質(zhì)譜儀回旋加速器磁流體發(fā)動機(jī)洛倫茲力的應(yīng)用洛倫茲力定義與安培力的關(guān)系

電荷在磁場中所受的力．通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力是洛倫茲力的

，而洛倫茲力是安培力的微觀解釋．合力或宏觀表現(xiàn)運(yùn)動大小

BV?

VB

最大BV//FB=0洛倫茲力方向IFBBIFBB+-VVFBB，F(xiàn)BV，

FB

B與V決定的平面

???正電荷，四指指向與運(yùn)動方向相同負(fù)電荷，四指指向與運(yùn)動方向相反左手定則+洛倫茲力方向IFBBIFBB+-VVFBB，F(xiàn)BV，

FB

B與V決定的平面

???正電荷，四指指向與運(yùn)動方向相同負(fù)電荷，四指指向與運(yùn)動方向相反左手定則FBV

半徑公式周期公式比荷相同的粒子，在同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期相等，與速度和半徑無關(guān)。VFBVFBV質(zhì)譜儀U加速器速度選擇器磁場偏轉(zhuǎn)器加速器

速度選擇器

磁場偏轉(zhuǎn)器r

測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．++--2質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．如圖6所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)利用質(zhì)譜儀對氫元素進(jìn)行測量，讓氫元素三種同位素的離子流從A下方的小孔S無初速度飄入電勢差為U的加速電場，加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，氫的三種同位素最后打在底片D上，形成a、b、c三條“質(zhì)譜線”，則下列判斷正確的是(

)A．進(jìn)入磁場時速度從大到小排列的順序是氚、氘、氕B．進(jìn)入磁場時動能從大到小排列的順序是氕、氘、氚C．在磁場中運(yùn)動時間由大到小排列的順序是氕、氘、氚D．a(chǎn)、b、c三條“質(zhì)譜線”依次排列的順序是氚、氘、氕跟我走大顯身手例1D(2018·全國卷Ⅲ)如圖，從離子源產(chǎn)生的甲、乙兩種離子，由靜止經(jīng)加速電壓U加速后在紙面內(nèi)水平向右運(yùn)動，自M點(diǎn)垂直于磁場邊界射入勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁場左邊界豎直．已知甲種離子射入磁場的速度大小為v1，并在磁場邊界的N點(diǎn)射出；乙種離子在MN的中點(diǎn)射出；MN長為l.不計(jì)重力影響和離子間的相互作用．求：(1)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小；(2)甲、乙兩種離子的比荷之比．跟我走大顯身手例2味道江湖太明論理如圖所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E，磁分析器內(nèi)有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)．不計(jì)粒子重力．求：(1)加速電場的電壓；(2)P、Q兩點(diǎn)間的距離s.跟我走大顯身手例3味道江湖太明論理回旋加速器回旋加速器中磁場和電場分別起什么作用？回旋和加速對交流電源的周期有什么要求？在一個周期內(nèi)加速幾次？交流電源的周期應(yīng)等于帶電粒子在磁場中運(yùn)動的周期．在一個周期內(nèi)加速兩次．帶電粒子獲得的最大動能由哪些因素決定？如何提高粒子的最大動能？

要提高帶電粒子獲得的最大動能，則應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R.

回旋加速器提高交流電的電壓可以提高粒子的最大動能嗎？不能提高交流電的電壓可以減少粒子加速的次數(shù)嗎？能

粒子在回旋加速器中運(yùn)動的時間：

Ud

回旋加速器Ud

-1932年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖5所示，核心部分為兩個銅質(zhì)D形盒，其間留有空隙，將其置于勻強(qiáng)磁場中，兩盒分別與高頻交流電源相連，下列說法正確的是(

)跟我走大顯身手例1A．粒子被加速后的最大動能隨加速電場電壓的增大而增大B．粒子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C．電場變化周期由粒子的質(zhì)量、電荷量和磁感應(yīng)強(qiáng)度決定D．為使被加速的粒子獲得的動能增加為原來的4倍，可只將D形盒的半徑增大為原來的2倍CD如圖所示，兩個處于同一勻強(qiáng)磁場中的相同的回旋加速器，分別接在加速電壓U1和U2的高頻電源上，且U1>U2，兩個相同的帶電粒子分別從這兩個加速器的中心由靜止開始運(yùn)動，設(shè)兩個粒子在加速器中的運(yùn)動的時間分別為t1和t2(在盒縫間加速時間忽略不計(jì))，獲得的最大動能分別為Ek1和Ek2，則(

)A．t1<t2，Ek1>Ek2 B．t1＝t2，Ek1<Ek2C．t1<t2，Ek1＝Ek2 D．t1>t2，Ek1＝Ek2跟我走大顯身手例2C

跟我走大顯身手例312質(zhì)子加速

速度選擇器++++++++++++++++++++++++++++++++------------------------------------------

-qE

qE

12勻速直線運(yùn)動qE

qE

qE

正電荷偏向上極板負(fù)電荷偏向下極板正電荷偏向下極板負(fù)電荷偏向上極板速度選擇器請判斷磁場方向請判斷電場方向磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)，又叫等離子發(fā)電機(jī)。磁流體發(fā)電中的帶電流體，它們是通過加熱燃料、惰性氣體、堿金屬蒸氣而得到的。在幾千攝氏度的高溫下，這些物質(zhì)中的原子和電子的運(yùn)動都很劇烈，有些電子甚至可以脫離原子核的束縛，發(fā)生電離，結(jié)果，這些物質(zhì)變成自由電子、失去電子的離子以及原子核的混合物，這就是等離子體，等離子體整體不顯電性。將等離子體以超音速的速度噴射到一個加有強(qiáng)磁場的管道里面，等離子體中帶有正、負(fù)電荷的高速粒子，在磁場中受到洛倫茲力的作用，分別向兩極板偏移，于是正負(fù)電荷累積在兩極板上并在兩極之間產(chǎn)生電壓，用導(dǎo)線將電壓接入電路中就可以使用了。

等離子束磁流體發(fā)電機(jī)的原理KMNM、N板分別帶什么電？M、N板分別帶負(fù)電和正電。

閉合開關(guān)，求流過電阻R的電流I=?

這就是電源電動勢

在一個磁場中放置一塊導(dǎo)體，在垂直于磁場的方向上施加一個電流時，載流的帶電粒子會在磁場力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)體橫向兩側(cè)的電荷會重新分布，從而產(chǎn)生一個內(nèi)部的電場。這個現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)，由此產(chǎn)生的導(dǎo)體兩端的電勢差通常稱為霍爾電壓（Hall

voltage）。這一現(xiàn)象于1879年由美國科學(xué)家

Edwin

Hall

發(fā)現(xiàn)。

當(dāng)載流子受到的磁場力和電場力相互抵消時，導(dǎo)體兩側(cè)的電荷分布趨于平衡，內(nèi)部電場趨于穩(wěn)定，霍爾電壓將會達(dá)到一個恒定值。霍爾效應(yīng)霍爾電壓

n為單位體積的自由電子數(shù)

K為霍爾系數(shù)K越大，導(dǎo)電性能越弱；k越小，導(dǎo)電性能越強(qiáng)。+++++++++------------N

MM霍爾效應(yīng)的應(yīng)用NN載流子（導(dǎo)電電荷）為電子，為N型半導(dǎo)體載流子（導(dǎo)電電荷）為正電荷（空穴），為P型半導(dǎo)體++++N電磁流量計(jì)

可以將電壓表直接改為流量計(jì),刻度均勻。流量

U如圖所示為一長方體容器，容器內(nèi)充滿NaCl溶液，容器的左右兩壁為導(dǎo)體板，將它們分別接在電源的正、負(fù)極上，電路中形成一定的電流，整個裝置處于垂直于前后表面的勻強(qiáng)磁場中，則關(guān)于液體上、下兩表面的電勢，下列說法正確的是( )A. 上表面電勢高，下表面電勢低B. 上表面電勢低，下表面電勢高C. 上、下兩表面電勢一樣高上、下兩表面電勢差的大小與

磁感應(yīng)強(qiáng)度及電流強(qiáng)度的大小有關(guān)跟我走大顯身手例1C跟我走大顯身手例2如圖，銅質(zhì)導(dǎo)電板（單位體積的電荷數(shù)為

n）置于勻強(qiáng)磁場中，用電源、開關(guān)、電流表、電壓表可以測出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向。將電路接通，串聯(lián)在

AB

線中的電流表讀數(shù)為

I，電流方向從

A到

B，并聯(lián)在

CD

兩端的電壓表的讀數(shù)為

UCD＞0，已知銅質(zhì)導(dǎo)電板厚

d、橫截面積為

S，電子電荷量為

e。則該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向可能是（ ）

A

跟我走大顯身手例3

(多選)為了測量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端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，在垂直于前、后面的方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，在上、下兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板M、N作為電極．污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U，用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)流出的污水體積)．下列說法中正確的是( )A．若污水中負(fù)離子較多，則N板電勢比M板電勢高B．M