高中物理洛倫茲力的應用

1、高中物理洛倫茲力的應用高中物理洛倫茲力的應用【學習目標】 掌握洛侖茲力的實際應用，學會提煉物 理模型【自主學習】1、在圖中虛線所圍的區(qū)域內，存在電場強度為E 的勻強電場和磁感應強度為 B 的勻強磁場，已知從左方水平射入 的電子，穿過這區(qū)域時未發(fā)生偏轉，設重力可以忽略不計， 則在此區(qū)域中E和B的方向可能是A、E 和 B 都沿水平方向，并與電子運動方向相同B、E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相反C、E豎直向上，B垂直紙面向外D、E豎直向上，B垂直紙面向里2、如圖所示，一束正離子從 S點沿水平方向射出，在 沒有電、磁場時恰好擊中熒光屏上的坐標原點Q若同時加上電場和磁場后，正離子束最后打在熒光屏上

2、坐標系的系 III象限中，則所加電場E和磁場B的方向可以是(不計重力和其他力 )( )A、E 向上，B向上B、E 向下，B向下C、E 向上，B向下D、E 向下，B向上3、質譜儀是測量帶電粒子的質量和分析同位素的重要 工具。電荷電量相同質量有微小差別的帶電粒子，經(jīng)過相同 的加速電壓加速后，垂直進入同一勻強磁場，它們在勻強磁 場中做勻速圓周運動，由 qU= mv2 和 r= 求得： r= ，因此， 根據(jù)帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑大小，就可判斷帶 電粒子質量的大小，如果測出半徑且已知電量，就可求出帶 電粒子的質量。4、(1) 回旋加速器是用來獲得高能粒子的實驗設備，其 核心部分是兩個 D 形金

3、屬扁盒，兩 D 形盒的直徑相對且留有 一個窄縫， D 形盒裝在 容器中， 整個裝置放在巨大的電磁鐵 兩極間，磁場方向 于D形盒的底面。兩 D形盒分別接在高 頻交流電源的兩極上，且高頻交流電的 與帶電粒子在 D 型 盒中的 相同，帶電粒子就可不斷地被加速。(2) 回旋加速器中磁場起什么作用 ?(3) 回旋加速器使粒子獲得的最大能量是多少?最大能量與加速電壓的高低有何關系 ?(4) 回旋加速器能否無限制地給帶電粒子加速 ?【典型例題】1、粒子速度選擇器怎樣選擇粒子的速度 ?例：如圖所示， a、b 是位于真空中的平行金屬板，a 板帶正電， b 板帶負電， 兩板間的電場為勻強電場， 場強為 E。 同時

4、在兩板之間的空間中加勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁感應強度為Bo 一束電子以大小為 v0的速度從左邊S處沿圖中虛線方向入射，虛線平行于兩板，要想使電子在 兩板間能沿虛線運動，則v0、E、B之間的關系應該是()A、 B 、C、 D 、2、 質譜儀怎樣測量帶電粒子的質量? 例：如圖所示，質譜儀主要是用來研究同位素 (即原子序數(shù)相同原子質量不同的元素 )的儀器，正離子源產(chǎn)生帶電量為 q的正離子，經(jīng) S1、S2兩金屬板間的電壓 U加速后，進入粒子速度選擇器 P1、P2 之間，P1、P2之間有場強為E的勻強電場和與之正交的磁感 應強度為 B1 的勻強磁場，通過速度選擇器的粒子經(jīng) S1 細孔 射入磁

5、感應強度為 B2的勻強磁場沿一半圓軌跡運動，射到 照相底片m上，使底片感光，若該粒子質量為m底片感光處距細孔S3的距離為x，試證明 m=qB1B2x/2E3、正電子發(fā)射計算機斷層(PET)是分子水平上的人體功 能顯像的國際領先技術，它為臨床診斷和治療提供全新的手 段。(1) PET 在心臟疾病診療中， 需要使用放射正電子的同位 素氮 13 示蹤劑。氮 13 是由小型回旋加速器輸出的高速質子 轟擊氧 16獲得的，反應中同時還產(chǎn)生另一個粒子，試寫出 該核反應方程。(2) PET 所用回旋加速器示意如圖， 其中置于高真空中的 金屬D形盒的半徑為 R兩盒間距為d,在左側D形盒圓心 處放有粒子源S,勻強

6、磁場的磁感應強度為 B,方向如圖所 示。質子質量為 m電荷量為q。設質子從粒子源 S進入加 速電場時的初速度不計，質子在加速器中運動的總時間為 t( 其中已略去了質子在加速電場中的運動時間 ) ，質子在電 場中的加速次數(shù)與磁場中回旋半周的次數(shù)相同，加速質子時 的電壓大小可視為不變。求此加速器所需的高頻電源頻率 和加速電壓 U。(3) 試推證當 R d 時，質子在電場中加速的總時間相對 于在D形盒中回旋的時間可忽略不計 (質子在電場中運動時， 不考慮磁場的影響 ) 。4、磁流體發(fā)電機的電動勢是多少 ?例：沿水平方向放置的平行金屬板的間距為d，兩板之間是磁感應強度為 B的勻強磁場，如圖所示，一束在

7、高溫下 電離的氣體 ( 等離子體 )，以 v 射入磁場區(qū)，在兩板上會聚集 電荷出現(xiàn)電勢差，求：(1) M、N兩板各聚集何種電荷？(2) M、N兩板間電勢差可達多大 ？5、 電磁流量計怎樣測液體的流量 ？ 例：如圖所示為一電磁流量計的示意圖，截面為正方形 的非磁性管，其每邊長為 d，內有導電液體流動，在垂直液體流動方向加一指向紙里的勻強磁場，磁感應強度為B。現(xiàn)測得液體a、b兩點間的電勢差為 U,求管內導電流體的流量 Q。6、霍爾效應是怎樣產(chǎn)生的 ?例：如圖所示，厚度為 h,寬度為d的導體板放在垂直 于它的磁感應強度為 B 的均勻磁場中。 當電流通過導體板時， 在導體板的上側面 A和下側面A&am

8、p;prime;之間會產(chǎn)生電勢差， 這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。實驗表明，當磁場不太強時，電勢 差U電流I和B的關系為U=K。式中的比例系數(shù) K稱為霍 爾系數(shù)?；魻栃山忉屓缦拢和獠看艌龅穆鍋銎澚κ惯\動的電 子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現(xiàn)多余的正 電荷，從而形成橫向電場。橫向電場對電子施加一洛倫茲力 方向相反的靜電力。當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體 板上下兩側之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設電流 I 是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向 速度為V，電量為e，回答下列問題：(1) 達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側面A的電勢 下側面A′ 的電勢 (填“高于”“低于”或“

9、等于” );(2) 電子所受的洛倫茲力的大小為 ;(3) 當導體板上下兩側之間的電勢差為U 時，電子所受靜電力的大小為 ;(4) 由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為K= ，其中 n 代表導體板單位體積中電子的個數(shù)。【針對訓練】1、帶電粒子速度選擇器 ( 質譜儀 ) 圖所示的是一種質譜儀的示意圖，其中 MN 板的左方是帶電粒子的速度選擇器，選擇器內有正交的勻強磁場 B和勻強電場E, 束有不同速 率的正離子水平地由小孔進入場區(qū)。(1) 速度選擇部分：路徑不發(fā)生偏轉的離子的條件是 即 。能通過速度選擇器的帶電粒子必須是速度為該值的粒 子，與它 和 、 均無關。(2) 質譜儀部分：經(jīng)過速度選擇器后的相同速率的不同 離子在右側的偏轉磁場中做勻速圓周運動，不同比荷的離子 不同。P位