磁场中几种基本模型的分析ppt课件.ppt

教学目标 掌握磁场中几种基本模型原理和解题方法 一 速度选择器 二 质谱仪 三 回旋加速器 练习 练习 练习 四 电磁流量计 五 磁流体发电机 六 霍尔效应 练习 练习 练习 一 速度选择器 二 质谱仪 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具 原理图如图所示 从离子源发射出某种离子 离子从S1出来时速度很小 可以看作是静止的 后经S1与S2间的加速电场加速后 沿垂直于磁场边界的方向从S3进入有界匀强磁场 最后到达照相底片上的P点 三 回旋加速器 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器 其核心部分是两个D形金属扁盒 两盒分别和一高频交流电源两极相接 以便在盒间的窄缝中形成匀强电场 使粒子每次穿过狭缝都得到加速 两盒放在匀强磁场中 磁场方向垂直于盒底面 离子源置于盒的圆心附近 若离子源射出的离子电量为q 质量为m 粒子最大回旋半径为Rm 粒子最终获得的最大速度 四 电磁流量计 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Q 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S的一段管道 管道处加磁感强度为B的匀强磁场 磁场方向垂直于前后两面 当导电液体稳定地流经流量计时 测出上下两个侧面的电压为U 五 磁流体发电机 六 霍尔效应 以下三种情况 电流I都是向右 磁场B垂直纸面向外 若是由正电荷定向移动形成的电流 由左手定则 正电荷受力向下 下表面电势高 若是由负电荷定向移动形成的电流 例如金属导体 由左手定则 负电荷受力也向下 则下表面电势低 若是由正负电荷共同定向移动形成的电流 例如电解液 由左手定则 正负电荷受力都向下 则上下表面不会产生电势差 霍尔效应是电磁效应的一种 是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机制时发现的 当电流垂直于外磁场通过导体时 载流子发生偏转 垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场 从而在导体的两端产生电势差 这一现象就是霍尔效应 这个电势差也被称为霍尔电势差 霍尔效应应使用左手定则判断 下一题 1 如图所示 平行正对的金属板间有竖直向下的匀强电场 同时还有垂直纸面向里的匀强磁场 一束质量为m 电荷量为q的正粒子从左侧以平行于极板的速度v射入 能沿直线穿越此区域 则 A 质量为m 电荷量为q的负粒子 从左侧以速度v沿平行于极板的方向射入 也能沿直线穿越此区域 B 质量大于m 电荷量大于q的正粒子 从左侧以速度v沿平行于极板的方向射入 也能沿直线穿越此区域 C 质量为m 电荷量为q的正粒子 从左侧以大于v的速度沿平行于极板的方向射入 也能沿直线穿越此区域 D 质量为m 电荷量为q的正粒子 从右侧以速度v沿平行于极板的方向射入 也能沿直线穿越此区域 返回 AB 返回 2 一束正离子垂直射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里 结果发现有些离子保持原来的运动方向 未发生任何偏转 如果让这些不发生偏转的离子进入另一匀强磁场中 发现这些离子又分裂成几束 如图15 9 2所示 对这些进入另一磁场的离子 可得出结论 A 它们的动能各不相同 B 它们的电荷量各不相同 C 它们的质量各不相同 D 它们的电量与质量之比各不相同 D 1 用质谱仪研究一束离子 其中可能含有各种不同离子 的组成情况 参看图15 8 2 实验中测得P点到入口处S3的距离为X 那么 A 若X有唯一值 则离子束中各种离子的质量一定相同 B 若X有唯一值 则离子束中各种离子的比荷一定相同 C 若组成离子束的是某种元素的几种同位素 则质量越大的同位素对应的X值越大 D 若组成离子束的是某种元素的几种同位素 则质量越大的同位素对应的X值越小 下一题 返回 BC 2 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具 原理图如图15 8 2所示 从离子源发射出某种离子 离子从S1出来时速度很小 可以看作是静止的 后经S1与S2间的加速电场加速后 沿垂直于磁场边界的方向从S3进入有界匀强磁场 最后到达照相底片上的P点 某次实验中 已知加速电压是600V 磁感应强度是0 02T 测得P点到S3的距离是0 4m 求离子的比荷 返回 7 5 107C kg 1 用回旋加速器对质量是m 电荷量是q的粒子加速 已知D形盒内匀强磁场的磁感应强度为B 加速电压是如图15 8 1所示的方波电压 则该电压的变化周期是T 下一题 返回 2 m qB 2 用同一回旋加速器 D形盒半径确定 D形盒内匀强磁场的磁感应强度确定 分别对质子和氘核加速 这两种粒子运动的周期之比为 加速电场的所加高频电压周期之比 从D形盒飞出时的速度之比为 获得的最大动能之比是 获得上述能量所需时间之比为 返回 1 2 1 2 2 1 2 1 2 1 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液体的管道相连接 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强度为B的匀强磁场 磁场方向垂直于前后两面 当导电液体稳定地流经流量计时 测出上下两个侧面的电压为U 求流量Q 返回 U c q qvBv U cBQ bc vtt 1 Ub B 目前世界上正在研究的新型发电机的原理如图所示 设想在相距为d 且足够长的甲乙两金属板间加有垂直纸面向里 磁感应强度为B的匀强磁场 两板通过电键和灯泡相连 将气体加热到使之高度电离的温度 气体电离后由于正 负电荷一样多 且带电量均为e 因而称为等离子体 将其以速度v喷入甲 乙两板之间 这时甲 乙两板就会聚集电荷 产生电压 这就是磁流体发电机与一般发电机不同之处 它可以直接把内能转化为电能 试问 1 图中哪个极板是发电机的正极 2 发电机的电动势是多大 3 设喷入两极板间的离子流每立方米有n个负电荷 离子流的横截面为S 则发电机的功率多大 返回 P IE nvse Bdv nedSBv2 如图所示 将一块长方体金属块放在匀强磁场中 前后两表面与磁场方向垂直 在金属块中通入如图所示的电流 此时金属块的上下两个表面将产生电势差 这种现象称为霍尔效应 已知磁场的磁感应强度为B 电子电量e 定向运动速度为v 上下两个侧面间的距离为a 前后两个侧面间的距离为b 求 1 上下两个表面哪个电势高 2 上下两个表面间的电势差是多大 B