带电粒子在电磁场中的运动

1 / 6 带电粒子在电磁场中的运动 本资料为 WoRD 文档，请点击下载地址下载全文下载地址 第八课时：带电粒子在电、磁场中的运动 知识要点 ： 1、带电粒子速度选择器： 选择器内有正交的匀强电场 E 和匀强磁场 B，一束有不同速率的正离子水平地由小孔 S 进入场区，路径不发生偏转的离子的条件是 _，即能通过速度选择器的带电粒子必是速度为 v _的粒子，与它带多少电和电性，质量为多少都无关（书 P1043） 2、磁流体发电机 如图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生上、下偏转而聚集到 A、 B 板上，产生电势差设 A、 B 平行金属板的面积为 S，相距 l，等离子气体的电阻率为 ，喷入气体速度为 v，板间磁场的磁感强度为 B，板外电阻为 R，当等离子气体匀速通过 AB板间时， A、 B 板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源 电 动 势 电 动 势 E=_ 。 R 中电流I=_ 例 1、目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表示了它的发电原理：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板 A、 B，这 时金属2 / 6 板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为 v，两金属板的板长为 L，板间距离为 d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为 B，方向垂直于速度方向，负载电阻为 R，等离子体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为 I，那么板间等离子体的电阻率为 () 3、电磁流量计 电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为 d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动导电液体中的自由电荷（正、负离子）在洛仑兹力作用下横向偏转， a、 b 间出现电势差当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时 ， a、 b 间的电势差就保持稳定流量 Q=_ 例 2、为了测量某化工厂的污水排放量，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，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为 B 的匀强磁场，在前后两个内侧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），下列说法中正确的是（） A若污水中正离子较多，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3 / 6 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 4、霍尔效应 如图所示，厚度为 h，宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感强度为 B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面 A 和下侧面 A 之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明，当磁场不太强时，电势差 U、电流 I和 B 的关系为 U=式中的比例系数 k 称为霍尔系数 例 3、一种半导体材料称为 “ 霍尔材料 ” ，用它制成的元件称为 “ 霍尔元件 ”. 这种材料有可定向移动的电荷，称为“ 载 流子 ” ，每个载流子的电荷量大小为 1 元电荷，即 q10 -19c.霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等 .在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽 ab 10 -2m、长bc=L=10 -2m、厚 h 110 -3m，水平放置在竖直向上的磁感应强度 B的匀强磁场中， bc 方向通有 I的电流，如图所示，沿宽度产生 10 -5V的横电压 . (1)假定载流子是电子， a、 b 两端中哪端电势较高 ? (2)薄板中形成电流 I 的载流子定向运动的速率是多少 ? 4 / 6 5、磁强计 磁强计实际上是利用霍尔效应来测量磁感强度 B 的仪器其原理可解释为：如图所示一块导体接上 a、 b、 c、 d 四个电极，将导体放在匀强磁场之中， a、 b 间通以电流 I， c、 d 间就会出现电势差，只要测出 c、 d 间的电势差 U，就可测得 B。设导体中单位体积内的自由电荷数为 n，则 B 的大小为_。 强化练习 1、一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，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，磁场的磁感应强 度为，电压表测出的电压为，则血流速度大小为 _m/s.（取两位有效数字） 2、一种称为 “ 质量分析器 ” 的装置如图所示 A 表示发射带电粒子的离子源，发射的粒子在加速管 B 中加速，获得一定速率后于 c 处进入圆形细弯管（四分之一圆弧），在磁场力作用下发生偏转，然后进入漂移管道 D，若粒子质量不同或电量不同或速率不同，在一定磁场中的偏转程度也不同如果给定偏转管道中心轴线的半径、磁场的磁感应强度、粒子的电荷量和速率，则只有一定质量的粒子能从漂移管道D 中引出已知带有正电荷 q=10 -19c 的磷离子，质量为m=1 0-27kg，初速率可认为是零，经加速管 B 加速后速率5 / 6 为 v=105m/s 。求：（都保留一位有效数字） （ 1）加速管 B 两端的加速电压应为多大？ (2)若圆形弯管中心轴线的半径 R=,为了使磷离子从漂移管道引出，则图中虚线所围正方形区域内应加磁感应强度为多大的匀强磁场？ 3、如图（甲）所示为电视机中显像管的原理示意图，电子枪中的灯丝加热阴极而逸出电子，这些电子再经加速电场加速后，从 o 点进入由磁偏转线圈产生的偏转磁场中，经过偏转磁场后打到荧光屏 mN 上，使荧光屏发出荧光形成图像，不计逸出 电子的初速度和重力。已知电子的质量为 m、电荷量为 e，加速电场的电压为 U0偏转线圈产生的磁场分布在边长为 L 的正方形区域 abcd 内，磁场方向垂直纸面，且磁感应强度随时间的变化规律如图（乙）所示。在每个周期内磁感应强度都是从 -B0均匀变化到 B0。磁场区域的左边界的中点与 o 点重合， ab 边与 00/平行，右边界 bc 与荧光屏之间的距离为 S。由于磁场区域较小，且电子运动的速度很大，所以在每个电子通过磁场区域的过程中，可认为磁感应强度不变，即为匀强磁场，不计电子之间的相互作用。 （ 1）求电子射出电场时的速度大小。 （ 2） 为使所有的电子都能从磁场的 bc边射出，求偏转线圈6 / 6 产生磁场的磁感应强度的最大值。 （ 3）荧光屏上亮线的最大长度是多少？ 4、家用微波炉是一种利用微波的电磁能加热食物的新灶具，主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、直流电源、冷却系统、控制系统、外壳等组成如图为磁控管的示意图，一群电子在垂直于管的某截面内做匀速圆周运动，在管内有平行于管轴线方向的匀强磁场，磁感强度为 B，在运动中这群电子时而接近电极 1，时而接近电极 2，从而使电极附近的电场强度发生周期性变化由于这一群电子散布的范围很小，可以 看作集中在一点，共有 N 个电子每个电