1、第三單元第三單元 zxxk帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、洛倫茲力的應(yīng)用實(shí)例一、洛倫茲力的應(yīng)用實(shí)例1 1回旋加速器回旋加速器(1)(1)構(gòu)造：構(gòu)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(qiáng)磁場(chǎng)中形盒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中練習(xí)練習(xí)(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(gè)的示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源相連。帶電粒子兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高

2、頻電源相連。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖的變化規(guī)律如圖8227乙所乙所示，若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷中正確示，若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷中正確的是的是 ()圖圖8227A在在Ekt圖中應(yīng)有圖中應(yīng)有t4t3t3t2t2t1B高頻電源的變化周期應(yīng)該等于高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tntn1C粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大D當(dāng)當(dāng)B一定時(shí)，要想粒子獲得的最大動(dòng)能越大，則要一定時(shí)，要想粒子獲得的最大動(dòng)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(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于半個(gè)圓周形盒內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于半個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)周期，而粒子運(yùn)動(dòng)周期運(yùn)動(dòng)周期，而粒子運(yùn)動(dòng)周期T2m/qB與粒子速度無關(guān)，與粒子速度無關(guān)，則有則有t4t3t3t2t2t1，選項(xiàng)，選項(xiàng)A正確；高頻電正確；高頻電2 2質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(1)(1)構(gòu)造：由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等組成構(gòu)造：由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等組成qBv【答案答案】m=qd2B2/(8U)1、如圖所示是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的儀器的工作原理示意圖。設(shè)法使、如圖所示是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的儀器的工作原理示意圖。設(shè)法使某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖示的容器某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子

4、導(dǎo)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(gè)電子成為正一價(jià)的分子離子。分子離子從狹縫失去一個(gè)電子成為正一價(jià)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(jìn)入電壓為度進(jìn)入電壓為U的加速電場(chǎng)區(qū)的加速電場(chǎng)區(qū)(初速度不計(jì)初速度不計(jì))，加速后，再通過狹縫，加速后，再通過狹縫S2、S3射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于磁場(chǎng)區(qū)的界面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直于磁場(chǎng)區(qū)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(xì)線。的細(xì)線。若測(cè)得細(xì)線到狹縫若測(cè)得細(xì)線到狹縫S3的距離為的距離為d

5、，導(dǎo)出分子離子的質(zhì)量，導(dǎo)出分子離子的質(zhì)量m的表達(dá)式。的表達(dá)式。帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的典型應(yīng)用包括包括:速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、霍爾效應(yīng)量計(jì)、霍爾效應(yīng)EqqvB如圖所示，在兩平行板間有強(qiáng)度為如圖所示，在兩平行板間有強(qiáng)度為E的的勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向豎直向下，一帶電量為勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向豎直向下，一帶電量為q的負(fù)粒子的負(fù)粒子(重力不計(jì)重力不計(jì))垂直于電場(chǎng)方向垂直于電場(chǎng)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(yīng)在垂直于紙面內(nèi)加一個(gè)怎樣，應(yīng)在垂直于紙面內(nèi)加一個(gè)怎樣方向的磁場(chǎng)，其磁感強(qiáng)度為多大？

6、方向的磁場(chǎng)，其磁感強(qiáng)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(chǎng)力與洛倫電場(chǎng)力與洛倫茲力的合力為茲力的合力為0解：由電場(chǎng)力與洛倫茲力的合力為零可得：解：由電場(chǎng)力與洛倫茲力的合力為零可得：EqqvB vEB 方向：垂直于紙面向內(nèi)方向：垂直于紙面向內(nèi)三三. .電場(chǎng)磁場(chǎng)同區(qū)域并存應(yīng)用實(shí)例電場(chǎng)磁場(chǎng)同區(qū)域并存應(yīng)用實(shí)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(cè)射確定情況下，若帶電粒子能從左側(cè)射入勻速通過電磁場(chǎng)，則從右側(cè)射入能勻速通過嗎？入勻速通過電磁場(chǎng)，則從右側(cè)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(guān)系？有何關(guān)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(jié)論速度選擇器不但對(duì)速度的速度選擇器不但對(duì)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(duì)速度，而且對(duì)速度的的方向方向進(jìn)行選擇。進(jìn)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(guān)。無關(guān)。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(gè)離子，它們帶同種電荷且電荷量相四個(gè)離子，它們帶同種電荷且電荷量相等，它們的速率關(guān)系為等，它們的速率關(guān)系為v va avvb bv vc cvvd d，質(zhì)量關(guān)系為，質(zhì)量關(guān)系為m ma am mb bmmc cm md d. .進(jìn)進(jìn)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(qiáng)磁場(chǎng)中放置

9、一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向與電流方向垂直與電流方向垂直時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上時(shí)，導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上產(chǎn)生了電勢(shì)差產(chǎn)生了電勢(shì)差，這個(gè)現(xiàn)象稱，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差，其原理如下圖所示為霍爾效應(yīng)所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差，其原理如下圖所示2 2霍爾效應(yīng)：霍爾效應(yīng)：霍爾電勢(shì)差霍爾電勢(shì)差(d為板的厚度）為板的厚度）nqdBIU （2011江蘇模擬）利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自江蘇模擬）利用霍爾效應(yīng)制作的霍爾元件，廣泛應(yīng)用于測(cè)量和自動(dòng)控制等領(lǐng)域如圖是霍爾元件的工作原理示

10、意圖，磁感應(yīng)強(qiáng)度動(dòng)控制等領(lǐng)域如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，磁感應(yīng)強(qiáng)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(cè)面會(huì)兩側(cè)面會(huì)形成電勢(shì)差形成電勢(shì)差UCD，下列說法中正確的是（，下列說法中正確的是（A電勢(shì)差電勢(shì)差UCD僅與材料有關(guān)僅與材料有關(guān)B若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢(shì)差若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢(shì)差UCD0C僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差僅增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，電勢(shì)差UCD變大變大D在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平在測(cè)定地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，元件的工作面應(yīng)保持水平3.3.電磁流量計(jì)電磁流量計(jì)

11、如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d d，用，用非磁性材料非磁性材料制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動(dòng)，導(dǎo)電液體中的自由電荷電液體中的自由電荷( (正、負(fù)離子正、負(fù)離子) )，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a a、b b間出現(xiàn)電間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)自由電荷所受的勢(shì)差，形成電場(chǎng)，當(dāng)自由電荷所受的洛倫茲力洛倫茲力和和電場(chǎng)力電場(chǎng)力平衡時(shí)，平衡時(shí)，a a、b b間的電勢(shì)差就間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定，即保持穩(wěn)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(xí)練習(xí)1313】( (教學(xué)案第教學(xué)案第269269頁(yè)針對(duì)練習(xí)頁(yè)針對(duì)練習(xí)3 3）電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體可導(dǎo)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(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積流體的體積) )為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長(zhǎng)方形為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道，其長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的的一段管道，其長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a a、b b、c c流量計(jì)的兩端與輸流量計(jì)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(jì)的

13、上下兩面是金屬材，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)給流量計(jì)所在處加磁感強(qiáng)度為料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)給流量計(jì)所在處加磁感強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)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)，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在管外將流量計(jì)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(cè)得的電流值，已知流體的電阻率為表示測(cè)得的電流值，已知流體的電阻率為，不計(jì)電流表的，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為（內(nèi)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(fù)離子（等離子體）以高速如圖所示，一束在高溫下形成的正、負(fù)離子（等離子體）以高速v噴入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)噴入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在洛倫磁力作用下，正、負(fù)離子分別向兩級(jí)板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在兩板間形中，在洛倫磁力作用下，正、負(fù)離子分別向兩級(jí)板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在兩板間形成一定的電勢(shì)差，兩板間形成電場(chǎng)。成一定的電勢(shì)差，兩板間形成電場(chǎng)。根據(jù)左手定則，根據(jù)左手定則，B B板是發(fā)電機(jī)的正極若磁板是發(fā)電機(jī)的正極若磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為流體發(fā)電機(jī)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(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，則兩，則兩極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差極板間能達(dá)到的最大電勢(shì)差U U . .4 4磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)dvBdvB磁流體發(fā)電機(jī)可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機(jī)，有著廣泛的發(fā)磁流體發(fā)電機(jī)可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是一種低碳環(huán)保發(fā)電機(jī)，有著廣泛的發(fā)展前景其發(fā)電原理示意圖如圖所示，將一束等離子體展前景其發(fā)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(fù)電的微粒，整體上呈電中性帶正電和負(fù)電的微粒，整體上呈電中性)噴射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為噴射入磁感應(yīng)