高三物理一轮复习 带电粒子在复合场中运动的应用实例教学一体案VIP免费

带电粒子在复合场中运动的应用实例1．速度选择器(如图8－4－1所示)图8－4－1(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直。这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器。(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是Eq＝qvB，即v＝。(3)粒子是否能通过速度选择器，只与速度有关，与粒子的种类、带电正负无关。2．回旋加速器(1)构造：如图8－4－2所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接高频交流电源。D形盒处于匀强磁场中。图8－4－2(2)工作原理：①电场加速qU＝ΔEk。②磁场约束偏转qBv＝m，v＝∝r。③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相等，即T电场＝T回旋＝。3．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把机械能直接转化为电能。(2)根据左手定则，如图8－4－3中的B是发电机正极。图8－4－3(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝Bdv。4．电磁流量计如图8－4－4所示。图8－4－4(1)用途：电磁流量计是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器。(2)原理：设导管的直径为d，用非磁性材料制成，磁感应强度为B，a、b间电势差为U，则流量Q＝Sv＝πdU/4B。图8－4－55．质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素的仪器。(2)原理：如图8－4－5所示，离子源A产生质量为m、电荷量为q的正离子(所受重力不计)。离子出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片D上，测得它在D上的位置到入口处的距离为L，则qU＝mv2－0，qBv＝m，L＝2r。联立求解得m＝。因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m。又因m∝L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器。6．霍尔效应图8－4－6在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这个现象称为霍尔效应。所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图8－4－6所示。1．回旋加速器的最大动能根据qvB＝得Ekm＝，可见(1)粒子的最大动能与加速电压无关。加速电压影响粒子的加速次数n＝及运动时间。(2)最大动能由D形盒的最大半径R和磁感应强度B决定。2．磁流体发电机、电磁流量计的共同特点(1)根据左手定则，可以确定正、负粒子的偏转方向，从而确定正负极或电势高低。(2)电势差稳定时，都有q＝qvB。目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图8－4－7表示它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法正确的是()图8－4－7A．B板带正电B．A板带正电C．其他条件不变，只增大射入速度，UAB增大D．其他条件不变，只增大磁感应强度，UAB增大解析：选ACD由左手定则，带正电的离子向下偏转打到B板，使B板带正电，带负电的离子向上偏转打到A板，使A板带负电，故A正确，B错误；设A、B两板之间的距离为d，当达到稳定时，飞入的带电离子受力平衡，即qvB＝q，所以UAB＝vdB，当只增加射入速度v时，UAB增大，故C正确；当只增大磁感应强度B时，UAB增大，故D正确。质谱仪的原理及应用[命题分析]本考点是高考的热点，高考常结合电场加速及磁场偏转来考查综合分析能力，以选择题、计算题呈现。[例1](2013·天津高考)对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义。如图8－4－8所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动，离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I。不考虑离子重力及离子间的相互作用。图8－4－8(1)求加速电场的电压U；(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M；(3)实际上加速电压的大小会在U±ΔU范围内微小变化。若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使...