速度選擇器校本研修

1、新人教版高中物理3-1P98 磁場對運(yùn)動電荷的作用3、在圖3.5-8所示的平行板器件中，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直。具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。這種裝置能把具有某一特定速度的離子選擇出來，所以叫做速度選擇器。試證明帶電粒子具有速度v=E/B時，才能沿著圖中的虛線路徑通過這個速度選擇器?！舅俣冗x擇器模型】如圖所示，粒子經(jīng)加速電場后得到一定的速度v0，進(jìn)入正交的電場和磁場，受到的電場力與洛侖茲力方向相反，若使粒子沿直線從右邊孔中出去，則有qv0BqE,v0=E/B，若v0=E/B，粒子做直線運(yùn)動，與粒子電量、電性、質(zhì)量無關(guān)若vE/B，電場力大，粒子向電場力方向偏，電場

2、力做正功，動能增加若vE/B，洛侖茲力大，粒子向磁場力方向偏，電場力做負(fù)功，動能減少1、如圖所示的平行板器件中電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子從P孔射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。利用這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器。若正離子(不計(jì)重力)以水平速度v=E/B射入速度選擇器，則A、正離子從P孔射入后，能沿著圖示虛線路徑通過速度選擇器B、正離子從Q孔射入后，能沿著圖示虛線路徑通過速度選擇器C、僅改變離子的電性，負(fù)離子從P孔射入后，不能沿圖示虛線路徑通過速度選擇器D、僅改變離子的電量，正離子從P孔射入后，不能沿圖示虛線路徑通過速度選擇器 

3、2、在圖所示的平行板器件中，電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直。具有某一水平速度V的帶電粒子，將沿著圖中所示的虛線穿過兩板間的空間而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，具有其他速度的帶電粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這種器件能把具有上述速度V的帶電粒子選擇出來，所以叫速度選擇器。如果已知粒子A（重力不計(jì)）的質(zhì)量為m、帶電量為+q，兩極板間距為d，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。（1）試證明帶電粒子具有速度v=E/B時，才能沿著圖示的虛線路徑通過。（2）若粒子A從圖8的右端兩極板中央以-V入射，還能直線從左端穿出嗎？為什么？若不穿出而打在極板上，則到達(dá)極板時的速度是多少？（3）若粒子A的反粒子（-q，m）從圖8的左端以V入射，還能直線從右端穿出

4、嗎？（4）將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到某值，粒子A將落到極板上，粒子落到極板時的動能為多少？3、如圖所示的平行板器件中，存在相互垂直的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1 = 0.40 T，方向垂直紙面向里，電場強(qiáng)度E = 2.0×105 V/m，PQ為板間中線緊靠平行板右側(cè)邊緣xOy坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)，有垂直紙面的正三角形勻強(qiáng)磁場區(qū)域（圖中未畫出），磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 = 0.25 T。一束帶電量q = 8.0×10-19 C，質(zhì)量m = 8.0×10-26 kg的正離子從P點(diǎn)射入平行板間，不

5、計(jì)重力，沿中線PQ做直線運(yùn)動，穿出平行板后從y軸上坐標(biāo)為（0，0.2m）的Q點(diǎn)垂直y軸射向三角形磁場區(qū)，離子通過x軸時的速度方向與x軸正方向夾角為60°。則：（1）離子運(yùn)動的速度為多大？（2）若正三角形區(qū)域內(nèi)的勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向外，離子在磁場中運(yùn)動的時間是多少？（3）若正三角形區(qū)域內(nèi)的勻強(qiáng)磁場方向垂直紙面向里，正三角形磁場區(qū)域的最小邊長為多少？（4）第（3）問中離子出磁場后經(jīng)多長時間到達(dá)X軸？4、如圖所示的裝置，左半部為速度選擇器，右半部為勻強(qiáng)的偏轉(zhuǎn)電場。一束同位素離子流從狹縫S1射入速度選擇器，能夠沿直線通過速度選擇器并從狹縫S2射出的離子，又沿著與電場垂直的方向，立即進(jìn)入場強(qiáng)

6、大小為E的偏轉(zhuǎn)電場，最后打在照相底片D上。已知同位素離子的電荷量為q(q>0)，速度選擇器內(nèi)部存在著相互垂直的場強(qiáng)大小為E0的勻強(qiáng)電場和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0的勻強(qiáng)磁場，照相底片D與狹縫S1、S2的連線平行且距離為L，忽略重力的影響。(1)求從狹縫S2射出的離子速度v0的大?。?#160;(2)若打在照相底片上的離子在偏轉(zhuǎn)電場中沿速度v0方向飛行的距離為x，求出x與離子質(zhì)量m之間的關(guān)系式（用E0、B0、E、q、m、L表示）?！净魻栃?yīng)模型】1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力情況時，發(fā)現(xiàn)了一種新的電磁效應(yīng)：將導(dǎo)體置于磁場中，并沿垂直磁場方向通入電流，則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁

7、場的方向會產(chǎn)生一個橫向電勢差，這種現(xiàn)象后來被稱為霍爾效應(yīng)，這個橫向的電勢差稱為霍爾電勢差（1）如圖甲所示，某長方體導(dǎo)體abcdabcd的高度為h、寬度為l，其中的載流子為自由電子，其電荷量為e，處在與ab ba面垂直的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0在導(dǎo)體中通有垂直于bccb面的電流，若測得通過導(dǎo)體的恒定電流為I，橫向霍爾電勢差為UH，求此導(dǎo)體中單位體積內(nèi)自由電子的個數(shù)（2）對于某種確定的導(dǎo)體材料，其單位體積內(nèi)的載流子數(shù)目n和載流子所帶電荷量q均為定值，人們將H=1/nq, 定義為該導(dǎo)體材料的霍爾系數(shù)利用霍爾系數(shù)H已知的材料可以制成測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的探頭，有些探頭的體積很小，其正對橫截面（

8、相當(dāng)于圖14甲中的ab ba面）的面積可以在0.1cm2以下，因此可以用來較精確的測量空間某一位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度如圖乙所示為一種利用霍爾效應(yīng)測磁感應(yīng)強(qiáng)度的儀器，其中的探頭裝在探桿的前端，且使探頭的正對橫截面與探桿垂直這種儀器既可以控制通過探頭的恒定電流的大小I，又可以監(jiān)測出探頭所產(chǎn)生的霍爾電勢差UH，并自動計(jì)算出探頭所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，且顯示在儀器的顯示窗內(nèi)在利用上述儀器測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的過程中，對探桿的放置方位有何要求；要計(jì)算出所測位置磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，除了要知道H、I、UH外還需要知道哪個物理量，并用字母表示推導(dǎo)出用上述這些物理量表示所測位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的表達(dá)式新人教版

9、高中物理3-1P98 磁場對運(yùn)動電荷的作用4、 磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。在圖3.5-9它的示意圖。平行金屬板A、B之間有一個很強(qiáng)的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量的正、負(fù)帶電粒子）噴入磁場，A、B兩半間便產(chǎn)生電壓，如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個極板。（1） 圖中A、B兩個極板哪一個是發(fā)電機(jī)的正極？（2） 若A、B兩極板相距為d ，板件的磁場按勻強(qiáng)磁場處理，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B ,等離子體以速度v沿著垂直于B的方向射入磁場，該發(fā)電機(jī)的電動勢是多大？【磁流體發(fā)電機(jī)模型】由燃燒室O燃燒電離成的正、負(fù)離子（等離子體）以高速噴入偏轉(zhuǎn)

10、磁場B中在洛侖茲力作用下，正、負(fù)離子分別向上、下極板偏轉(zhuǎn)、積累，從而在板間形成一個向下的電場兩板間形成一定的電勢差當(dāng)qvB=qU/d時電勢差穩(wěn)定UdvB，這就相當(dāng)于一個可以對外供電的電源如圖所示為磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖：將一束等離子體噴射A磁場，在場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓如果射入的等離子體速度均為v，兩金屬板的板長為L，板間距離為d，板平面的面積為S，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于速度方向，負(fù)載電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間。當(dāng)發(fā)電機(jī)穩(wěn)定發(fā)電時，電流表示數(shù)為I。那么板間電離氣體的電阻率為 A. B. C. D.1、磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把氣體

11、的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。下圖是磁流體發(fā)電機(jī)的裝置：A、B組成一對平行電極，兩極間距為d，內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，現(xiàn)持續(xù)將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電和帶負(fù)電的微粒，而整體呈中性）垂直噴射入磁場，每個離子的速度為v，電量大小為q，兩極之間的等效內(nèi)阻為r，穩(wěn)定時，磁流體發(fā)電機(jī)的電動勢E_，設(shè)外電路電阻為R，則R上消耗的功率P_。2、磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)如圖所示，平行金屬板之間有一個很強(qiáng)的磁場，將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的等離子體，沿圖中所示方向噴入磁場圖中虛線框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī)把兩個極板與用電器相連，則（）A用電器中的電流方向從A到BB用電器中的電流方向從B到AC若只

12、增強(qiáng)磁場，發(fā)電機(jī)的電動勢增大D若只增大噴入粒子的速度，發(fā)電機(jī)的電動勢增大3、磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，如圖所示，平行金屬板A、B之間相距為d，板間的磁場按勻強(qiáng)磁場處理，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場，金屬板A、B是邊長為a的正方形，等離子體的電阻率為，外接電阻R求：（1）發(fā)電機(jī)的電動勢；（2）電阻R上的電流；（3）要使等離子體能進(jìn)入磁場所需的外力【電磁流量計(jì)模型】電磁流量計(jì)原理可解釋為：如圖所示，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)電的液體向左流動導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛侖茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電

13、勢差當(dāng)自由電荷所受電場力和洛侖茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定 由Bqv=Eq=Uq/d，可得v=U/Bd流量Q=Sv=Ud/4B電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）為了簡化，假設(shè)流量計(jì)是如圖1-3-37所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c流量計(jì)的兩端與輸送流體的管道相連接（圖中虛線）圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于前后兩面當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時，在管外將流量計(jì)上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電阻的兩端連

14、接，I表示測得的電流值已知流體的電阻率為，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為 ( A )A B C D如圖所示，矩形管長為L，寬為d，高為h，上下兩平面是絕緣體，相距為d的兩個側(cè)面為導(dǎo)體，并用粗導(dǎo)線MN相連，令電阻率為的水銀充滿管口，源源不斷地流過該矩形管若水銀在管中流動的速度與加在管兩端的壓強(qiáng)差成正比，且當(dāng)管的兩端的壓強(qiáng)差為p時，水銀的流速為v0今在矩形管所在的區(qū)域加一與管子的上下平面垂直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B（圖中未畫出）穩(wěn)定后，試求水銀在管子中的流速dhNML【質(zhì)譜儀模型】如圖所示組成：離子源O，加速場U，速度選擇器（E,B），偏轉(zhuǎn)場B2，膠片原理：加速場中qU=½mv2選擇

15、器中：v=E/B1偏轉(zhuǎn)場中：d2r，qvB2mv2/r比荷：質(zhì)量作用：主要用于測量粒子的質(zhì)量、比荷、研究同位素1、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(jìn)入速度選擇器速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)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下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)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 D粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小類型題：質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造

16、原理如圖5所示，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷() A若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越大 B若離子束是同位素，則x越大，離子質(zhì)量越小 C只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同 D只要x相同，則離子的比荷一定相同2、如圖為質(zhì)譜儀的原理圖。若某帶正電的粒子由靜止開始經(jīng)過加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器，選擇器中存在相互垂直的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，其中勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)為E，方向水平向右，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，方向垂直紙面向外，粒子恰沿直線穿過速度選擇器，并從G點(diǎn)垂直于MN進(jìn)

17、入偏轉(zhuǎn)磁場。偏轉(zhuǎn)磁場是一個以直線MN為上邊界、方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后，最終到達(dá)照相底片上的H點(diǎn)。測得G、H間的距離為 L，粒子的重力可忽略不計(jì)。求：（1）粒子從速度選擇器射出時的速度v；（2）粒子的比荷q/m（又稱荷質(zhì)比）；（3）加速電場的電壓U。1、（2009廣東物理第12題）圖1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(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)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(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)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

18、速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外C能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD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 2、（2011北京23）利用電場和磁場，可以將比荷不同的離子分開，這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。如圖所示的矩形區(qū)域ACDG（AC邊足夠長）中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場，A處有一狹縫。離子源產(chǎn)生的離子，經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂于磁場的方向射入磁場，運(yùn)動到GA邊，被相應(yīng)的收集器收集，整個裝置內(nèi)部為真空。已知被加速度的兩種正離子的質(zhì)量分別是m1和m2（m1 >m2），電荷量均為。加速電場的電勢差為U，離子進(jìn)入電場時的初速度可以忽略，

19、不計(jì)重力，也不考慮離子間的相互作用。 （1）求質(zhì)量為m1的離子進(jìn)入磁場時的速率v1；（2）當(dāng)感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時，求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距s；（3）在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響，實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度。若狹縫過寬，可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域受疊，導(dǎo)致兩種離子無法完全分離。 3、（2010天津理綜）質(zhì)譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各前沿科學(xué)領(lǐng)域。湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的質(zhì)譜裝置示意如圖，M、N為兩塊水平放置的平行金屬極板，板長為L，板右端到屏的距離為D，且D遠(yuǎn)大于L，OO為垂直于屏的中心軸線，不計(jì)離子重力和離子在板間偏離OO的距離。以屏中心O為原點(diǎn)建立xOy直角坐標(biāo)系，其中x軸沿水平方向，

20、y軸沿豎直方向。 （1）設(shè)一個質(zhì)量為m0、電荷量為q0的正離子以速度v0沿OO的方向從O點(diǎn)射入，板間不加電場和磁場時，離子打在屏上O點(diǎn)。若在兩極板間加一沿+y方向場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場，求離子射到屏上時偏離O點(diǎn)的距離y0。(2)假設(shè)你利用該裝置探究未知離子，試依照以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算未知離子的質(zhì)量數(shù)。上述裝置中，保留原電場，再在板間加沿-y方向的勻強(qiáng)磁場?，F(xiàn)有電荷量相同的兩種正離子組成的離子流，仍從O點(diǎn)沿OO方向射入，屏上出現(xiàn)兩條亮線。在兩線上取y坐標(biāo)相同的兩個光點(diǎn)，對應(yīng)的x坐標(biāo)分別為3.24mm和3.00mm，其中x坐標(biāo)大的光點(diǎn)是碳12離子擊中屏產(chǎn)生的，另一光點(diǎn)是未知離子產(chǎn)生的。盡管入射離子速度不完全相同，但入射速度都很大，且在板間運(yùn)動時OO方向的分速度總是遠(yuǎn)大于x方向和y方向的分速度。新人教版高中物理3-1P100 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動1、帶電粒子在氣泡室運(yùn)動徑跡的照片。有的粒子運(yùn)動的過程中能量降低，速度減小，徑跡就呈螺旋形。2、回旋加速器的工作原