高三物理主题复习磁场之洛仑磁力
洛仑兹力与现代科技
1.速度选择器
(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相________.这种装置能把具有一定________的粒子选择出来,所以叫做速度选择器.
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE=qvB,即v=________.
1.质谱仪
(1)构造:如图,由粒子源、_______、_______和照相底片等构成. (2)原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得关系式qU=_________. 粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转,做匀速圆周运动,根据
牛顿第二定律得关系式qvB=____________.
由两式可得出需要研究的物理量,如粒子轨道半径、粒子质量、比荷.r=________,m=________,qm
=____________. 2.如图是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度
分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是( ) A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
2.回旋加速器
(1)构造:如图,D1、D2是半圆形金属盒,D形盒的缝隙处接______电源.D形盒处于匀强磁场中.
(2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期
________,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子
就会被一次一次地加速.设D形半径为R,由qvB=mv2
r
,
得Ekm=__________,可见粒子获得的最大动能由________和D形盒____决定,与加速电压______.若
加速电压为U,则加速次数为__________
5如图回旋加速器,两D形盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,通过两盒间的窄缝时反复被加速,直到达到最大圆周半径时通过
特殊装置被引出,如果用同一回旋加速器分别加速氚核(3
4
1H)和α粒子(2He),比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小,可知( ) A.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小
B.加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能也较大
C.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能也较小
D.加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能较大
2.磁流体发电机
(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把______直接转化为电能.
(2)根据左手定则,如图中的B是发电机________.
(3)磁流体发电机两极板间的距离为l,等离子体速度为v,磁场的磁感应强度为B,则由qE=qUl
=qvB得两极板间能达到的最大电势差U=________. 1.如图为磁流体发电机的原理图:将一束等离子体喷射入磁场,在场中有两块金属板A、B,这时金属板上就会聚集电荷,
产生电压.如果射入的等离子体速度均为v,两金属板的板长为L,板间距离为d,板平面的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,方向垂直于速度方向,负载电阻为R,等离子体充满两板间的空间.当发电机稳定发电时,电流表示数为I.那么板间电离气体的电阻率为 ( )
A.SBdvdIR) B.Sd(BLv
I-R) C.SLBdvIR) SBLvLI
R)
3.电磁流量计
工作原理:如图,圆形导管直径为d,用________________制成,导电液体在管中向左流动,导
电液体中的自由电荷(正、负离子),在洛伦兹力的作用下横向偏转,a、b间出现电势差,形成电场,当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时,a、b间的电势差就保持稳定,即:qvB=________=________,所以v=________,因此液体流量Q=Sv=_____.
2.医生做某些特殊手术时,利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度.电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成,磁极间的磁场
是均匀的.使用时,两电极a、b均与血管壁接触,两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直,如图2所示.由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动,电极a、b之间会有微小电势差.在达到平衡时,血管内部的电场可看做是匀强电场,血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零.在某次监测中,两触点间的距离为3.0 mm,血管壁的厚度可忽略,两触点间的电势差为160 μV,磁感应强度的大小为0.040 T.则血流速度的近似值和电极a、b的正负为 ( )
A.1.3 m/s,a正、b负 B.2.7 m/s,a正、b负 C.1.3 m/s,a负、b正 D.2.7 m/s,a负、b正 4.霍尔效应
在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体,当____________与电流方向垂直时,导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了__________,这种现象称为
霍尔效应,所产生的电势差称为霍尔电势差,其原理如图所示.
3.如图所示.有一混合正离子束先后通过正交电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ,如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转,进入区域Ⅱ后偏转半径又相同,则说明这些正离子具有相同的( )
A.速度 B.质量 C.电荷 D.比荷
3.要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能,下列方法可行的是( ) A.减小磁场的磁感应强度 B.减小狭缝间的距离 C.增大高频交流电压 D.增大金属盒的半径 4.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图.这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
A.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器 C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量
4. 如图所示是质谱仪工作原理的示意图,带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为0)后,进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动,最后分别打在感光板S上的x1、x2处.图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径,则 ( )
A.a的质量一定大于b的质量
B.a的电荷量一定大于b的电荷量
C.a运动的时间大于b运动的时间 D.a的比荷大于b的比荷 8.质谱仪原理如图,a为粒子加速器,电压为U1;b为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B1,板间距离为d;c为偏转分离器,磁感应强度为B2.今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动.求:
(1)粒子的速度v为多少?
(2)速度选择器的电压U2为多少?
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大?
6.如图,水平放置的两块平行金属板,充电后与电源断开.板间存在着方向竖直向下的匀强电场E和垂直于纸面向里、磁感强度为B的匀强磁场.一质量为m、电荷量为q的带电粒子
(不计重力及空气阻力),以水平速度v0从两极板的左端中间射入场区,恰好做匀速直线运动.则 ( ) A.粒子一定带正电 B.若仅将板间距离变为原来的2倍,粒子运动轨迹偏向下极板 C.若将磁感应强度和电场强度均变为原来的2倍,粒子仍将做匀速直线运动
D.若撤去电场,粒子在板间运动的最长时间可能是πm
qB
13、如图所示,带电粒子进入匀强磁场,垂直穿过均匀铝板,如果R1=20cm,R2=19cm,求带电粒子能穿过铝板多少次。(设铝板对粒子的阻力恒定,粒子的电量不变)
14、串列加速器是用来产生高能离子的装置,图中虚线框内为其主体的原理示意图,其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极接地(电势为零)。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入,当离子到达b处时,可被设在b处的特殊装置将其电子剥离,成为n价正离子,而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感强度为B的匀强磁场 中,在磁场中做半径为R的圆周运动,已知碳离子的质量m=2.0×10
-26
㎏,
U=7.5×105
V,B=0.50T,n=2,基元电荷e=1.6×10-19
C ,求R。
2.如图为一种质谱仪示意图,由加速电场U、静电分析器E和磁分析器B组成,若静电分析器通道的半径为R,均匀辐射方向电场强度为E,试计算(1)为使电量为q,质量为m的离子,从静止开始经加速后通过静电分析器E,加速电场的电压应是多大?(2)离子进入磁分析器后,打在核乳片上的位置A距入射点O多远?磁感应强度为B。
如图所示,以两虚线为边界,中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场,宽度为d,两侧为相同的匀强磁场,方向垂直纸面向里.一质量为m、带电量+q、重力不计的带电粒子,以初速度v1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动,后进入电场做匀加速运动,然后第二次进入磁场中运动,此后粒子在电场和磁场中交替运动.已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍,第三次是第一次的三倍,以此类推.求:
(1)粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功
W1;
(2)粒子第n次经过电场时电场强度的大小En; (3)粒子第n次经过电场时所用的时间tn.
3.回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术
领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展.
(1)回旋加速器的原理如图9,D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒,它们接在电压一
定、频率为f的交流电源上,位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略,重力不计),它们在两盒之间被电场加速,D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中.若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P,求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、f的关系式(忽略质子在电场中的运动时间,其最大速度远小于光速). (2)试推理说明:质子在回旋加速器中运动时,随轨道半径r的增大,同一盒中相邻轨道的半径之差Δr是增大、减小还是不变? 7.劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器,工作原理示意图如图所示.置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可忽略.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,高频交流电频率为f,加
速电压为U.若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响.则下列说法正确的是( )
A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf
B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比 C.质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1
D.不改变磁感应强度B和交流电频率f,该回旋加速器的最大动能不变
3.某种加速器的理想模型如图所示:两块相距很近的平行小极板中间各开有一小孔a、b,两极板间电压uab的变化图象如图所示,电压的最大值为U0、周期为T0,在两极板外有垂直纸面向里的匀强磁场.若将一质量为m0、电荷量为q的带正电的粒子从板内a孔处静止释放,经电场加速后进入磁场,在磁场中运行时间T0后恰能再次从a孔进入电场加速.现该粒子的质量增加了1100m0.(粒子在两极板间的运动时间不计,两极板
外无电场,不考虑粒子所受的重力)
(1)若在t=0时将该粒子从板内a孔处静止释放,求其第二次加速后从b孔射出时的动能;
(2)现要利用一根长为L的磁屏蔽管(磁屏蔽管置于磁场中时管内无磁场,忽略其对管外磁场的影响),使图6中实线轨迹(圆心为O)上运动的粒子从a孔正
下方相距L处孔水平射出,出磁屏蔽管置;
(3)若将uab的频率提原来的2倍,子应何时由a孔处静止开速,才能经多速后获得最能?最大动多少?
的c请画的位
电压高为该粒板内始加次加大动能是