高三復(fù)習(xí)課件帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).ppt

第三課時(shí),帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng),第三節(jié)課,第三節(jié)課,帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用實(shí)例,練習(xí)1、如圖所示，虛線間空間存在由勻強(qiáng)電場(chǎng)E和勻強(qiáng)磁場(chǎng)B組成的正交或平行的電場(chǎng)和磁場(chǎng)，有一個(gè)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(chǎng)上方的某一高度自由落下，那么，帶電小球可能沿直線通過(guò)下列的哪個(gè)電磁混合場(chǎng)( ),CD,1.速度選擇器 (1)平行板中電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B互相 這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫做速度選擇器 (2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過(guò)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(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)粒子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，恰好能沿直線勻速通過(guò)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(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，質(zhì)子將_,(2)若電子以速度v0從兩板的正中央垂直于電場(chǎng)方向和磁場(chǎng)方向射入時(shí)，電子將_,(3)若質(zhì)子以大于v0的速度，沿垂直于勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向從兩板正中央射入，質(zhì)子將_,(4)若增大勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，其他條件不變，電子以速度v0沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)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(jī) (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(fù)電的粒子，而從整體來(lái) 說(shuō)呈電中性)噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)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(shì)差，,設(shè)平行金屬板的面積為S，相距為L(zhǎng)等離子體噴入氣體速度為v，板間磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B，則A、B兩板電勢(shì)差是多大,目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)，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(fù)電的離子，而整體上呈電中性)沿圖 中所示方向噴射入磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)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(shuō)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(chǎng)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(chǎng)力,BD,例2,練習(xí)、目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)， 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(fù)電的微粒，從整體來(lái)說(shuō)是呈電中性）噴射入磁感應(yīng)強(qiáng) 度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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(guò)外電阻R的電流 的方向?yàn)?。,圖12,3電磁流量計(jì) (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(guò)導(dǎo)管 (2)原理：導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差，形成電場(chǎng)當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)， a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定 思考：已知U、B、d求流速與流量,隨著社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，大型化工廠已越來(lái)越多，環(huán)境污染也越來(lái) 越嚴(yán)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(jì)該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、 c，左右兩端開(kāi)口在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻 強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)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(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓 U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)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(shì)高 B.若污水中負(fù)離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)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(cè)量血管中血流速度儀器的原理如圖所示，在動(dòng)脈血管左右兩側(cè)加有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.080T，電壓表測(cè)出的電壓為0.10mV，則血流速度大小為_(kāi)m/s.(取兩位有效數(shù)字),0.63,（備用）如圖為電磁流量計(jì)的示意圖，截面為正方形的非磁性管，其每邊長(zhǎng)為，內(nèi)有導(dǎo)電液流動(dòng)，在垂直液體流動(dòng)方向加一指向紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為?，F(xiàn)測(cè)得兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為，求管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量,4.霍爾效應(yīng):在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形截面的載流導(dǎo)體,當(dāng) 與電流方向垂直時(shí),導(dǎo)體在與磁場(chǎng)、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了 ,這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng).所產(chǎn)生的電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電勢(shì)差,其原理如圖6所示. 名師點(diǎn)撥 理解帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的這幾個(gè)實(shí)例時(shí),一定要從其共性qE=qvB出發(fā).,磁場(chǎng)方向,電勢(shì)差,圖6,例4、 如圖所示，有電流I流過(guò)長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬度為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(wèn)金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)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(chǎng)加速 后，進(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和 勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫 P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng) 磁場(chǎng)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(chǎng)方向垂直紙 面向外 C.能通過(guò)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(diǎn)： 電場(chǎng)U加速，磁場(chǎng)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(dòng)能由_決定與_無(wú)關(guān),回旋加速器是用于加速帶電 粒子流,使之獲得很大動(dòng)能的儀器, 其核心部分是兩個(gè)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(qiáng)電場(chǎng),使粒子每次穿過(guò)狹縫都得 到加速.兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示.問(wèn): (1)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)? (2)粒子在兩盒間狹縫內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)? (3)所加交變電壓頻率為多大?粒子運(yùn)動(dòng)角速度為多大? (4)粒子離開(kāi)加速器時(shí)速度為多大? (5)設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U,盒間距離為d,求加速到上述能量所需的時(shí)間.,例6、,解析 (1)D形盒由金屬導(dǎo)體制成,可屏蔽外電場(chǎng)因而盒內(nèi)無(wú)電場(chǎng).盒內(nèi)存在垂直盒面的磁場(chǎng),故粒子在盒內(nèi)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).,(2)兩盒間狹縫內(nèi)存在勻強(qiáng)電場(chǎng),且粒子速度方向與電場(chǎng)方向在同一條直線上,故粒子做勻加速直線運(yùn)動(dòng). (3)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間為 t1=nT=,(4)因粒子最大回旋半徑為Rm Rm=,粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)可等效為初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)其運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t2. 2nd= t2= 粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)總時(shí)間為 t=t1+t2= 答案 (1)勻速圓周運(yùn)動(dòng) (2)勻加速直線運(yùn)動(dòng) (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(dòng)能的大 小下列說(shuō)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(dòng)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(dòng)能較小 C.加速氚核的交流電源的周期較小；氚核獲得的最大動(dòng)能較小 D.加速氚核的交流電源的周期較?。浑昂双@得的最大動(dòng)能較大,回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子的裝置，如圖所示，它的核心 部分是兩個(gè)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(qiáng)電場(chǎng)，使帶電粒子每次通過(guò)窄縫 都能得到加速兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直盒面向外帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)兩盒間的窄縫時(shí)反 復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過(guò)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(gè)D形金 屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(磁感應(yīng) 強(qiáng)度大小恒定)，并分別與高頻電源相連加速時(shí)某帶電粒子 的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在 電場(chǎng)中的加速時(shí)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(dòng)能 一定越大 D.D形盒的半徑越大，粒子獲得的最大動(dòng)能