磁场的综合应用

1、磁场的综合应用,一、质谱仪 二、速度选择器 三、回旋加速器 058. 08年苏、锡、常、镇四市教学情况调查（二）6 gk006. 2008年高考物理广东卷 4 062. 北京市海淀区二模反馈题19 037. 2008届南通市第一次调研考试14 gk008. 2008年高考理综重庆卷25,磁场的综合应用,一、质谱仪,带电粒子在复合场中的运动规律广泛应用于近代物理的许多实验装置中，如质谱仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等，因此，在复习中应将基础理论知识融入实际应用之中，提高分析和解决实际问题的能力。,以下的两种装置都可以用来测定带电粒子的荷质比.也可以在已知电量的情况下测定粒子质量。,带电

2、粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径为r,则有：,可得,带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有：,qE=qvB1,可得：,二、速度选择器,正交的匀强磁场和匀强电场组成“速度选择器”。带电粒子（不计重力）必须以唯一确定的速度才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。这个速度的大小可以由洛仑兹力和电场力的平衡得出：,qvB=Eq,这个结论与离子带何种电荷、电量多少都无关。,若速度小于这一速度，电场力将大于洛仑兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场

3、力做正功，动能将增大，洛仑兹力也将增大；若大于这一速度，将向洛仑兹力方向偏转，电场力将做负功，,动能将减小,洛仑兹力也将减小， 粒子的轨迹既不是抛物线，也不 是圆，而是一条复杂曲线。,三、回旋加速器,利用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关的特点，可以作成回旋加速器。,在AA和AA间加交变电压，其周期与粒子运动周期相同。带电粒子在两个D形金属盒之间运动时，被电场加速；在D形金属盒内运动时，由于D形金属盒可以屏蔽电场，因此带电粒子只受洛仑兹力作用而作匀速圆周运动。D形金属盒的半径与粒子的最大动能对应。用此装置可以将质子加速到约20MeV。,058. 08年苏、锡、常、镇四市教学

4、情况调查（二）6,6某制药厂的污水处理站的管道中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,在前后两个面的内侧固定有金属板作为电极,当含有大量正负离子（其重力不计）的污水充满管口从左向右流经该装置时,利用电压表所显示的两个电极间的电压U，就可测出污水流量Q（单位时间内流出的污水体积）.则下列说法正确的是 ( ) A后表面的电势一定高于前表面的 电势，与正负哪种离子多少无关 B若污水中正负离子数相同，则前 后表面的电势差为零 C流量Q越大，两个电极间的电压U越大 D污水中离子数越多，两个电极间的电压U越大

5、,A C,gk006.2008年高考物理广东卷 4,4、1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是 （ ） A离子由加速器的中心附近进入加速器 B离子由加速器的边缘进入加速器 C离子从磁场中获得能量 D离子从电场中获得能量,A D,19图是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子a、b经电压U加速（在A点初速度为零）后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则 ( ) A若a与b有相同的质量，打在感光板上时，b的速度

6、比a大 B若a与b有相同的质量，但a的电量比b的电量小 C若a与b有相同的电量， 但a的质量比b的质量大 D若a与b有相同的电量， 但a的质量比b的质量小,062.北京市海淀区二模反馈题19,D,解见下页,解：,若a与b有相同的质量，则,a的电量比b的电量大，B错.,打在感光板上时，b的速度比a小， A错.,若a与b有相同的电量，则,a的质量比b的质量小， C错，D正确.,037.2008届南通市第一次调研考试14,14甲图为质谱仪的原理图.带正电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从G点垂直于MN进入偏转磁场该偏转磁场是一个以直线MN为上边界、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场的磁感应

7、强度为B，带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片上的H点测得G、H间的距离为 d，粒子的重力可忽略不计 （1）设粒子的电荷量为q，质量为m，试证明该粒子的比荷为：,（2）若偏转磁场的区域为圆形，且与MN相切于G点，如图乙所示，其它条件不变。要保证上述粒子从G点垂直于MN进入偏转磁场后不能打到MN边界上（MN足够长），求磁场区域的半径应满足的条件。,解:（1）,粒子经过电场加速，进入偏转磁场时速度为v 有,进入磁场后做圆周运动，轨道半径为r,打到H点有,由得,（2）要保证所有粒子都不能打到MN边界上，,粒子在磁场中运动偏角小于90, 临界状态为90,如图所示，磁场区半径,所以磁场区域半径满足,题

8、目,gk008.2008年高考理综重庆卷25,25、（20分）下图为一种质谱仪工作原理示意图. 在以O为圆心，OH为对称轴，夹角为2的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁场对称于OH轴的C和D分别是离子发射点和收集点CM垂直磁场左边界于M，且OMd现有一正离子束以小发散角（纸面内）从C射出，这些离子在CM方向上的分速度均为v0若该 离子束中比荷为 的 离子都能汇聚到D， 试求：,磁感应强度的大小和方向（提示：可考虑沿CM方向运动的离子为研究对象）； 离子沿与CM成角的直线CN进入磁场，其轨道半径和在磁场中的运动时间； 线段CM的长度,解：,设沿CM方向运动的离子在磁场 中做圆周运动的轨道半径为：,Rd,由,解得：,磁场方向垂直纸面向外,沿CN运动的离子速度大小为v，在磁场中的轨道半径为R，运动时间为t,由 vcosv0,得,方法一：设弧长为s,解得：,方法二：离子在磁场中做匀速圆周运动的