36带电粒子在匀强磁场中的运动（五）.doc

江苏省海门中学2012级物理自主练习 选修3-13.6 带电粒子在匀强磁场中的运动（五）复合场 （ 一 ） 班级 姓名 一、回旋加速器1、回旋加速器是用于加速带电粒子流，使之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，以便在盒间狭缝中形成匀强电场，使粒子每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, 磁感强度为B.离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出离子电量为q，质量为m粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示，问(1)离子在盒内做何种运动?(2)离子在两盒间狭缝内作何种运动?(3)所加交变电压频率为多大?离子运动角速度多大?(4)离子离开加速器时速度多大?(5)设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，求加速到上述能量所需时间.二、速度选择器 +2、原理：如图所示，在重力可以忽略不计情况下，运动方向相同而速率不同的正离子组成的离子束射入相互正交的匀强电场和匀强磁场所组成的场区中，已知电场强度大小为,方向向下，磁场的磁感应强度为,方向垂直纸面向里，若离子运动轨迹不发生偏转，必须满足平衡条件： ，故v=E/B,这样就把满足v=E/B的带电粒子从速度选择器中选择出来。课后练习1、如图所示，从S处发出的热电子（初速度为零），经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，已知电场强度为E，方向竖直向下，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里，现发现电子向上极板偏转，为使电子沿图中虚线从该混合场区域通过，可采取的措施有（ ）A适当减少电场强度E B适当增大磁感应强度BC适当增大加速极板间的宽度 D适当增大加速电压U+-2、如图所示，一束质量、速度和电量不同的正离子垂直地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。如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入后一磁场的离子，可得出结论（ ）A它们的动能一定各不相同 B它们的电量一定各不相同C它们的质量一定各不相同 D它们的电量与质量之比一定各不相同3、关于回旋加速器加速带电粒子所获得的能量，下列说法正确的是（ ）A.与加速器的半径有关，半径越大，能量越大 B.与加速器的磁场有关，磁场越强，能量越大C.与加速器的电场有关，电场越强，能量越大D.与带电粒子的质量和电荷量均有关，质量和电荷量越大，能量越大4、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，在两盒间的窄缝中形成交变电场，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匀速圆周运动，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（H）和a粒子(He)，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，可知 （ ）A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B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5、质谱仪是用来测定带电粒子质量的一种装置，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间匀强磁场的磁感应强度为B1，方向垂直纸面向外，一束电荷电量相同质量不同的带正电的粒子测电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外。结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间距离为x，粒子所带电荷量为q，且不计重力，求：（1）粒子进入磁场B2时的速度v；（2）打在a、b两点的粒子的质量之差m。三、磁流体发电机3、右图为磁流体发电机的示意图.设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场感应强度为B.等离子体垂直进入磁场的速度为v，单个离子所带的电量为q.离子通道（即两极板内所围空间）的等效电阻为r，负载电阻为R.求（1）该发电机的电动势.（2）发电机的总功率.四、电磁流量计4、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p，不计电流表的内阻，则可求得流量为( )A B C D五、磁强计5、磁强计的原理如图所示。电路中有一段金属导体，它的高和宽分别为h和d，放在如图所示的匀强磁场中，导体中通有电流强度为的电流，已知金属导体单位体积中的自由电子数为，电子电量为，金属导体导电过程中，自由电子所做的定向移动可以认为是匀速运动，测出导体上下两侧面间的电势差为。求：（1）导体上、下侧面哪个电势较高？（2）磁场的磁感应强度是多大？课后练习1、如图所示，连接平行金属板P1和P2(板垂直纸面)的导线的一部分CD和另一连接电池的回路的一部分导体GH平行，CD和GH均在纸平面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段导线将受到力的作用，则（ ）A.等离子体从右方射入时，CD受力的方向背离GHB.等离子体从右方射入时，CD受力的方向指向GHC.等离子体从左方射入时，CD受力的方向背离GHD.等离子体从左方射入时，CD受力的方向指向GH2、如图所示，一块通电的铜板，板面垂直磁场放在磁场中，板内通有如图方向的电流，a，b是铜板左、右边缘的两点，则：（ ）A电势Ua UbB电势Ub Ua C电流增大时，|UaUb|增大D其它条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍一样3、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，在垂直于上下表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若污水中正离子较多，则前内侧面比后内侧面电势高B前内侧面的电势一定低于后内侧面的电势，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与电压U成正比，与a、b有关4、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，下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，含有大量正、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两板间距为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C电源的电动势为Bvd D