電場力和洛倫茲力的復(fù)合運(yùn)用(一)

1、 電場力和洛倫茲力的運(yùn)用（一）恩施市第三高級中學(xué)黃明一、電場力分區(qū)域存在：示波管：示波管應(yīng)用了電場使電子束偏轉(zhuǎn)。二、電場力和磁場力分區(qū)域存在：1、電視顯像管：顯像管的陰極產(chǎn)生的電子經(jīng)過加速電場加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場。（偏轉(zhuǎn)線圈立體圖，此圖右側(cè)在圖（a）外側(cè)）示波器是一種電子儀器，用它來觀察電信號隨時(shí)間變化的情況。示波器的核心部件是示波管，由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，其原理圖如圖甲所示，圖乙是從右向左看到的熒光屏的平面圖。在偏轉(zhuǎn)電極XX、YY上都不加電壓時(shí)，電子束將打在熒光屏的中心點(diǎn)。（1）、如圖所示的示波管，當(dāng)兩偏轉(zhuǎn)電極XX、YY電壓為零時(shí)，電子槍發(fā)射的電子經(jīng)加速電壓加速后會打在熒屏上的正中間

2、（圖示坐標(biāo)的O點(diǎn)，其中x軸與XX電場的場強(qiáng)方向重合，x軸正方向垂直于紙面指向紙內(nèi)，y軸與YY電場的場強(qiáng)方向重合）若要電子打在圖示坐標(biāo)的第III象限，則（）X、Y極接電源的正極，X、Y接電源的負(fù)極X、Y極接電源的正極，X、Y接電源的負(fù)極X、Y極接電源的正極，X、Y接電源的負(fù)極X、Y極接電源的正極，X、Y接電源的負(fù)極（2）、如右圖所示為電視機(jī)中顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈示意圖，它由繞在磁環(huán)上的兩個(gè)相同的線圈串聯(lián)而成，線圈中通有方向如圖所示的電流，當(dāng)電子束從紙里經(jīng)磁環(huán)中心向紙外射出時(shí)，它將：（）A.向上偏轉(zhuǎn)B向下偏轉(zhuǎn)C.向左偏轉(zhuǎn)D.向右偏轉(zhuǎn)（3）、電視機(jī)顯像管簡單原理如圖所示，初速度不計(jì)的電子經(jīng)加速電場加速后

3、進(jìn)入有限邊界寬度為L的勻強(qiáng)磁場，磁感-r應(yīng)強(qiáng)度為B，如要求電子束偏轉(zhuǎn)角為，求加速電場的電勢差U。（已知電子電量為e,質(zhì)量為m）2、質(zhì)譜儀：組成：離子源O,加速場U,速度選擇器（E,B）,偏轉(zhuǎn)場B2，膠片。_12原理：加速場中閃二2mV2選擇器中:v=E/B偏轉(zhuǎn)場中:d=2r,qvB2=mv2/r比荷:2EBBd12m=質(zhì)量BBdq122E作用：主要用于測量粒子的質(zhì)量、比荷、研究同位素。粒子水平加速和豎直加速對比圖，教材中的質(zhì)譜儀沒有速度選擇器）4）、如圖所示，有a、b、c、d四種離子，它們帶等量同種電荷，質(zhì)量不等，=mbmvv=vd，以不等的速率vavbvc度選擇器中射出，進(jìn)入B2磁場，由此可

4、判定（）射向P1的是a離子射向P2的是b離子射到A1的是c離子射到A2的是d離子3、回旋加速器：vd進(jìn)入速度選擇器后，有兩種從速XXXXD形盒是半圓金屬盒，D形盒的縫隙處接交流電源。D形盒處于勻強(qiáng)磁場中。原理：交流電的周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等。粒子每經(jīng)過D形盒的縫隙就被加速一v2q2B2R2次。粒子出D形盒前瞬間，軌道半徑為D形盒半徑，由qvB=m，得E=RKm2m可見粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R決定，與加速電壓無關(guān)。甲乙（5）、關(guān)于回旋加速器，以下說法正確的是（）A帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次。B加速電場方向需要做周期變化。C粒子射出時(shí)的最大速度與加速電壓無關(guān)。D電

5、場和磁場對粒子都起加速作用。（6）在高能物理研究中，粒子回旋加速器起著重要作用，如圖甲為它的示意圖。它由兩個(gè)鋁制D型金屬扁盒組成，兩個(gè)D形盒正中間開有一條窄縫。兩個(gè)D型盒處在勻強(qiáng)磁場中并接有高頻交變電壓。圖乙為俯視圖，在D型盒上半面中心S處有一正離子源，它發(fā)出的正離子，經(jīng)狹縫電壓加速后，進(jìn)入D型盒中。在磁場力的作用下運(yùn)動(dòng)半周，再經(jīng)狹縫電壓加速。如此周而復(fù)始，最后到達(dá)D型盒的邊緣，獲得最大速度，由導(dǎo)出裝置導(dǎo)出。已知正離子的電荷量為q,質(zhì)量為m,加速時(shí)電極間電壓大小為U磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D型盒的半徑為R。每次加速的時(shí)間很短，可以忽略不計(jì)。正離子從離子源出發(fā)時(shí)的初速度為零。1）為了使正離子每經(jīng)過

6、窄縫都被加速，求交變電壓的頻率；（2）求離子能獲得的最大動(dòng)能；（3）求離子第1次與第n次在下半盒中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑之比。、如圖所示為一種獲得高能粒子的裝置，環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場，質(zhì)量為m,電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來電勢都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí)，A板電勢升高為+U,B板電勢仍保持為零，粒子在兩極間電場中加速，每當(dāng)粒子離開B板時(shí)，A板電勢又降為零，粒子在電場一次次加速下動(dòng)能不斷增大，而繞行半徑不變。設(shè)t=0時(shí)，粒子靜止在A板小孔處，在電場作用下加速，并繞行第一圈。求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能E。n為使粒子始終

7、保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，磁場必須周期性遞增。求粒子繞行第n圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間t(設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R)。n、美國物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器，應(yīng)用帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，能使粒子在較小的空間范圍內(nèi)經(jīng)過電場的多次加速獲得較大的能量，使人類在獲得高能量帶電粒子方面前進(jìn)了一步.如圖為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場場強(qiáng)大小恒定，且被限制在A、C板間，如圖所示帶電粒子從P0處以速度v0沿電場線方向射入加速電場，經(jīng)加速后再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)對于這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說法正確的是()帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩

8、次帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周P1P2=P2P3加速電場方向需要做周期性的變化D.加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)(1)D(2)A(4)A(5)ABC8)D&U=-mv2TOC o 1-5 h z電子經(jīng)加速電場加速后，速度為v,則由動(dòng)能定理得2電子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌跡如圖,R=-由幾何關(guān)系得，電子運(yùn)動(dòng)半徑sm護(hù)evB=m由牛頓第二定律，有應(yīng)Uj由以上各式解得加速電壓(6)、(1)使正離子每經(jīng)過窄縫都被加速，交變電壓的頻率應(yīng)等于離子做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力Bqv=m廣又T=卩解得T=抄所以f=2弼(2)當(dāng)離子從D盒邊緣離開時(shí)速度最大，此時(shí)離子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為D盒的半徑有護(hù)計(jì)qBR1v=朋離子獲得的最大動(dòng)能為E=2mlit2m(3)離子從S點(diǎn)經(jīng)電場加速1次后，以速度v1第1次進(jìn)入下半盒,由動(dòng)能定理Uq=2解得V=2邊_mm1qBqB2gUmvf離子從S點(diǎn)經(jīng)電場加速3次后，以速度v3第2次進(jìn)入下半盒3Uq=23x2Uqm3x2qfU解得v=離子經(jīng)電場加速(2n-l)3m(2n-Vx2U_1次后，第n次進(jìn)入磁場同理可得r=所以4厲二n(7)、(1)設(shè)經(jīng)n圈回到A板時(shí)被加速n次，由動(dòng)能定理得，nqU=En-0,得En=