广东省汕头市澄海中学高中物理 第三章 磁场 洛伦兹力的应用练习 新人教版选修3-1

1 广东省汕头市澄海中学高中物理广东省汕头市澄海中学高中物理 第三章第三章 磁场磁场 洛伦兹力的应用练习洛伦兹力的应用练习 新人新人 教版选修教版选修 3 13 1 一 质谱仪 质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 2 基本原理 将质量不等 电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强 磁场 由于粒子动量不同 引起轨迹半径不同而分开 进而分析某元素中 所含同位素的种类 3 推导 二 加速器 一 直线加速器 1 加速原理 利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加 qU Ek 2 直线加速器 多级加速 多级加速装置的原理图 课本 101 页 3 直线加速器占有的空间范围大 在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制 二 回旋加速器 1 带电粒子在两 D 形盒中回旋周期 两盒狭缝之间高频电场的变化周期 粒子每经过 一个周期 被电场加速 2 带电粒子每经电场加速一次 回旋半径就增大一次 每次增加的动能为 3 回旋的最大半径是 R 加速后的最大能量是 三 速度选择器 1 任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器 2 带电粒子必须以唯一确定的速度 包括大小 方向 才能匀速 或者说沿直线 通过速度选择器 否则将发生偏转 即有确定的入 口和出口 3 这个结论与粒子带何种电荷 电荷多少都 四 磁流体发电机 分析 电动势 电流 五 电磁流量计 分析 磁感应强度为 B 分析导电液体的速度 流量 Q 六 霍尔效应 分析 电势高的面是 两个面的电势差 课堂练习 1 关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述 正确的是 A 电场和磁场都对带电粒子起加速作用 2 B 电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C 只有电 场能对带电粒子起加速作用 D 磁场的作用是使带电粒子在 D 形盒中做匀速圆周运动 2 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 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 若离子束是同位素 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 3 在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场 一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中 射出时粒子的动能减少了 为了使粒子射出时动能增加 在不计重力的情况下 可采取的办法是 A 增大粒子射入时的速度 B 减小磁场的磁感应强度 C 增大电场的电场强度 D 改变粒子的带电性质 4 一回旋加速器 在外加磁场一定时 可把质子 H 加速到v 使它获得动能 1 1 为Ek 则 1 能把 粒子 He 加速到的速度为 2 能使 粒子获得的动能为 4 2 3 加速 粒子的交流电压频率与加速质子的交流电压频率之比为 5 长方体金属块放在匀强磁场中 有电流流过金属块 如图 3 7 14 所示 则 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 无法判断上下表面电势高低 6 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 A B C R I Bdv d S R I BLv d S R I Bdv L S D R I BLv L S 7 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 3 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 8 串列加速器是用来产生高能离子的装置 图中虚线框内为 其主体的原理示意图 其中加速管的中部b处有很高的正电 势U a c两端均有电极接地 电势为零 现将速度很低的 负一价碳离子从a端输入 当离子到达 处时 可被设在 处的特殊装置将其电子剥离 成为n价正离子 而不改变其 速度大小 这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的 磁感应强度为B的匀强 磁场中 在磁场中做半径为R的圆周运动 已知碳离子的质量为m 2 0 10 26kg U 7 5 105V B 0 50T n 2 基元电荷e 1 6 10 19C 求R 9 如图所示为磁流体发电机示意图 其中两极板间距 d 20cm 磁场的 磁感应强度 B 5T 若接入额定功率 P 100 W 的灯泡 灯泡正好正常发光 灯泡正常发光时的电阻 R 400 不计发电机内阻 求 1 等离子 体的流速多大 2 若等离子体均为一价离子 则每秒钟有多少个什么 性质的离子打在下极板 10 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应强度为 B 的均匀磁场中 当电 4 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 kIB dU kIB d 式中的比例系数 K 称为霍尔系数 霍尔效应可解释如下 外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集 在导体板的一侧 在导体板的另一侧会出现多余的正电荷 从而形成横向电场 横向电场对电子 施加与洛仑兹力方向相反的静电力 当静电力与洛仑兹力达到平衡时 导体板上下两侧之间就会 形成稳定的电势差 设电流 I 是电子的定向流动形成的 电子的平均定向速度为 v 电量为 e 回答下列问题 1 达到稳定状