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1、第五课时 电磁场在实际中的应用考点剖析【教学要求】1了解回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、电磁流量计、霍耳效应磁哟计、质谱仪等2学会分析实际应用问题的解决方案。后由于速度、电量、磁感应强度都相等，打在 M、N 两点的离子的质量之比为 OM：ON， C 对。但打在 M、N 两点的离子在下面的磁场中经历的路程不等，所以经过的时间也不等，D错。故选D。知识点二回旋加速器导示:（1）加在D形盒间的高频电源的频率与正离子做圆周运动的频率相等 f 2 m/ qB知识点一带电粒子速度选择器如图是一种质 谱仪的示意图，其中 MN 板的左方是带 电粒子速度选择 器选择器内有正交的匀强电场 E 和匀强磁场 B
2、 ，一束有不同速率的正 离子水平地由小孔S进入场区，路径不发生偏转的 离子的条件是，即能通过速度选择器的带电粒子必是速度为v=的粒子，与它带多少电和电性，质量为多少都无关。【应用1】如图所示不同元素的二价离子经加速 后竖直向下射入由正交的匀强电场和匀强磁场组 成的粒子速度选择器，恰好 都能沿直线穿过，然后垂直 于磁感线进入速度选择器 下方另一个匀强磁场，偏转 半周后分别打在荧屏上的 M、 N 两点下列说法中不 正确的有（A回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和 磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的装 置，由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的 周期T =与速率和半径无关，所以只要交变电场
3、的变化周期等于粒子运动的周期，就可以使 粒子每次通过电场时都能得到加速；粒子通过 D 形 金属扁盒时，由于金属盒的静电屏蔽作用，盒内空 间的电场极弱所以粒子只受洛伦兹力作用而做匀 速圆周运动，设D盒的半径为r,则粒子获得的最大动能为：。【应用2】如图所示为一回旋 加速器的示意图，已知D形盒 的半径为 R ，中心 O 处放有质 量为m、带电量为q的正离子 源,若磁感应强度大小为B,求: （1）加在 D 形盒间的高频电源 的频率。（2）离子加速后的最大能量；（3）离子在 第 n 次通过窄缝前后的速度和半径之比。BCD速度选择器中的匀强磁场方向垂直于纸面向里打在M、N两点的离子的质量之比为OM： O
4、N 打在 M、 N 两点的离子在下面的磁场中经历的时间相等（2）离子加速后的最大能量由D形盒半径决定，R = mv / qB E = mv 2/2 = B 2 q 2 R 2 /2m，k导示:由左手定则知，这两种二价离子都是负离（3 ）第n次通过窄缝后的速度nqU = mv2/2子，速度选择器中的匀强磁场方向垂直于纸面向里r =叫=丄.沁，同理，r =丄如丄 n qB B qn-i b qAB 对。二价离子垂直于磁感线进入下方匀强磁场所以j _ .n二1T - nn知识点三质谱仪如图所示的是一 种质谱仪的示意图，其 中 MN 板的左方是带 电粒子速度选择器，选 择器内有正交的匀强磁场和匀强电场
5、，一束有不同速率的正离子水平地由小孔进入场区经过速度选 择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场 中做匀速圆周运动，不同比荷的离子 不同.P位置为照相底片记录。【应用2】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示.离 子源S产生的带电量为q的某种正离子，离子产生出来时速度很小，可以看做 是静止的.离子产生出来后 经过电压U加速后形成离子 束流，然后垂直于磁场方向、 进人磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而达到记录它的照相底片 P 上实验测得：它在P上的位置到入口处a的距离 为1,离子束流的电流强度为I求(l)t秒内射到 照相底片P上的离子的数目。(2)单位
6、时间穿过入 口处S离子束流的能量。(3)试证明这种离子的质 量为 m=qB2a2/8U机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子 在洛仑兹力作用下发生上、下偏转而聚集到 A、B 板上产生电势差设A、B平行金属板的面积为S , 相距I，等离子气体的电阻率为p，喷入气体速度 为v，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R, 当等离子气体匀速通过 AB 板间时， A、 B 板上聚 集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动 势电动势E=。 R中电流【应用2】如图所示为 磁流体发电机示意图.其 中两极板间距d = 20cm, 磁场的磁感应强度 B=5T，若接入额定功率P=100 W的灯泡，灯泡正好正常
7、发光，灯泡正常发光时的电阻R=400 Q.不计发电机内阻，求：(1)等离子体的流速多大？2)若等离子体均为一价离子，则每秒钟有多少导示:(1 )根据电流求电量：1 = Q /1 ,个什么性质的离子打在下极板.导示:(1)设板间电压为U,对最终射出的等离根据电量求离子数目：n = Q/q = Itq 子：q； = Bqv，灯泡功率：P = U 2/ R(2)单位时间内离子能量为：E = neU /1 = UI(3 )加速过程：qU = mv2/2由牛顿第二定律得：qvB = mv2/r，r = a/2 代入数据，求得 v=200m/s。(2)打在下极板上是正离子。uI = U = 0.5 A R
8、离子数目为：n = 3.125x 1018个。e 1.6 x 10 -19电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形知识点四电磁流量计可求得： m=qB2a2/8U知识点三磁流体发电机如图是磁流体发电导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动导电液体中的自由电荷（正、 负离子）在洛仑兹力作用下横向偏转，a、b间出现 电势差当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡 时，a、b间的电势差就保持稳定.流量Q= 【应用2】一种测量血管中血流速度仪器的原理这一现象叫霍尔效应，AA间的电势差叫霍尔电势 差 U （或霍尔电压），H（1）试判断上下两表面的电势高低情况；（2）试说明霍尔电势差 U 与
9、题述中的哪些物理量H有关，并推证出关系式。导示:（1 ） A面电势高。（2 ） UH 与 I、B、n、e、d 有关。证明：载流子在磁场中定向运动，受洛伦兹力向上，如图所示，在动脉血管左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接 电压表，设血管直径是 2.0mm,磁场的磁感应强 度为0.080 T,电压表测形成从下向上的电场，稳定时， Bev=eE ,E=Bv由导体中电流的表达式 I=nevs出 的 电 压 为 0.10 mV ,则血流速度大小为可得：l=nevbd v4nebdAA 两面电势差： UH =Eb=Bvb| m/s.（取两位有效数字）导示:对血液中的离子，在磁场的作用下发生偏转，使
10、血管上下产生电势差，平衡时，U B q = Bqv d所以，v = U / Bq = 0.63m / s知识点五霍耳效应、磁强计如图所示，厚度为 h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感强度为 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 和下侧面 A 之 间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表 明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关 系为U=klB/d 式中的比例系数k称为霍尔系数.【应用2】（08淮阴中学月考）如图所示，一厚为 d、宽为b、长为L的载流导体薄板放在磁感应强度 为B的磁场中，电流强度为I，薄板中单位体积内 自由电荷的数目为n，自由电荷的电量为-e，如
11、果 磁场与薄板前后表面垂直，则板的上下两表面 AA1. （08淮阴中学月考）一回旋加速器，可把a粒子 加速到最大速率v，其加速电场的变化频率为f，在 保持磁感强度不变的条件下，若用这一回旋加速器对质子进行加速， 则加速电场的变化频率应 为，质子能加速至H的最大速率2. （07 佛山教学质量检测）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极 相连接的两个 D 形金属盒， 两盒间的狭缝中形成的周期 性变化的匀强电场（其频率 为f），使粒子在通过狭缝时 都能得到加速，两D形金属 盒处于垂直于盒底面的匀 强磁场中，如图 6 所示，设 匀强磁场的磁感应强度为 B，D形金属盒的半径为R
12、，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U。则下列说法中正确的是 （）A. 增大匀强电场间的加速电压，被加速粒子最终 获得的动能将增大；B. 增大磁场的磁感应强度，被加速粒子最终获得的 动能将增大；C. 被加速粒子最终速度大小不超2 n fR;D. 增大匀强电场间的加速电压，被加速粒子在加速说法不正确，电子的荷质比是电子的固有参数.器中运动的圈数将减少。3（07 广东卷）带电粒子的荷质比 q/m 是一个重要 的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验， 探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电 子的荷质比，实验装置如图所示。他们的主要实验步骤如下：A. 首先在两极板MM2之间不加任何电场
13、、磁场, 开启阴极射线管电源，发射的电子从两极板中央通 过，在荧幕的正中心处观察到一个亮点；B. 在MM2两极板间加合适的电场：加极性如图所示的电压，并逐步调节增大，使荧幕上的亮点逐 渐向荧幕下方偏移，直到荧幕上恰好看不见亮点为 止，记下此时外加电压为U。请问本步骤目的是什 么？C. 保持步骤B中的电压U不变，对MM2区域加 一个大小、方向合适的磁场B,使荧幕正中心重现 亮点，试问外加磁场的方向如何？根据上述实验步骤，同学们正确推算出电子的荷 质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为q 亠。一位同学说，这表明电子的荷质比将由 m B2d 2外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越 大，你认为他的说法正确吗？为什么？参考答案1. 2f， 2v2. B C D3. B.使电子刚好落在正极板的近荧光屏端边缘, 利用已知量表达 q/m.C.垂直电场方向向外（垂直纸面向外）
