高三復(fù)習(xí)課件帶電粒子在復(fù)合場中的運動.ppt

第三課時,帶電粒子在復(fù)合場中的運動,第三節(jié)課,第三節(jié)課,帶電粒子在復(fù)合場中的運動應(yīng)用實例,練習(xí)1、如圖所示，虛線間空間存在由勻強電場E和勻強磁場B組成的正交或平行的電場和磁場，有一個帶正電小球(電荷量為q，質(zhì)量為m)，從正交或平行的電磁混合場上方的某一高度自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過下列的哪個電磁混合場( ),CD,1.速度選擇器 (1)平行板中電場強度E和磁感應(yīng)強度B互相 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器 (2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是：qEqvB，即v .,垂直,例1在兩平行金屬板間，有如圖842所示的互相正交的勻強電場和勻強磁場粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，恰好能沿直線勻速通過供下列各小題選擇的答案有 A不偏轉(zhuǎn) B向上偏轉(zhuǎn) C向下偏轉(zhuǎn) D向紙內(nèi)或紙外偏轉(zhuǎn),(1)若質(zhì)子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，質(zhì)子將_,(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場方向和磁場方向射入時，電子將_,(3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于勻強電場和勻強磁場的方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將_,(4)若增大勻強磁場的磁感應(yīng)強度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場和磁場的方向，從兩極正中央射入，電子將_,A,B,C,2磁流體發(fā)電機 (1)主要構(gòu)造如圖843所示 (2)原理：等離子體(即高溫下電離的氣體，含 有大量帶正電和帶負電的粒子，而從整體來 說呈電中性)噴入磁場，正、負粒子在洛倫茲 力的作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板上，產(chǎn)生電勢差，,設(shè)平行金屬板的面積為S，相距為L等離子體噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感強度為B，則A、B兩板電勢差是多大,目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機磁流體發(fā)電機，如 圖所示為它的發(fā)電原理：將一束等離子體(即高溫下電離的氣 體，含有大量帶正電和負電的離子，而整體上呈電中性)沿圖 中所示方向噴射入磁場，磁場中有兩塊金屬板A、B，這時金 屬板上就聚集了電荷在磁極配置如圖中所示的情況下，下 述說法中正確的是( ) A.A板帶正電 B.有電流從b經(jīng)用電器流向a C.金屬板A、B間的電場方向向下 D.等離子體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的原因是離子所受洛倫茲力大于所受電場力,BD,例2,練習(xí)、目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機， 它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。圖12表示出了它的發(fā) 電原理。將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶 正電和負電的微粒，從整體來說是呈電中性）噴射入磁感應(yīng)強 度為B的勻強磁場，磁場中有兩塊面積為S，相距為的平行金 屬板A、B與外電阻R相連構(gòu)成一電路， 設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率 （電阻率的倒數(shù)）為，則電流表的 示數(shù) ；流過外電阻R的電流 的方向為 。,圖12,3電磁流量計 (1)如圖844所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體流過導(dǎo)管 (2)原理：導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負離子)在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差，形成電場當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時， a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定 思考：已知U、B、d求流速與流量,隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，大型化工廠已越來越多，環(huán)境污染也越來 越嚴重為減少環(huán)境污染，技術(shù)人員在排污管末端安裝了如圖所 示的流量計該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、 c，左右兩端開口在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強度為B的勻 強磁場，在前后兩個內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極污水充 滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓 U.若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法中 正確的是( ) A.若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高 B.若污水中負離子較多，則前表面比后表面電勢高 C.污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大 D.污水流量Q與U成正比,D,例3,一種測量血管中血流速度儀器的原理如圖所示，在動脈血管左右兩側(cè)加有勻強磁場，上下兩側(cè)安裝電極并連接電壓表，設(shè)血管直徑是2.0mm，磁場的磁感應(yīng)強度為0.080T，電壓表測出的電壓為0.10mV，則血流速度大小為_m/s.(取兩位有效數(shù)字),0.63,（備用）如圖為電磁流量計的示意圖，截面為正方形的非磁性管，其每邊長為，內(nèi)有導(dǎo)電液流動，在垂直液體流動方向加一指向紙面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為?，F(xiàn)測得兩點間的電勢差為，求管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量,4.霍爾效應(yīng):在勻強磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體,當 與電流方向垂直時,導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了 ,這個現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差,其原理如圖6所示. 名師點撥 理解帶電粒子在復(fù)合場中運動的這幾個實例時,一定要從其共性qE=qvB出發(fā).,磁場方向,電勢差,圖6,例4、 如圖所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，試問金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？,下表面,5、質(zhì)譜儀,如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖帶電粒子被加速電場加速 后，進入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和 勻強電場的強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫 P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強度為B0的勻強 磁場下列表述正確的是( ) A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B.速度選擇器中的磁場方向垂直紙 面向外 C.能通過狹縫P的帶電粒子的 速率等于E/B D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小,ABC,例5,6、回旋加速器 （1）用途：產(chǎn)生大量高能量的帶電粒子 （2）結(jié)構(gòu)如圖 （3）原理及特點： 電場U加速，磁場B偏轉(zhuǎn) T電=T磁=_ 每轉(zhuǎn)一圈，加速_次，能量增加_， 半徑_(增大、減小、不變） 最大動能由_決定與_無關(guān),回旋加速器是用于加速帶電 粒子流,使之獲得很大動能的儀器, 其核心部分是兩個D形金屬扁盒,兩 盒分別和一高頻交流電源兩極相接, 以便在盒間狹縫中形成勻強電場,使粒子每次穿過狹縫都得 到加速.兩盒放在勻強磁場中,磁場方向垂直于盒底面,粒子 源置于盒的圓心附近,若粒子源射出的粒子電荷量為q、質(zhì)量 為m,粒子最大回旋半徑為Rm,其運動軌跡如圖所示.問: (1)粒子在盒內(nèi)做何種運動? (2)粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運動? (3)所加交變電壓頻率為多大?粒子運動角速度為多大? (4)粒子離開加速器時速度為多大? (5)設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為U,盒間距離為d,求加速到上述能量所需的時間.,例6、,解析 (1)D形盒由金屬導(dǎo)體制成,可屏蔽外電場因而盒內(nèi)無電場.盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場,故粒子在盒內(nèi)磁場中做勻速圓周運動.,(2)兩盒間狹縫內(nèi)存在勻強電場,且粒子速度方向與電場方向在同一條直線上,故粒子做勻加速直線運動. (3)粒子在電場中運動時間極短,高頻交變電壓頻率要符合粒子回旋頻率 回旋頻率f= 角速度=2f=,vm= (5)粒子每旋轉(zhuǎn)一周增加能量為2qU,設(shè)粒子在加速器中回旋次數(shù)為n,則 mvm2=n2qU n= 粒子在磁場中運動時間為 t1=nT=,(4)因粒子最大回旋半徑為Rm Rm=,粒子在電場中的運動可等效為初速度為零的勻加速直線運動,設(shè)其運動時間為t2. 2nd= t2= 粒子在回旋加速器中運動總時間為 t=t1+t2= 答案 (1)勻速圓周運動 (2)勻加速直線運動 (3) (4) (5),如果用同一回旋加速器分別加速氚核(13H)和粒子(24He)，比 較它們所需的高頻交流電源的周期和獲得的最大動能的大 小下列說法正確的是( ) A.加速氚核的交流電源的周期較大；氚核獲得的最大動能較大 B.加速氚核的交流電源的周期較大；氚核獲得的最大動能較小 C.加速氚核的交流電源的周期較??；氚核獲得的最大動能較小 D.加速氚核的交流電源的周期較小；氚核獲得的最大動能較大,回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示，它的核心 部分是兩個D形金屬盒，兩盒相距很近，連接好高頻交流電源 后，兩盒間的窄縫中形成勻強電場，使帶電粒子每次通過窄縫 都能得到加速兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直盒面向外帶電粒子在磁場中做圓周運動，通過兩盒間的窄縫時反 復(fù)被加速，直到達到最大圓周半徑時通過特殊裝置被引出，,B,圖甲是回旋加速器的原理示意圖其核心部分是兩個D形金 屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中(磁感應(yīng) 強度大小恒定)，并分別與高頻電源相連加速時某帶電粒子 的動能Ek隨時間t變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在 電場中的加速時間，則下列判斷正確的是( ) A.在Ekt圖象中t4t3t3t2t2t1 B.高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tntn1 C.粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動能 一定越大 D.D形盒的半徑越大，粒子獲得的最大動能