《带电粒子在磁场中》由会员分享，可在线阅读，更多相关《带电粒子在磁场中（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、余姚中学高三物理复习资料磁场带电粒子在磁场中的圆周运动1、确定带电粒子在磁场中运动轨迹的方法动态圆法在磁场中向垂直于磁场的各个方向发射粒子时，粒子的运动轨迹是围绕发射点旋转的动态圆，用这一规律可确定粒子的运动轨迹。例1、(05山东)如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B,磁场方向垂直于纸面向里。许多质量为m带电量为+q的粒子，以相同的速率v沿位于 纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域。不计重力，不计粒子 间的相互影响。下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中R = mVBq。哪个图是正确的？例2如图所示，在真空中半径r二3 X 10 - 2口的圆形区域内，
2、有磁感应强度B=0. 2T,方向如图的匀强磁场,一束带正电的粒子以初速度v0 =X 106 m/s，从磁场边界上直径ab的a端沿各个方向射入磁场，且初速方q向都垂直于磁场方向，若该束粒子的比荷二1- X 108C/kg，不计粒子重力求：m(1) 粒子在磁场中运动的最长时间.(2) 若射入磁场的速度改为v二3 X 105 m/s，其他条件不变，试用斜线画出该束粒子在磁场中可能出现的区域,要求有简要的文字说明.(sin 37 = 0.6，cos 37 = 0.8)例 3（2004 广东、广西 ）如图 12-2-11 所示，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁感应强度的大小B = 0.6
3、0T。磁场内有一块平面感光平板ab,板面与磁场方向平行。在距ab的距离为l=16cm处，有一个点状的a放射源S，它向各个方向发射a粒子。a粒子的速度都是v=3.0X 106。已知a粒子的电荷与质量之比qXXXXXXXXXXXXXX二5.0x107c/kg。现只考虑在图纸平面中运动的a粒子，求ab上被a m粒子打中的区域的长度。图 12-2-112、磁场区域的确定例4、一带电质点，质量为m、电量为q,以平行于Ox轴的速度v从y轴上的a点射入图中第一象限所示的区域，为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于Ox轴的速度v射出，可在适当的地方加一个垂直于Oxy平面、磁感应强度为B的匀强磁场，若此磁场仅分布
4、在一个圆形区域内，试求这个圆形磁场区域的最小半径（重力忽略不计）。例5.匀磁场，磁场方向垂直于xy平面，在xy平面上，磁场分布在以0为中心的一个圆形区域内。一个质量为m、 电荷量为q的带电粒子，由原点0开始运动，初速为v,方向沿x正方向。后来，粒子经过y轴上的P点，此时 速度方向与y轴的夹角为30, P到0的距离为L,如图所示。不计重力的影响。求磁场的磁感强度B的大小和 xy 平面上磁场区域的半径 R。课堂训练16. （16分）电子质量为m、电量为e,从坐标原点O处沿xOy平面射入第一象限，射入时速度方向不同，速度大小均为v0如图所示现在某一区域加方向向外且垂直于xOy平面的匀强磁场，磁感应强
5、度为B,若这些电子穿 过磁场后都能垂直射到荧光屏MN上，荧光屏与y轴平行，求：1）荧光屏上光斑的长度；2）所加磁场范围的最小面积26.环状匀强磁场围成的中空区域，具有束缚带电粒子的作用，中空区域中的带电粒子，只要速度 不是很大，都不会穿出磁场的外边缘，设环状磁场的内半径为R=0.5m,外半径R=1.0m,磁12场的磁感应强度B=1.0T,若被束缚的带电粒子的比荷为q/m=4X107c/kg,中空区域中的带电 粒子具有各个方向的速度。试计算：（1）若粒子沿圆环的半径方向射入磁场，粒子不能穿过磁场的最大速度。2）若粒子的速度方向各个方向都有，所有不能穿过磁场的粒子中速度最大的粒子的速度22如图所示
6、，在x0的空间中，存在沿x轴方向的匀强电场，电场强度正E=10 N/C； 在x0的空间中，存在 垂直xoy平面方向的匀强磁场，磁感应强度B=0.5T. 一带负电的粒子（比荷q / m=160C / kg）,在x=0.06m处的d点以v=8m / s的初速度沿y轴正方向开X X许 e：始运动，不计带电粒子的重力，求：（1）带电粒子开始运动后第一次通过y轴时距O点的距离.K 计严=（2）带电粒子进入磁场后经多长时间返回电场.八 亠“（3）带电粒子运动的周期.洛仑兹力与现代科技1、电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积），为了简化，假设流量计
7、是如图5-6-4 所示的横截面为长方形的一段管 其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与 流体的管道相连接（图中虚线）图中流量计的上下两面是金属材道，输送料，前后两面是绝缘材料.现于流量计所在处加磁感应强度为 B 的匀强磁 磁场方向垂直于前后两面.当导电流体稳定地流经流量计时，在管外图 5-6-4场，将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值已知流体的电阻率为p 不计 电流计的内阻，则可求得流量为 I b I c I a I bcA. b (aR +P c) B. b (bR +P a)C b (cR b)D B(R 化)2回旋加速器当外
8、加磁场一定时，可把a粒子加速到v,它能把质子加速到的速度为A. v B. 2v C. 0.5v D. 4v3.图5-6-6所示为电视机显像管中电子束偏转的示意图磁环上的偏转线圈通以图示方向的电流时, 沿轴线向纸内射入的电子束的偏转方向A.向上 B.向下 C.向左 D.向右4.如图5-6-7所示，为显象管电子偏转示意图，电子质量为m,电量为e,进入磁感应强 度为B的匀强磁场中，该磁场被束缚在直径为l的圆形区域，电子初速度v0的方向过圆 形磁场的轴心0,轴心到光屏距离为L（即OP0 = L）。设某一时刻电子束打到光屏上的P点, 求PP0之间的距离。图 5-6-75.如图5-6-8所示为电视机显像管
9、及其偏转线圈（L）的示意图，如果发现电视画面的 幅度比正常时偏小，可能是下列哪些原因引起的A. 电子枪发射能力减弱，电子数减少B. 加速电场的电压过高，电子速率偏大C. 偏转线圈匝间短路，线圈匝数减少D. 偏转线圈的电流过小，偏转磁场减弱图 5-6-86.如图5-6-9所示为一个电磁流量计的示意图，截面为正方形的磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直 液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B。现测得液体a、b两点间的电势差为U,求管内导电液体单位时间的流量Q。图 5-6-107如图 5-6-10 所示的装置是一个高真空玻璃管， 管中封有若干个金属电池，电极C是阴极，电子由 此射
10、出，电极 A 是阳极，保持在一高的正电位上， 大多数电子都打到电极A,但是电极A中有一小孔, 可以使一部分电子通过，这些穿过小孔的电子又被 另一电极A 所限制，A上有另一小孔，所以只 有一细束的电子可以通过P与P 两极板间的区域, 电子通过这两极板区域后打到管的末端，使末端 S 处的荧光物质发光。水平放置的偏转板相距为 d，长度为L,它的右端与荧光右端的距离为D。（1）当偏转板上不加电场和磁场时，电子水平打到荧光屏的0点；（2） 当两偏转极板只加一匀强电场（场强为E）时，在荧光屏上S点出现一亮点，测出OS=H； （3）当偏转板中又加一垂 直纸面向里的匀强磁场（磁感应强度为B）时发现电子又打到荧
11、光屏的0点。若不考虑电子的重力，且荧光屏球面 的曲率半径很大，可以近似视为平面。试根据上述测量数据求出电子的荷质比 e/m。K等式中的比d8如图 5-6-11 所示，厚度为 h 宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应 强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下太强时，电热差U、电流I和磁感应强度B的关系U二侧面A/之间会产生电热差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不图 5-6-11例系数 K 称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体 板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛仓兹力方向相
12、反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两面之间就会形成稳定的电势差。设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为V,电量为e。回答下列问题：（1） 达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势下侧面A的电势（填高于、低于或等于）（2） 电子所受的洛仑兹力的大小为。（3） 当导体板上下两面之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为。（4） 由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为K二，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。图 5-6-12ne9在原子反应堆中抽动液态金属等导电液时，由于不允许传动机械部分与这些流体相接 触，常使用一种电磁泵图5-6-12表示这种电磁泵的结构将导
13、管置于磁场中，当电流 I穿过导电液体时，这种导电液体即被驱动.若导管的内截面积为axh,磁场区域的宽度 为L,磁感强度为B,液态金属穿过磁场区域的电流为I,请分析电磁泵工作的原理并求 驱动所产生的压强差是多大？10目前,世界上正在研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,它可以把气体的内能直接转化为电能,如图 5-6-13 所示, 表示出了它的发电原理:将一束等离子体（即高温下申离的气体,含有大量的带正电和带负电的微粒 ,而从整体上呈中 性），喷射入磁场，在场中有两块金属极板A、B,这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，如果射入磁场的离子体的速度为 v,金属平板的面积为S,极间距离为d,匀强磁场磁感强
14、度为B,方向与v垂直,可调节的电阻R接在两极之间，设电离气体 充满两极间的空间，其电阻率为P.求（1）通过电阻R的电流的大小和方向.（2）两板间的电压.（3）两极间的电场强度为最大的条件,以及最大电场强度值.（4）磁流体发电是一项新兴技术，有兴趣的同学可以找来有关的报纸、杂志看看。图 5-6-13图 5-6-1411如图5-6-14所示为利用电磁作用输送非导电液体装置的示意图一边长为、截面为正方形的塑料管道水平 放置，其右端面上有一截面积为山的小喷 口，喷口离地的高度为曲管道中有一绝缘 活塞，在活塞的中部和上部分别嵌有两根金 属棒说、“，其中棒心的两端与一电压表 相连，整个装置放在竖直向上的匀
15、强磁场 中.当棒中通有垂直纸面向里的恒定电流 时，活塞向右匀速推动液体从喷口水平射出，液体落地点离喷口的水平距离为占.若液体的密度为，不计所有阻力，求:1 ）活塞移动的速度；（2）该装置的功率；（3）磁感强度占的大小；4）若在实际使用中发现电压表的读数变小，试分析其可能的原因12如图5-6-15所示为贝恩布里奇（Bainbridge）设计的用来测量同素荷 质比的仪器。有一束速度相同的同位素离子速（有两种离子）以相同的速 度通过狭缝S、S2，向下运动到两极板P、P2之间，在这两极板之间有垂 直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，同时加一水平向右的匀强电场， 电场强度为E,调节E、B,使离子沿着直线通过狭缝S3，然后进入半圆 形的匀强磁场区域，此区域的磁感应强度为B，最后离子在此匀强磁场 中做匀速圆周运动，经过半个圆周打到照相底片上D
