勢差UCD僅與材料有關僅與材料有關B若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢差UCD0C僅增大磁感應強度時，電勢差僅增大磁感應強度時，電勢差UCD變大變大D在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應保持水平在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應保持水平3.3.電磁流量計電磁流量計

11、如圖所示，圓形導管直徑為如圖所示，圓形導管直徑為d d，用，用非磁性材料非磁性材料制成，導電液體在管中向左流動，導制成，導電液體在管中向左流動，導電液體中的自由電荷電液體中的自由電荷( (正、負離子正、負離子) )，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉，a a、b b間出現電間出現電勢差，形成電場，當自由電荷所受的勢差，形成電場，當自由電荷所受的洛倫茲力洛倫茲力和和電場力電場力平衡時，平衡時，a a、b b間的電勢差就間的電勢差就保持穩定，即保持穩定，即qvB=qEqvB=qEqU/dqU/d，所以，所以v vU/dBU/dB，因此液體流量，因此液體流量Q QSvSv . .

12、 ZxxkBdU4【練習練習1313】( (教學案第教學案第269269頁針對練習頁針對練習3 3）電磁流量計廣泛應用于測量電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體可導電流體( (如污水如污水) )在管中的流量在管中的流量( (在單位時間內通過管內橫截面的在單位時間內通過管內橫截面的流體的體積流體的體積) )為了簡化，假設流量計是如圖所示的橫截面為長方形為了簡化，假設流量計是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其長、寬、高分別為圖中的的一段管道，其長、寬、高分別為圖中的a a、b b、c c流量計的兩端與輸流量計的兩端與輸送流體的管道相連接送流體的管道相連接( (圖中虛線圖中虛線) )，圖中流量計的

13、上下兩面是金屬材，圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現給流量計所在處加磁感強度為料，前后兩面是絕緣材料，現給流量計所在處加磁感強度為B B的勻強的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面，當導電流體穩定地流經流量計時，磁場，磁場方向垂直于前后兩面，當導電流體穩定地流經流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R R的電流表的兩端的電流表的兩端連接，連接，I I表示測得的電流值，已知流體的電阻率為表示測得的電流值，已知流體的電阻率為，不計電流表的，不計電流表的內阻，則可求得流量為（內阻，則可求得流量為（ ）A A B BC C D

14、 Dabc()IacRBb()IbcRBa()IbaRBc()IcbRBaA如圖所示，一束在高溫下形成的正、負離子（等離子體）以高速如圖所示，一束在高溫下形成的正、負離子（等離子體）以高速v噴入偏轉磁場噴入偏轉磁場中，在洛倫磁力作用下，正、負離子分別向兩級板偏轉、積累，從而在兩板間形中，在洛倫磁力作用下，正、負離子分別向兩級板偏轉、積累，從而在兩板間形成一定的電勢差，兩板間形成電場。成一定的電勢差，兩板間形成電場。根據左手定則，根據左手定則，B B板是發電機的正極若磁板是發電機的正極若磁流體發電機兩極板間的距離為流體發電機兩極板間的距離為d d，等離子體速度為，等離子體速度為v v，磁場磁感應強度為，磁場磁感應強度為B B，則兩，則兩極板間能達到的最大電勢差極板間能達到的最大電勢差U U . .4 4磁流體發電機磁流體發電機dvBdvB磁流體發電機可以把氣體的內能直接轉化為電能，是一種低碳環保發電機，有著廣泛的發磁流體發電機可以把氣體的內能直接轉化為電能，是一種低碳環保發電機，有著廣泛的發展前景其發電原理示意圖如圖所示，將一束等離子體展前景其發電原理示意圖如圖所示，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和負電的微粒，整體上呈電中性帶正電和負電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應強度為噴射入磁感應