高考物理總復(fù)習(xí) 第八章 第4講 電磁場(chǎng)在實(shí)際中的應(yīng)用課件

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1、 溫故自查 1原理：如圖所示，由所受重力可忽略不計(jì)，運(yùn)動(dòng)方向相同而速率不同的帶電粒子組成的粒子束射入相互正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)所組成的場(chǎng)區(qū)中已知電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，方向向下，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于紙面向里，若粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生偏折(重力不計(jì))，必須滿足平衡條件： ，故v ，這樣就把滿足v 的粒子從速度選擇器中選擇出來了qBvqE 2特點(diǎn) (1)速度選擇器只選擇速度(大小、方向)，而不選擇粒子的質(zhì)量和電量如上圖若從右側(cè)入射則不能穿出場(chǎng)區(qū) (2)速度選擇器B、E、v三個(gè)物理量的大小、方向互相約束，以保證粒子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力 如圖中只改變磁場(chǎng)B的方向，粒子將向下偏轉(zhuǎn) (3)當(dāng)vvE/

2、B時(shí)，則qBvqE，粒子向上偏轉(zhuǎn)；當(dāng)vvE/B時(shí)，qBvqE，粒子向下偏轉(zhuǎn)等大、反向等大、反向 2速度選擇器對(duì)正、負(fù)電荷均適用，且其兩極間距離極小，粒子稍有偏轉(zhuǎn)，即會(huì)打到極板上 3速度選擇器中的E、B的方向具有確定的關(guān)系，僅改變其中一個(gè)的方向，就不能對(duì)速度做出選擇在復(fù)合場(chǎng)的方向符合要求的情況下，不論帶電粒子的性質(zhì)如何，只要帶電粒子沿著設(shè)定的方向進(jìn)入復(fù)合場(chǎng)，就可以對(duì)速度進(jìn)行選擇，因?yàn)槁鍌惼澚Φ姆较蚺c速度方向有關(guān) 溫故自查 1用途：質(zhì)譜儀是利用 和 控制電荷運(yùn)動(dòng)的精密儀器，它是一種測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具 2構(gòu)造：質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏等組成，如下圖所示：

3、帶電粒子注入器；加速電場(chǎng)(U)；速度選擇器(B1、E)；偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)；照相底片電場(chǎng)電場(chǎng)磁場(chǎng)磁場(chǎng) 溫故自查 1基本構(gòu)造(如圖所示) 回旋加速器的核心部分是放置在磁場(chǎng)中的兩個(gè)D形的金屬扁盒(如圖所示)，其基本組成為：粒子源；兩個(gè)D形金屬盒；勻強(qiáng)磁場(chǎng)；高頻電源；粒子引出裝置；真空容器 2工作原理 (1)電場(chǎng)加速qU Ek考點(diǎn)精析1帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運(yùn)動(dòng)，決定其最終能量的因素可見，粒子獲得的能量與回旋加速器的直徑有關(guān)，直徑越大，粒子獲得的能量就越大 溫故自查 如圖所示，高為h、寬為d的導(dǎo)體置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板的上表面A和下表面A之間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電

4、壓稱為霍爾電壓設(shè)霍爾導(dǎo)體中自由電荷(載流子)是自由電子，圖中電流方向向右，則電子受洛倫茲力 ，在上表面A積聚電子向上向上 則qBvqE，EBv 電勢(shì)差UEhBhv，又Inqsv S為導(dǎo)體的橫截面積S hd考點(diǎn)精析測(cè)定導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的濃度n，判斷導(dǎo)體內(nèi)是何種自由電荷只要測(cè)出B、I、U和d，可得霍爾系數(shù)K和n.測(cè)出霍爾電壓U的正、負(fù)，即可判斷自由電荷的類型命題規(guī)律根據(jù)質(zhì)譜儀的工作原理，確定粒子的質(zhì)量或比荷考例1如圖所示，質(zhì)譜儀主要是用來研究同位素(即原子序數(shù)相同，原子質(zhì)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(jìn)入粒子速度選擇器P1、P2之間P1、P

5、2之間有場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和與之正交的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，通過速度選擇器的粒子經(jīng)S3細(xì)孔射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)沿一半圓軌跡運(yùn)動(dòng)，射到照相底片M上，使底片感光，若該離子質(zhì)量為m，底片感光處距細(xì)孔S3的距離為x，試證明：mqB1B2x/2E.證明正離子通過速度選擇器后的速度，可由B1qvEq，求得vE/B1.正離子在磁場(chǎng)B2中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，rx/2mv/B2q，即mB2qx/2vB1B2qx/2E.總結(jié)評(píng)述由本題可知q/m1/x(x為回旋直徑)對(duì)質(zhì)譜儀來說，可以通過譜線的條數(shù)和強(qiáng)弱來確定同位素的種類和含量的多少，這是實(shí)際測(cè)量的基本原理 (2010浙江杭州一模)質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒

6、子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看做零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子射出磁場(chǎng)的位置到入口處S1的距離為x，下列判斷正確的是()A若離子束是同位素，則x越大，離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度越小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)量一定不相同D只要x相同，則離子的比荷一定相同答案D命題規(guī)律根據(jù)回旋加速器的工作原理，確定粒子的最大動(dòng)能或運(yùn)動(dòng)時(shí)間考例2如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子，使質(zhì)子由靜止加速到能量為E后，由A孔射出，求： (1)加速器中

7、勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的方向和大??； (2)設(shè)兩D形盒間距為d，其間電壓為U，電場(chǎng)視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，質(zhì)子每次經(jīng)電場(chǎng)加速后能量增加，加速到上述能量所需回旋周數(shù)； (3)加速到上述能量所需時(shí)間 (2010福建畢業(yè)班質(zhì)檢)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置其主體部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻交流電源兩極相連接，從而使粒子每次經(jīng)過兩盒間的狹縫時(shí)都得到加速，如圖所示現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時(shí)的動(dòng)能，下列方法可行的是()A增大金屬盒的半徑 B減小狹縫間的距離C增大高頻交流電壓 D減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度答案A命題規(guī)律根據(jù)磁流體發(fā)電機(jī)工作原理，確定電路中電流、電阻率等考例3醫(yī)生做某些

8、特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)的電勢(shì)差為160V，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.040T.則血流速度的近似值和電極a、b的正負(fù)為()A1.3m/s，a正、b負(fù)B2.7m/s，a正、b負(fù)C1.3m/s，a負(fù)、

9、b正 D2.7m/s，a負(fù)、b正答案A (2010江門模擬)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)，如圖表示它的原理：將一束等離子體噴射入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中有兩塊金屬板A、B，這時(shí)金屬板上就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓，以下說法正確的是 ()AB板帶正電BA板帶正電C其他條件不變，只增大射入速度，UAB增大D其他條件不變，只增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，UAB增大答案ACD命題規(guī)律根據(jù)電磁流量計(jì)的原理，確定流速、流量等考例4一種測(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_m/s.(取兩位有效數(shù)字)答案0.63 電磁流量計(jì)如圖所示，用非磁性材料制成的圓管道，外加一勻強(qiáng)磁場(chǎng)當(dāng)管中導(dǎo)電液體流過此區(qū)域時(shí)，測(cè)出管道直徑兩端的電勢(shì)差U，就可以得知管中液體的流量Q，即單位時(shí)間內(nèi)流過管道橫截面的液體的體積(m3/s)若管道直徑為D，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則Q_. 請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真完成課后強(qiáng)化作業(yè)