带电粒子在复合场中运动的应用实例

江安中学高二物理活动单 磁场第8节 带电粒子在复合场中运动的应用实例1速度选择器1.如图所示，一速度为v，电量为q的正离子恰能直线飞出离子速度选择器，选择器中磁感强度为B，电场强度为E，则：A若改为电量-q 的离子，将往上偏（其它不变）；B若速度变为2v将往上偏（其它不变）；C若改为+2q的离子将往下偏（其它不变）；D若速度改为v/2 将往下偏（其它不变）。2质谱仪加速电场速度选择器偏转磁场UGHMN+-+d2.如图为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器。选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右。已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点。可测量出G、H间的距离为l。带电粒子的重力可忽略不计。求：（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小。（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向。（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小。3回旋加速器3回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，它的工作原理是在匀强磁场中带电粒子做匀速圆周运动的周期与速度无关。回旋加速器的核心部分是两个D型金属扁盒，如图12所示 ，盒正中间有一条窄缝，在两个D型盒之间加交变电压，于是在缝隙中形成交变电场，由于屏蔽作用，在D型盒内部电场很弱。D型盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D型盒的底面。只要在缝隙中的交变电场的频率不变，便可保证粒子每次通过缝隙时总被加速，粒子的轨道不断增大，并逐渐靠近D型盒边缘。当达到预期的速率后，再用特殊的装置将它引出。在D型盒上半面中心出口A处有一正离子源，正离子的带电量为q，质量为m ，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B（加速时的时间很短，在考虑交变电场周期时可不予以考虑，正离子从离子源出发时初速为零），请回答：A（1）证明带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，运动周期与速度无关。（2）上述交变电场的频率不变，其频率为多大？（3）求离子在下半盒中第1条和第k条轨道的半径之比。（4）设D型盒的半径为R，试求离子能获得的最大动能为多少？4磁流体发电机4目前,世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,它可以把气体的内能直接转化为电能,如图5-6-13所示,表示出了它的发电原理:将一束等离子体(即高温下申离的气体,含有大量的带正电和带负电的微粒,而从整体上呈中性),喷射入磁场,在场中有两块金属极板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,产生电压,如果射入磁场的离子体的速度为v,金属平板的面积为S,极间距离为d,匀强磁场磁感强度为B,方向与v垂直,可调节的电阻R接在两极之间,设电离气体充满两极间的空间,其电阻率为.求（1）通过电阻R的电流的大小和方向. （2）两板间的电压.（3）两极间的电场强度为最大的条件,以及最大电场强度值. 5电磁流量计5如图所示为电磁流量计示意图，在磁感应强度为B的匀强磁场中，置一非磁性材料制成的直径为D的圆管，当管中有导电液体流过时，测出管壁上的a、b两点间的电势差为U，那么，单位时间里流过圆管某一截面液体的体积(即流量)=_.6.电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)，为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值已知流体的电阻率为不计电流计的内阻，则可求得流量为（ ）A. B. C. D.1、图中为一“滤速器”装置示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选 电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是（ ）A.使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B.使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C.使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D.使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外2、如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时并被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出 。下列说法正确的是（ ） A .D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的能量E将越大B. 磁感应强度B不变，若加速电压U不变, D形盒半径R越大、质子的能量E将越大C. D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的在加速器中的运动时间将越长D. D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的在加速器中的运动时间将越短 3、 如图为电磁流量计的示意图。直径为d的非磁性材料制成的圆形导管内，有导电液体流动，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于导电液体流动方向而穿过一段圆形管道。若测得管壁内a、b两点间的电势差为U，则管中导电液体的流量Q=_4图是质谱议的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小来源:Zxxk.Com5.目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性)沿图所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是()AA板带正电B有电流从b经用电器流向aC金属板A、B间的电场方向向下D等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受静电力6回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m.求：(1)质子最初进入D形盒的动能多大？(2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大？(3)交流电源的频率是什么？7.一种测量血管中血流速度仪器的原理如图3518所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.08 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为多少？(取两位有效数字)解析：血液中的运动电荷在洛伦兹力作用下偏转，在血管壁上聚集，在血管内形成一个电场，其方向与磁场方向垂直，运动电荷受的电场力与洛伦兹力平衡时，达到了一种稳定状态qqvB，所以v0.63 m/s.答案：0.63 m/s8.长方体金属块放在匀强磁场中，有电流通过金属块，如图3520所示，则下面说法正确的是()A金属块上下表面电势相等B金属块上表面电势高于下表面电势C金属块上表面电势低于下表面电势D无法比较两表面的电势高低图129目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能。图12表示出了它的发电原理。将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，从整体来说是呈电中性）喷射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积为S，相距为的平行金属板A、B与外电阻R相连构成一电路，设气流的速度为v，气体的电导率（电阻率的倒数）为，则电流表的示数为 ；流过外电阻R的电流的方向为 。10、磁流体发电是一项新兴技术它可以把气体的内能直接转化为电能如图是它的示意图。平行金属板A、B之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度为B将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大世正、负带电粒子)垂直于 B的方向喷入磁场，每个离子的速度为v，电荷量大小为q，A、B两扳间距为d，稳定时下列说法中正确的是（ ）A、图中A板是电源的正极 B、图中B板是电源的正极 图10C、电源的电动势为Bvd D、电源的电动势为Bvq 11质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具.它的构造原理如图10所示，离子源S产生电荷量为q的某种正离子，离子产生时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上.实验测得，它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子流的电流为I.请回答下列问题:(1)在时间t内到达照相底片P上的离子的数目为多少？(2)单位时间内穿过入口S1处离子流的能量为多大？(3)试证明这种离子的质量为.12如图所示，速度为v0、电荷量为q的正离子恰能沿直线飞出离子速度选择器，选择器中磁感应强度为B，电场强度为E，则（ ）A若改为电荷量q的离子，将往上偏（其它条件不变）B若速度变为2v0将往上偏（其它条件不变）C若改为电荷量2q的离子，将往下偏（其它条件不变）D若速度变为v0 /2将往下偏（其它条件不变）13回旋加速器是利用较低电压的高频电源，使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器，工作原理如图5所示下列说法正确的是( )A粒子在磁场中做匀速圆周运动B粒子由A0运动到A1比粒子由A2运动到A3所用时间少C粒子的轨道半径与它被电场加速的次数成正比D粒子的运动周期和运动速率成正比14质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具， 它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断（ ）A离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C只要x相同，则离子质量一定相同D只要x相同，则离子的荷质比一定相同15回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是()A减小磁场的磁感应强度B减小狭缝间的距离C增大高频交流电压D增大金属盒的半径16质量为m、带电荷量为q的粒子(忽略重力)在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，形成空间环形电流已知粒子的运动速率为v、半径为R、周期为T，环形电流的大小为I.则下面说法中正确的是()A该带电粒子的比荷为B在时间t内，粒子转过的圆弧对应的圆心角为C当速率v增大时，环形电流的大小I保持不变D当速率v增大时，运动周期T变小17.某制药厂的污水处理站的管道中安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极，当含有大量正负离子（其重力不计）的污水充满管口从左向右流经该装置时，利用电压表所显示的两个电极间的电压U，就可测出污水流量Q（单位时间内流出的污水体积）则下列说法正确的是A后表面的电势一定高于前表面的电势，与正负哪种离子多少无关B若污水中正负离子数相同，则前后表面的电势差为零C流量Q越大，两个电极间的电压U越大D污水中离子数越多，两个电极间的电压U越大18.为了测量某化肥厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下地面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧面固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U若用Q表示污水流量 (单位时间内排出的污水体积)，下列说法正确的是 ：A若污水中正离于较多，则前表面比后表面电势高B前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多无关C污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D污水流量Q与U成正比，与a、b无关B19回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示.它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和粒子（）比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有A加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大B加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小C加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小D加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大Iab20如图所示，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向上.由于磁场的作用，则A板左侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势B板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势C板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势D板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势21如图所示是电子射线管示意图接通电源后，电子射线由阴极沿x轴方向射出，在荧光