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1、教学目标：掌握磁场中几种教学目标：掌握磁场中几种基本模型原理和解题方法基本模型原理和解题方法一、速度选择器一、速度选择器二、质谱仪二、质谱仪三、回旋加速器三、回旋加速器练习练习练习练习练习练习四、电磁流量计四、电磁流量计五、磁流体发电机五、磁流体发电机六、霍尔效应六、霍尔效应练习练习练习练习练习练习一、速度选择器一、速度选择器二、质谱仪二、质谱仪 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具, ,原理图如图所示原理图如图所示. .从从离子源发射出某种离子离子源发射出某种离子, ,离子从离子从S S1出来时速度很小出来时速度很小, ,可以看作是静止
2、的可以看作是静止的, ,后经后经S S1与与S S2间的间的加速电场加速后加速电场加速后, ,沿垂直于磁场边界的方向从沿垂直于磁场边界的方向从S S3进入有界匀强磁场进入有界匀强磁场, ,最后到最后到达照相底片上的达照相底片上的P P点点. .三、回旋加速器三、回旋加速器 回旋加速器是用来加速一群回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它粒子使它获得很大得很大动能的能的仪器，器，其核心部分是两个其核心部分是两个D形金属扁盒，两形金属扁盒，两盒分盒分别和一高和一高频交流交流电源两极相接，源两极相接，以便在盒以便在盒间的窄的窄缝中形成匀中形成匀强强电场，使粒子每次穿使粒子每次穿过狭狭缝都得到加速，都得到
3、加速，两盒放在匀两盒放在匀强强磁磁场中，磁中，磁场方向垂方向垂直于盒底面，离子源置于盒的直于盒底面，离子源置于盒的圆心心附近，若离子源射出的离子附近，若离子源射出的离子电量量为q，质量量为m，粒子最大回旋半径，粒子最大回旋半径为Rm粒子最终获得的最大速度：粒子最终获得的最大速度：四、电磁流量计四、电磁流量计 电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量流量Q（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为化，假设流量计是如图所示的横截面为S的一段
4、管道，管道处加的一段管道，管道处加磁感强度为磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液体稳定地流经流量计时，体稳定地流经流量计时， 测出上下两个侧面的电压为测出上下两个侧面的电压为U五、磁流体发电机五、磁流体发电机六、霍尔效应六、霍尔效应以下三种情况，电流以下三种情况，电流I都是向右，磁场都是向右，磁场B垂直纸面向外。垂直纸面向外。若是由正电荷定向若是由正电荷定向移动形成的电流，移动形成的电流，由左手定则，正电由左手定则，正电荷受力向下，下表荷受力向下，下表面电势高面电势高若是由负电荷定向移动形若是由负电荷定向移动形成的电流（例如金属导
5、体）成的电流（例如金属导体），由左手定则，负电荷受，由左手定则，负电荷受力也向下，则下表面电势力也向下，则下表面电势低低若是由正负电荷共同定向若是由正负电荷共同定向移动形成的电流（例如电移动形成的电流（例如电解液），由左手定则，正解液），由左手定则，正负电荷受力都向下，则上负电荷受力都向下，则上下表面不会产生电势差下表面不会产生电势差 霍尔效应是电磁效应的一种，是美国物理学家霍尔于霍尔效应是电磁效应的一种，是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机制时发年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产现的。当电流垂直于外磁场通过导体
6、时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应应使用左手定则判断。称为霍尔电势差。霍尔效应应使用左手定则判断。下一题下一题1.如图所示如图所示,平行正对的金属板间有竖直向下的匀强电场平行正对的金属板间有竖直向下的匀强电场,同时还有同时还有垂直纸面向里的匀强磁场垂直纸面向里的匀强磁场.一束质量为一束质量为m、电荷量为电荷量为q的正粒子从左的正粒子从左侧以平行于极板的速度侧以平行于极板的速度v射入射入,能沿直线穿越此区域
7、能沿直线穿越此区域.则则:A.质量为质量为m、电荷量为电荷量为q的负粒子的负粒子,从左侧以速度从左侧以速度v沿平行于极板的沿平行于极板的方向射入方向射入,也能沿直线穿越此区域也能沿直线穿越此区域.B.质量大于质量大于m、电荷量大于电荷量大于q的正粒子的正粒子,从左侧以速度从左侧以速度v沿平行于极沿平行于极板的方向射入板的方向射入,也能沿直线穿越此区域也能沿直线穿越此区域.C.质量为质量为m、电荷量为电荷量为q的正粒子的正粒子,从左侧以大于从左侧以大于v的速度沿平行于的速度沿平行于极板的方向射入极板的方向射入,也能沿直线穿越此区域也能沿直线穿越此区域.D.质量为质量为m、电荷量为电荷量为q的正粒
8、子的正粒子,从右侧以速度从右侧以速度v沿平行于极板的沿平行于极板的方向射入方向射入,也能沿直线穿越此区域也能沿直线穿越此区域.返回返回（AB）返回返回2.2.一束正离子垂直射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里一束正离子垂直射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里, ,结果发现有些离子保持原来的运动方向结果发现有些离子保持原来的运动方向, ,未发生任何偏转未发生任何偏转. .如果让这些不发生偏转的离子进入另一匀强磁场中如果让这些不发生偏转的离子进入另一匀强磁场中, ,发现这发现这些离子又分裂成几束些离子又分裂成几束, ,如图如图15-9-215-9-2所示所示. .对这些进入另一磁对这些进入另一磁场的离
9、子场的离子, ,可得出结论可得出结论: :A.A.它们的动能各不相同它们的动能各不相同. . B.B.它们的电荷量各不相同它们的电荷量各不相同. .C.C.它们的质量各不相同它们的质量各不相同. . D.D.它们的电量与质量之比各它们的电量与质量之比各不相同不相同 （D）1.1.用质谱仪研究一束离子用质谱仪研究一束离子( (其中可能含有各种不同离子其中可能含有各种不同离子) )的组成情况的组成情况( (参看图参看图15-8-2),15-8-2),实验中测得实验中测得P P点到入口处点到入口处S S3的距离为的距离为X,X,那么那么: :A.A.若若X X有唯一值有唯一值, ,则离子束中各种离子
10、的质量一定相同则离子束中各种离子的质量一定相同. .B.B.若若X X有唯一值有唯一值, ,则离子束中各种离子的比荷一定相同则离子束中各种离子的比荷一定相同. .C.C.若组成离子束的是某种元素的几种同位素若组成离子束的是某种元素的几种同位素, ,则质量越则质量越大的同位素对应的大的同位素对应的X X值越大值越大. .D.D.若组成离子束的是某种元素的几种同位素若组成离子束的是某种元素的几种同位素, ,则质量越则质量越大的同位素对应的大的同位素对应的X X值越小值越小. .下一题下一题 返回返回（BC）2.2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位
11、素的工具, ,原理图如图原理图如图15-8-215-8-2所示所示. .从离子源发射出某种离子从离子源发射出某种离子, ,离子从离子从S S1出来时速度很小出来时速度很小, ,可以看作是静止的可以看作是静止的, ,后经后经S S1与与S S2间的间的加加速电场加速后速电场加速后, ,沿垂直于磁场边界的方向从沿垂直于磁场边界的方向从S S3进入有界匀强进入有界匀强磁场磁场, ,最后到达照相底片上的最后到达照相底片上的P P点点. .某次实验中某次实验中, ,已知加速电压是已知加速电压是600600V,V,磁感应强度是磁感应强度是0.020.02T,T,测测得得P P点到点到S S3的距离是的距离
12、是0.40.4m.m.求离子的比荷求离子的比荷. .返回返回7.5*107C/kg1.1.用回旋加速器对质量是用回旋加速器对质量是m m、电荷量是电荷量是q q的粒子加速的粒子加速, ,已知已知D D形盒内匀强磁场的磁形盒内匀强磁场的磁感应强度为感应强度为B,B,加速电压是如图加速电压是如图15-8-115-8-1所所示的方波电压示的方波电压, ,则该电压的变化周期是则该电压的变化周期是T=T= . .下一题下一题 返回返回2m/qB2m/qB2.2.用同一回旋加速器用同一回旋加速器( (D D形盒半径确定形盒半径确定, ,D D形盒内形盒内匀强磁场的磁感应强度确定匀强磁场的磁感应强度确定)
13、)分别对质子和氘分别对质子和氘核加速核加速, ,这两种粒子这两种粒子运动的周期之比为运动的周期之比为_;_;加速电场的所加高频电压周期之比加速电场的所加高频电压周期之比_；从从D D形盒飞出时的速度之比为形盒飞出时的速度之比为_;_;获得的最大动能之比是获得的最大动能之比是 . .获得上述能量所需时间之比为获得上述能量所需时间之比为_.返回返回1:21:22:12:12:1电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在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，假设流量计是如图所示的
14、横截面体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的为图中的a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液体稳定地流经流量计时，电液体稳定地流经流量计时， 测出上下两个侧面的电测出上下两个侧
15、面的电压为压为U,求流量求流量Q 返回返回(U/c)q=qvB v=U/cB Q=(bc)vt t=1 =Ub/B目前世界上正在研究的新型发电机的原理如图所示，设想目前世界上正在研究的新型发电机的原理如图所示，设想在相距为在相距为d，且足够长的甲乙两金属板间加有垂直纸面向，且足够长的甲乙两金属板间加有垂直纸面向里，磁感应强度为里，磁感应强度为B的匀强磁场，两板通过电键和灯泡相的匀强磁场，两板通过电键和灯泡相连，将气体加热到使之高度电离的温度，气体电离后由于连，将气体加热到使之高度电离的温度，气体电离后由于正、负电荷一样多，且带电量均为正、负电荷一样多，且带电量均为e，因而称为等离子体，因而称为
16、等离子体，将其以速度将其以速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机与一般发电机聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机与一般发电机不同之处，它可以直接把内能转化为电能，试问：不同之处，它可以直接把内能转化为电能，试问： 1、图中哪个极板是发电机的正极？图中哪个极板是发电机的正极？2、发电机的电动势是多大？、发电机的电动势是多大？3、设喷入两极板间的离子流每立方、设喷入两极板间的离子流每立方米有米有n个负电荷，离子流的横截个负电荷，离子流的横截面为面为S，则发电机的功率多大？，则发电机的功率多大？返回返回P=IE=(n
17、vse)(Bdv)=nedSBv2如图所示，将一块长方体金属块放在匀强磁场中，如图所示，将一块长方体金属块放在匀强磁场中，前后两表面与磁场方向垂直，在金属块中通入如前后两表面与磁场方向垂直，在金属块中通入如图所示的电流，此时金属块的上下两个表面将产图所示的电流，此时金属块的上下两个表面将产生电势差，这种现象称为霍尔效应。生电势差，这种现象称为霍尔效应。已知磁场的磁感应强度为已知磁场的磁感应强度为B，电子电量，电子电量e，定向运，定向运动速度为动速度为v，上下两个侧面间的距离为，上下两个侧面间的距离为a，前后两，前后两个侧面间的距离为个侧面间的距离为b，求：，求：（1）上下两个表面哪个电势高）上下两个表面哪个电势高（2）上下两个表面间的电势差是多大？）上下两个表面间的电势差是多大？BI返回返回U=BavU=Bav本节小结：本节小结：1、熟练掌握使用左手定则判断洛仑兹力的方向。、熟练掌握使用左手定则判断洛仑兹力的方向。2、根据粒子受力特征，判断粒子的运动特征。、根据粒子受力特征，判断粒子的运动特征。3、运用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动、运用带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的公式的公式R=mv/qBR=mv/qB和和T=2m/qBT=2m/qB解决具体运动问题。解决具体运动问题。
