【要求】
1．了解回旋加速器、磁流體發(fā)電機、速度選擇器、電磁流量計、霍耳效應磁喲計、質譜儀等。
2．學會分析實際應用問題的解決方案。
知識點一帶電粒子速度選擇器
如圖是一種質譜儀的示意圖，其中MN板的左方是帶電粒子速度選擇器．選擇器內有正交的勻強電場E和勻強磁場B，一束有不同速率的正離子水平地由小孔S進入場區(qū)，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是速度為v＝_______的粒子，與它帶多少電和電性，質量為多少都無關。
【應用1】如圖所示不同元素的二價離子經加速后豎直向下射入由正交的勻強電場和勻強磁場組成的粒子速度選擇器，恰好都能沿直線穿過，然后垂直于磁感線進入速度選擇器下方另一個勻強磁場，偏轉半周后分別打在熒屏上的M、N兩點．下列說法中不正確的有（ ）
A．這兩種二價離子一定都是負離子
B．速度選擇器中的勻強磁場方向垂直于紙面向里
C．打在M、N兩點的離子的質量之比為OM：ON
D．打在M、N兩點的離子在下面的磁場中經歷的時間相等
導示: 由左手定則知，這兩種二價離子都是負離子，速度選擇器中的勻強磁場方向垂直于紙面向里AB對。二價離子垂直于磁感線進入下方勻強磁場后由于速度、電量、磁感應強度都相等，打在M、N兩點的離子的質量之比為OM：ON，C對。但打在M、N兩點的離子在下面的磁場中經歷的路程不等，所以經過的時間也不等，D錯。故選D。
知識點二回旋加速器
回旋加速器是利用電場對電荷的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉作用來獲得高能粒子的裝置，由于帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的周期T＝ 與速率和半徑無關，所以只要交變電場的變化周期等于粒子運動的周期，就可以使粒子每次通過電場時都能得到加速；粒子通過D形金屬扁盒時，由于金屬盒的靜電屏蔽作用，盒內空間的電場極弱．所以粒子只受洛倫茲力作用而做勻速圓周運動，設D盒的半徑為r，則粒子獲得的最大動能為： 。
【應用2】如圖所示為一回旋加速器的示意圖，已知 D形盒的半徑為R，中心O處放有質量為m、帶電量為q的正離子源，若磁感應強度大小為B，求：
（1）加在D形盒間的高頻電源的頻率。（2）離子加速后的最大能量；（3）離子在第n次通過窄縫前后的速度和半徑之比。
導示: （1）加在D形盒間的高頻電源的頻率與正離子做圓周運動的頻率相等 。
（2）離子加速后的最大能量由D形盒半徑決定，
，
（3）第n次通過窄縫后的速度
，同理，
所以
知識點三質譜儀
如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速度選擇器，選擇器內有正交的勻強磁場和勻強電場，一束有不同速率的正離子水平地由小孔進入場區(qū)．經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位置為照相底片記錄 。
【應用2】質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖所示．離子源S產生的帶電量為q的某種正離子，離子產生出來時速度很小，可以看做是靜止的．離子產生出來后經過電壓U加速后形成離子束流，然后垂直于磁場方向、進人磁感應強度為B的勻強磁場，沿著半圓周運動而達到記錄它的照相底片P上．實驗測得：它在P上的位置到入口處a的距離為l，離子束流的電流強度為I．求（1）t秒內射到照相底片P上的離子的數(shù)目。（2）單位時間穿過入口處S1離子束流的能量。（3）試證明這種離子的質量為m=qB2a2/8U
導示: （1）根據(jù)電流求電量： ，
根據(jù)電量求離子數(shù)目：
（2）單位時間內離子能量為：
（3）加速過程：
由牛頓第二定律得： ，
可求得：m=qB2a2/8U
知識點三磁流體發(fā)電機
如圖是磁流體發(fā)電機，其原理是：等離子氣體噴入磁場，正、負離子在洛侖茲力作用下發(fā)生上、下偏轉而聚集到A、B板上，產生電勢差．設A、B平行金屬板的面積為 S，相距 l，等離子氣體的電阻率為ρ，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感強度為B，板外電阻為R，當?shù)入x子氣體勻速通過AB板間時，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動勢．電動勢 E= 。 R中電流I= 。
【應用2】如圖所示為磁流體發(fā)電機示意圖．其中兩極板間距d＝20cm，磁場的磁感應強度B=5T，若接入額定功率 P＝100 W的燈泡，燈泡正好正常發(fā)光，燈泡正常發(fā)光時的電阻R＝400 Ω．不計發(fā)電機內阻，求：
（1）等離子體的流速多大？
（2）若等離子體均為一價離子，則每秒鐘有多少個什么性質的離子打在下極板．
導示: （1）設板間電壓為U，對最終射出的等離子： ，燈泡功率：
代入數(shù)據(jù)，求得v=200m/s。
（2）打在下極板上是正離子。
離子數(shù)目為： 。
知識點四電磁流量計
電磁流量計原理可解釋為：如圖所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體向左流動．導電液體中的自由電荷（正、負離子）在洛侖茲力作用下橫向偏轉，a、b間出現(xiàn)電勢差．當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．流量Q= 。
【應用2】一種測量血管中血流速度儀器的原理如圖所示，在動脈血管左右兩側加有勻強磁場，上下兩側安裝電極并連接電壓表，設血管直徑是2.0mm，磁場的磁感應強度為 0.080 T，電壓表測出的電壓為 0.10 mV，則血流速度大小為______m/s.（取兩位有效數(shù)字）
導示: 對血液中的離子，在磁場的作用下發(fā)生偏轉，使血管上下產生電勢差，平衡時，
所以，
知識點五霍耳效應、磁強計
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’之間會產生電勢差，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=kIB/d．式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．
【應用2】(08淮陰中學月考)如圖所示，一厚為d、寬為b、長為L的載流導體薄板放在磁感應強度為B的磁場中，電流強度為I，薄板中單位體積內自由電荷的數(shù)目為n，自由電荷的電量為 -e，如果磁場與薄板前后表面垂直，則板的上下兩表面AA' 間會出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象叫霍爾效應，AA′間的電勢差叫霍爾電勢差UH（或霍爾電壓），
（1）試判斷上下兩表面的電勢高低情況；
（2）試說明霍爾電勢差UH與題述中的哪些物理量有關，并推證出關系式。
導示:（1）A' 面電勢高。
（2）UH與I、B、n、e、d有關。
證明：載流子在磁場中定向運動，受洛倫茲力向上，形成從下向上的電場，穩(wěn)定時，Bev=eE ,E=Bv ；
由導體中電流的表達式 I=nevs ，
可得：I=nevbd ；
AA' 兩面電勢差：UH =Eb=Bvb ， 。
1．(08淮陰中學月考)一回旋加速器，可把α粒子加速到最大速率v，其加速電場的變化頻率為f，在保持磁感強度不變的條件下，若用這一回旋加速器對質子進行加速，則加速電場的變化頻率應為 ，質子能加速到的最大速率為 。
2．（07佛山質量檢測）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強電場（其頻率為f），使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強磁場中，如圖6所示，設勻強磁場的磁感應強度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強電場間的加速電壓為U。則下列說法中正確的是 ( )
A．增大勻強電場間的加速電壓，被加速粒子最終獲得的動能將增大；
B.增大磁場的磁感應強度，被加速粒子最終獲得的動能將增大；
C.被加速粒子最終速度大小不超2πfR；
D.增大勻強電場間的加速電壓，被加速粒子在加速器中運動的圈數(shù)將減少。
3．（07廣東卷）帶電粒子的荷質比q/m是一個重要的物理量。某中學物理興趣小組設計了一個實驗，探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響，以求得電子的荷質比，實驗裝置如圖所示。
①他們的主要實驗步驟如下：
A．首先在兩極板M1M2之間不加任何電場、磁場，開啟陰極射線管電源，發(fā)射的電子從兩極板中央通過，在熒幕的正中心處觀察到一個亮點；
B．在M1M2兩極板間加合適的電場：加極性如圖所示的電壓，并逐步調節(jié)增大，使熒幕上的亮點逐漸向熒幕下方偏移，直到熒幕上恰好看不見亮點為止，記下此時外加電壓為U。請問本步驟目的是什么？
C．保持步驟B中的電壓U不變，對M1M2區(qū)域加一個大小、方向合適的磁場B，使熒幕正中心重現(xiàn)亮點，試問外加磁場的方向如何？
②根據(jù)上述實驗步驟，同學們正確推算出電子的荷質比與外加電場、磁場及其他相關量的關系為 。一位同學說，這表明電子的荷質比將由外加電壓決定，外加電壓越大則電子的荷質比越大，你認為他的說法正確嗎？為什么？
參考答案
1．2f，2v
2．B C D
3．①B．使電子剛好落在正極板的近熒光屏端邊緣，利用已知量表達q/m.
C．垂直電場方向向外（垂直紙面向外）
②說法不正確，電子的荷質比是電子的固有參數(shù).
本文來自：逍遙右腦記憶 http://portlandfoamroofing.com/gaosan/75970.html
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