高三复习课件带电粒子在复合场中的运动.ppt

第三课时,带电粒子在复合场中的运动,第三节课,第三节课,带电粒子在复合场中的运动应用实例,练习1、如图所示，虚线间空间存在由匀强电场E和匀强磁场B组成的正交或平行的电场和磁场，有一个带正电小球(电荷量为q，质量为m)，从正交或平行的电磁混合场上方的某一高度自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过下列的哪个电磁混合场( ),CD,1.速度选择器 (1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相 这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器 (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是：qEqvB，即v .,垂直,例1在两平行金属板间，有如图842所示的互相正交的匀强电场和匀强磁场粒子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，恰好能沿直线匀速通过供下列各小题选择的答案有 A不偏转 B向上偏转 C向下偏转 D向纸内或纸外偏转,(1)若质子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，质子将_,(2)若电子以速度v0从两板的正中央垂直于电场方向和磁场方向射入时，电子将_,(3)若质子以大于v0的速度，沿垂直于匀强电场和匀强磁场的方向从两板正中央射入，质子将_,(4)若增大匀强磁场的磁感应强度，其他条件不变，电子以速度v0沿垂直于电场和磁场的方向，从两极正中央射入，电子将_,A,B,C,2磁流体发电机 (1)主要构造如图843所示 (2)原理：等离子体(即高温下电离的气体，含 有大量带正电和带负电的粒子，而从整体来 说呈电中性)喷入磁场，正、负粒子在洛伦兹 力的作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差，,设平行金属板的面积为S，相距为L等离子体喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，则A、B两板电势差是多大,目前世界上正在研究一种新型发电机磁流体发电机，如 图所示为它的发电原理：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离子，而整体上呈电中性)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 述说法中正确的是( ) A.A板带正电 B.有电流从b经用电器流向a C.金属板A、B间的电场方向向下 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,BD,例2,练习、目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机， 它可以把气体的内能直接转化为电能。图12表示出了它的发 电原理。将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带 正电和负电的微粒，从整体来说是呈电中性）喷射入磁感应强 度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积为S，相距为的平行金 属板A、B与外电阻R相连构成一电路， 设气流的速度为v，气体的电导率 （电阻率的倒数）为，则电流表的 示数 ；流过外电阻R的电流 的方向为 。,图12,3电磁流量计 (1)如图844所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管 (2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时， a、b间的电势差就保持稳定 思考：已知U、B、d求流速与流量,随着社会生产的发展，大型化工厂已越来越多，环境污染也越来 越严重为减少环境污染，技术人员在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，在前后两个内侧面分别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 B.若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高 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,D,例3,一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表，设血管直径是2.0mm，磁场的磁感应强度为0.080T，电压表测出的电压为0.10mV，则血流速度大小为_m/s.(取两位有效数字),0.63,（备用）如图为电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其每边长为，内有导电液流动，在垂直液体流动方向加一指向纸面的匀强磁场，磁感应强度为。现测得两点间的电势差为，求管内导电液体的流量,4.霍尔效应:在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当 与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了 ,这个现象称为霍尔效应.所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图6所示. 名师点拨 理解带电粒子在复合场中运动的这几个实例时,一定要从其共性qE=qvB出发.,磁场方向,电势差,图6,例4、 如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？,下表面,5、质谱仪,如图是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速 后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和 匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝 P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强 磁场下列表述正确的是( ) A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸 面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的 速率等于E/B D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小,ABC,例5,6、回旋加速器 （1）用途：产生大量高能量的带电粒子 （2）结构如图 （3）原理及特点： 电场U加速，磁场B偏转 T电=T磁=_ 每转一圈，加速_次，能量增加_， 半径_(增大、减小、不变） 最大动能由_决定与_无关,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,粒子 源置于盒的圆心附近,若粒子源射出的粒子电荷量为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)粒子在盒内做何种运动? (2)粒子在两盒间狭缝内做何种运动? (3)所加交变电压频率为多大?粒子运动角速度为多大? (4)粒子离开加速器时速度为多大? (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的时间.,例6、,解析 (1)D形盒由金属导体制成,可屏蔽外电场因而盒内无电场.盒内存在垂直盒面的磁场,故粒子在盒内磁场中做匀速圆周运动.,(2)两盒间狭缝内存在匀强电场,且粒子速度方向与电场方向在同一条直线上,故粒子做匀加速直线运动. (3)粒子在电场中运动时间极短,高频交变电压频率要符合粒子回旋频率 回旋频率f= 角速度=2f=,vm= (5)粒子每旋转一周增加能量为2qU,设粒子在加速器中回旋次数为n,则 mvm2=n2qU n= 粒子在磁场中运动时间为 t1=nT=,(4)因粒子最大回旋半径为Rm Rm=,粒子在电场中的运动可等效为初速度为零的匀加速直线运动,设其运动时间为t2. 2nd= t2= 粒子在回旋加速器中运动总时间为 t=t1+t2= 答案 (1)匀速圆周运动 (2)匀加速直线运动 (3) (4) (5),如果用同一回旋加速器分别加速氚核(13H)和粒子(24He)，比 较它们所需的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大 小下列说法正确的是( ) 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大 B.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 C.加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的最大动能较小 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,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，连接好高频交流电源 后，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝 都能得到加速两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直盒面向外带电粒子在磁场中做圆周运动，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，,B,图甲是回旋加速器的原理示意图其核心部分是两个D形金 属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应 强度大小恒定)，并分别与高频电源相连加速时某带电粒子 的动能Ek随时间t变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在 电场中的加速时间，则下列判断正确的是( ) A.在Ekt图象中t4t3t3t2t2t1 B.高频电源的变化周期应该等于tntn1 C.粒子加速次数越多，粒子最大动能 一定越大 D.D形盒的半径越大，粒子获得的最大动能