第36课时：常见的电磁仪器.doc

2015届高三物理备课组 磁场 编写：徐斌第36课时：常见的电磁仪器班级 姓名 一、速度选择器:原 理 图工 作 原 理说 明电场力F与洛仑兹力f方向相反，这个结论与离子带何种电荷、电荷多少都无关若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。【例1】如图是粒子速度选择器的原理示意图，如果粒子的速率为v，那么【 】A带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区，才能沿直线通过B带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区，才能沿直线通过C不论粒子电性如何，沿ab方向从左侧进入场区，都能沿直线通过D不论粒子电性如何，沿ba方向从右侧进入场区，都能沿直线通过【例2】如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B。欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是【 】A适当减小电场强度EB适当减小磁感应强度BC适当增大加速电场极板之间的距离D适当减小加速电压U二、质谱仪：原 理 图工 作 原 理经速度选择器的各种带电粒子，射入偏转磁场（B），不同电性，不同荷质比的粒子就会沉积在不同的地方 由qE=qvB， s=2R，联立，得不同粒子的荷质比q / m= 即与沉积处离出口的距离s成 比【例3】1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是【 】A该束带电粒子带负电B速度选择器的P1极板带正电C在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D在B2磁场中运动半径越大的粒子，荷质比越小【例4】质谱仪是用来测定带电粒子的质量和分析同位素的装置，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间的电压为U，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1，一束电荷量相同的带正电的粒子沿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，结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间的距离为x，粒子所带电荷量为q，如不计重力求：（1）粒子进入匀强磁场B2时的速度v为 ；（2）打在a、b两点的粒子的质量之差m为 。【例5】如图所示的平行板器件中，存在相互垂直的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度B10.4T，方向垂直纸面向里，电场强度E2.0105V/m，方向向下，PQ为板间中线。紧靠平行板右侧边缘的xOy坐标系的第一象限内，有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B20.25T，磁场边界AO和y轴的夹角AOy45。一束带电荷量q8.01019C的正离子从P点射入平行板间，沿中线PQ做直线运动，穿出平行板后从y轴上坐标为(0，0.2m)的Q点垂直于y轴射入磁场区域，离子通过x轴时的速度方向与x轴正方向的夹角为4590之间。离子所受重力不计，则：（1）离子运动的速度为多大？（2）离子的质量应在什么范围内？三、磁流体发电机：原 理 图工 作 原 理说 明高速的等离子流射入平行板中间的匀强磁场区域，在洛仑兹力作用下使正、负电荷分别聚集在A、B两板，于是在板间形成电场当满足Bvq=Eq时，两板间形成一定的电势差合上电键S后，就能对负载供电由qvB=qE和U=Ed，得两板间的电势差（电源电动势）为=U= 即决定于两板间距，板间磁感强度和入射离子的速度【例6】目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性)沿图中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，下述说法正确的是【 】AA板带正电 B有电流从B经用电器流向AC若只减小磁场，发电机的电动势增大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电场力【例7】如图所示，连接两平行金属板的导线的一部分CD与另一回路的一段导线GH平行且均在纸面内，金属板置于磁场中，磁场方向垂直于纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段导线受到力F的作用则【 】A若等离子体从右方射入，F向左B若等离子体从右方射入，F向右C若等离子体从左方射入，F向左D若等离子体从左方射入，F向右四、电磁流量计：原 理 图工 作 原 理导电液体以一定的速度进入加有匀强磁场的管道后，在洛仑兹力作用下使正、负电荷分别聚集在a、b两极，于是在两极间形成电场当ab间电场对电荷的作用力等于电荷所受的洛仑兹力时，两板间形成一定的电势差U由U = Bvd和Q =S0v、S0=(d/2)2，得管道内液体的流量Q = 。【例8】医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差在达到平衡时，血管内部的电场可看做是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 V，磁感应强度的大小为0.040 T则血流速度的近似值和电极a、b的正负为【 】A1.3 m/s，a正、b负B2.7 m/s，a正、b负C1.3 m/s，a负、b正 D2.7 m/s，a负、b正五、霍尔元件：原 理 图工 作 原 理说 明导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，电子在洛仑兹力作用下发生偏转，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧面之间会形成稳定的电势差，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和磁感应强度B的关系为U=KIB/b，式中的比例系数K称为霍尔系数。【例9】利用如图所示的方法可以测得金属导体中单位体积内的自由电子数n，现测得一块横截面为矩形的金属导体的宽为b，厚为d，并加有与侧面垂直的匀强磁场B，当通以图示方向电流I时，在导体上、下表面间用电压表可测得电压为U。已知自由电子的电荷量为e，则下列判断正确的是【 】A上表面电势高 B下表面电势高C该导体单位体积内的自由电子数为D该导体单位体积内的自由电子数为E当仅增大磁感应强度时，上下表面间的电势差将变大F若要利用该霍尔元件测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平六、回旋加速器：原 理 图工 作 原 理带正电的粒子在S处由静止出发，在A间加正向电压，使粒子加速后垂直进入左侧偏转磁场，在磁场中运动半个周期后进入A间，同时在A间加反向电压，粒子继续被加速，再次进入右侧偏转磁场，运动半个周期后又一次回到A间，同时在A间加正向电压，如此继续下去。每当粒子进入A间都是被加速，从而速度不断地增加。带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期为T=2m/Bq，为达到不断加速的目的，只要在A A/上加上周期也为T的交变电压就可以了。【例10】用如图所示的回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的最大动能增加为原来的4倍，可采用下列哪几种方法【 】A将其磁感应强度增大为原来的2倍B将D形金属盒的半径增大为原来的2倍C将交流电的频率增大为原来的2倍D将两D形金属盒间的加速电压增大为原来的2倍【例11】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【例12】劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压