物理总第九章 磁场 9-3-1 带电粒子在复合场中运动的实例分析

带电粒子在复合场中运动的实例分析0101020203030404速度选择器、磁流体发电机速度选择器、磁流体发电机 质谱仪的原理和分析质谱仪的原理和分析 回旋加速器的原理和分析回旋加速器的原理和分析 霍尔效应的原理和分析霍尔效应的原理和分析 质谱仪的原理和分析质谱仪的原理和分析命题角度1质谱仪的原理和分析1作用测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。2原理(如图所示)(1)加速电场：qU12mv2； (2)偏转磁场：qvBmv2r，l2r； 由以上两式可得r1B2mUq，mqr2B22U，qm2UB2r2。 质谱仪的原理和分析质谱仪的原理和分析例1质谱仪又称质谱计，是分离和检测不同同位素的仪器。工作原理如图所示，电荷量均为q、质量不同的离子初速度几乎为零地进入电压为U0的加速电场。这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，最后打在底片上。已知放置底片的区域MNL，且OML。某次测量发现MN中左侧区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧区域QN仍能正常检测到离子。在适当调节加速电压后，原本打在MQ的离子即可在QN检测到。为使原本打在MN中点P的离子能打在QN区域，则加速电压U的值不可能为()A.16U09 B.100U081 C.140U081 D2U0 转到解析质谱仪的原理和分析质谱仪的原理和分析转回原题回旋加速器的原理和分析回旋加速器的原理和分析命题角度2回旋加速器的原理和分析1加速条件：T电场T回旋2mqB； 2磁场约束偏转：qvBmv2r vqBrm。 3带电粒子的最大速度 vmaxqBrDm，rD为 D 形盒的半径。粒子的最大速度 vmax与加速电压 U 无关。 回旋加速器的原理和分析回旋加速器的原理和分析4回旋加速器的解题思路 (1)带电粒子在缝隙的电场中加速、交变电流的周期与磁场周期相等，每经过磁场一次，粒子加速一次。 (2)带电粒子在磁场中偏转、半径不断增大，周期不变，最大动能与D 形盒的半径有关。 A质子被加速后的最大速度不可能超过2fRB质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关C高频电源只能使用矩形交变电流，不能使用正弦式交变电流D不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速粒子回旋加速器的原理和分析回旋加速器的原理和分析转到解析例2 (2017常州模拟)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。设D形盒半径为R。若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f。则下列说法正确的是()解析 由 T2Rv，T1f，可得质子被加速后的最大速度为 2fR，其不可能超过 2fR，质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关，选项 A 正确、B 错误；高频电源可以使用正弦式交变电源，选项 C 错误；要加速 粒子，高频交流电周期必须变为 粒子在其中做圆周运动的周期，即 T2mqB，故选项 D 错误。答案 A 回旋加速器的原理和分析回旋加速器的原理和分析转回原题霍尔效应的原理和分析霍尔效应的原理和分析命题角度3霍尔效应的原理和分析1定义：高为h，宽为d的金属导体(自由电荷是电子)置于匀强磁场B中，当电流通过金属导体时，在金属导体的上表面A和下表面A之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。2电势高低的判断：如图，金属导体中的电流 I 向右时，根据左手定则可得，下表面 A的电势高。 3霍尔电压的计算：导体中的自由电荷(电子)在洛伦兹力作用下偏转，A、A间出现电势差，当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时，A、A间的电势差(U)就保持稳定，由qvBqUh，InqvS，Shd；联立得 UBInqdkBId，k1nq称为霍尔系数。 转到解析题目滚动霍尔效应的原理和分析霍尔效应的原理和分析答案答案 D解析 静电力的大小应为 FqUh，选项 A 错误；载流子的电性是不确定的，因此选项 B 错误；霍尔系数 k1nq，其中 n 为导体单位体积内的电荷数， 选项C错误； 载流子所受洛伦兹力的大小F洛qvB， 其中vInqdh，可得 F洛BIndh，选项 D 正确。 答案 D 霍尔效应的原理和分析霍尔效应的原理和分析转回原题速度选择器、磁流体发电机速度选择器、磁流体发电机命题角度4速度选择器、磁流体发电机A一定带正电B速度vC若速度v ，粒子一定不能从板间射出D若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍做直线运动速度选择器、磁流体发电机速度选择器、磁流体发电机转到解析例4 在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子()速度选择器、磁流体发电机速度选择器、磁流体发电机转回原题解析 粒子带正电和负电均可， 选项 A 错误； 由洛伦兹力等于电场力，即 qvBqE，解得速度 vEB，选项 B 正确；若速度 vEB，粒子可能从板间射出，选项 C 错误；若此粒子从右端沿虚线方向进入，所受电场力和洛伦兹力方向相同，不能做直线运动，选项 D 错误。 答案 B 变式训练 (多选)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，下列说法正确的是() AA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速度选择器、磁流体发电机速度选择器、磁流体发电机解析由左手定则，A板带负电，则电流从b经用电器流向a，金属板间的电场方向向上，故选项B、D正确。答案BD速度选择器、磁流体发电机速度选择器、磁流体发电机解决实际问题的一般过程：