仁爱英语七年级上U1T1SA教案

二轮复习-高三物理导学案19-带电粒子在电磁场中的运动2-教师版第1页（共4页）“东师学辅”导学练·高三物理二轮复习（19）带电粒子在电磁场中的运动（2）1.速度选择器如右图是速度选择器的原理图，利用正交的匀强电场、匀强磁场，当粒子速度垂直于电磁场射入其中时，只有特定速度的粒子能不发生偏转，即当粒子所受洛伦兹力与电场力平衡时。Eq=Bvq，由此可以解得：v=E/B其他速度的粒子都发生了偏转，若在进口和出口处设置准直的小孔，使得做直线运动的粒子才能同时通过这两个孔，我们就能选择出速度满足上述要求的粒子，而与粒子的电性、电量、质量等无关。【注意】：速度选择器对粒子的速度方向也是敏感的。请思考，右图中，若同样速率的粒子从右向左运动，能否直线通过板间？2.磁流体发电机模型(电磁流量计，霍尔效应)在流体达到稳定后，这三类问题均可等效于导体棒切割磁感线的问题。核心公式是：E=BLv关键在于如何识别导体棒长度L。3.质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.(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＝12mv2.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＝mv2r．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＝1𝐵√2𝑚𝑈𝑞，m＝qr2B22U，qm＝2UB2r2．4.回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源．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相等，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．由qvB＝mv2R，可得粒子的最大动能Ekm=𝑞2𝐵2𝑅22𝑚，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度大小和D形盒半径决定，与加速电压无关.例题精析【典例1】如图所示，在两个水平放置的平行金属板之间，存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场。一束带电粒子（不计重力）沿着直线通过两板间而不发生偏转，则这些粒子一定具有相同的A．质量mB．初速度vC．电荷量qD．比荷【B】【注意速度选择器对粒子的速度方向也能选择，原因是洛伦兹力。】【向学生举例说明洛伦兹力的方向敏感性，带电粒子在磁场中的匀速圆周运动同样也对速度方向是敏感的。】【典例2】磁流体发电是一项新兴技术，如图是它的示意图。相距为d的两平行金属板P、Q之间有一个很强的磁场。一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）以速度v沿垂直于磁场的方向射入磁场，由于等离子体在磁场力的作用下运动方向发生偏转，P、Q板上就会聚集电荷，从而在两板间产生电压。若P、Q两板间的磁场、电场按匀强磁场、匀强电场处理，磁感应强度为B。（1）求这个发电机的电动势E；（2）发电机的输出端a、b间接有阻值为R的电阻，发电机的内电阻为r。a．在图示磁极配置的情况下，判断通过电阻R的电流方向；b．计算通过电阻R的电流大小I。（3）思考：磁流体发电机的电能是由什么能量转化而来？通过哪个力做功来实现的这种能量转化？mq2014-2015学年上学期二轮复习-高三物理导学案19-带电粒子在电磁场中的运动2-教师版第2页（共4页）【典例3】图1是电磁流量计的示意图，在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上的ab两点间的电动势，就可以知道管中液体的流量Q——单位时间内流过液体的体积（sm/3）。已知管的直径为D，磁感应强度为B，试推出Q与的关系表达式。图1解析：a，b两点的电势差是由于带电粒子受到洛伦兹力在管壁的上下两侧堆积电荷产生的。到一定程度后上下两侧堆积的电荷不再增多，a，b两点的电势差达到稳定值，此时，洛伦兹力和电场力平衡：qEqvB，DE，DBv，圆管的横截面积241DS故流量BDSvQ4。[来源:Z|xx|k.Com]课堂练习1.（08年北京）19．在如图所示的空间中，存在场强为E的匀强电场，同时存在沿x轴负方向，磁感应强度为B的匀强磁场。一质子(电荷量为e)在该空间恰沿y轴正方向以速度v匀速运动。据此可以判断出（）A．质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能减小，沿着z轴方向电势升高B．质子所受电场力大小等于eE，运动中电势能增大，沿着z轴方向电势降低C．质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变，沿着z轴方向电势升高D．质子所受电场力大小等于evB，运动中电势能不变，沿着z轴方向电势降低【答案：C】2.右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下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是（）A．质谱仪主要用来区分粒子的质量B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于B/ED．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越大【D】3.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，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．离子从磁场中获得能量B．离子从电场中获得能量C．D形盒中间的间隙电极接高压直流电源D．离子由加速器的中心附近进入加速器【B】4.在原子反应堆中抽动金属或在医疗器件中抽动血液等导电液时,由于不允许传动的机械部分与这些液体相接触，常使用一种电磁泵,图中表示这种电磁泵的结构,将导管放在磁场中,当电流穿过导电液体时,这种液体即被驱动.问:(1)这种电磁泵的原理是什么?(2)导电管的截面积为a×b,磁场的宽度为L,磁感应强度为B，液体穿过磁场区域的电流强度为I，求驱动力造成的压强差为多少?++BB0EPSA1A2加速电场速度选择器二轮复习-高三物理导学案19-带电粒子在电磁场中的运动2-教师版第3页（共4页）巩固练习1.（09年北京）19．如图所示的虚线区域内，充满垂直于纸面向里的匀强磁场和竖直向下的匀强电场。一带电粒子a（不计重力）以一定的初速度由左边界的O点射入磁场、电场区域，恰好沿直线由区域右边界的O´点（图中未标出）穿出。若撤去该区域内的磁场而保留电场不变，另一个同样的粒子b（不计重力）仍以相同的初速度由O点射入，从区域右边界穿出，则粒子b（）A．穿出位置一定在O´点下方B．穿出位置一定在O´点上方C．运动时，在电场中的电势能一定减小D．在电场中运动时，动能一定减小【答案：C】2.（09年北京，23）（18分）单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流量（以下简称流量）。有一种利用电磁原理测量非磁性导电液体（如自来水、啤酒等）流量的装置，称为电磁流量计。它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成。传感器的结构如图所示，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有一对电极a和c，a、c间的距离等于测量管内径D，测量管的轴线与a、c的连线方向以及通电线圈产生的磁场方向三者相互垂直。当导电液体流过测量管时，在电极a、c间出现感应电动势E，并通过与电极连接的仪表显示出液体的流量Q。设磁场均匀恒定，磁感应强度为B。⑴已知D=0.40m，B=2.5×10-3T，Q=0.12m3/s。试求E的大小（π取3.0）；⑵一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值，但实际显示却为负值。经检查，原因是误将测量管解反了，即液体由测量管出水口流入，从入水口流出。因水已加压充满管道，不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量指示变为正值的简便方法；⑶显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为R。a、c间导电液体的电阻r随液体电阻率的变化而变化，从而会影响显示仪表的示数。试以E、R、r为参量，给出电极a、c间输出电压U的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响。【答案】⑴E=1.0×10-3V⑵能使仪表显示的流量变为正值的方法，简便、合理即可。如：改变通电线圈中电流的方向，使磁场反向；或将传感器输出端对调接入显示仪表。⑶RrEIRU/1，增大R使Rr，则U≈E，可以降低液体电阻率变化对流量示数的影响。3.洋流又叫海流，指大洋表层海水常年大规模的沿一定方向较为稳定的流动。因为海水中含有大量的正、负离子，这些离子随海流做定向运动，如果有足够强的磁场能使海流中的正、负离子发生偏转，便可用来发电。图为利用海流发电的磁流体发电机原理示意图，其中的发电管道是长为L、宽为d、高为h的矩形水平管道。发电管道的上、下两面是绝缘板，南、北两侧面M、N是电阻可忽略的导体板。两导体板与开关S和定值电阻R相连。整个管道置于方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。为了简化问题，可以认为：开关闭合前后，海水在发电管道内以恒定速率v朝正东方向流动，发电管道相当于电源，M、N两端相当于电源的正、负极，发电管道内海水的电阻为r（可视为电源内阻）。管道内海水所受的摩擦阻力保持不变，大小为f。不计地磁场的影响。（1）判断M、N两端哪端是电源的正极，并求出此发电装置产生的电动势；（2）要保证发电管道中的海水以恒定的速度流动，发电管道进、出口两端要保持一定的压力差。请推导当开关闭合后，发电管两端压力差F与发电管道中海水的流速v之间的关系；（3）发电管道进、出口两端压力差F的功率可视为该发电机的输入功率，定值电阻R消耗的电功率与输入功率的比值可定义为该发电机的效率。求开关闭合后，该发电机的效率η；在发电管道形状确定、海水的电阻r、外电阻R和管道内海水所受的摩擦阻力f保持不变的情况下，要提高该发电机的效率，简述可采取的措施。【解析】（1）由右手定则可知M端电势高，M端为电源的正极。（2分）开关S断开，MN两端的电压U等于电源的电动势E，即U=E由于导电离子做匀速运动，所以有qvBdUq（2分）BEOacBDv液体入口测量管通电线圈测量管轴线接电源液体出口通电线圈显示仪器xLhBzyv0北东dRS二轮复习-高三物理导学案19-带电粒子在电磁场中的运动2-教师版第4页（共4页）解得：E=U=Bdv（1分）（2）以发电管道内的海水为研究对象，其受力平衡，则有F=BId+f（2分）根据欧姆定律有I=rRBdvrRE（2分）解得：rRvdBfF22（1分）（3）由题意可知输入功率rRvdBfvFvP222入（2分）输出功率RrRBdvRIP22)(出（2分）解得：vBrRfrRdRdrRfvrRvdBRvdB22222222222)()()()(（2分）可见，增大发电管道内海水的流速v和增强磁感应强度B可以提高发电机效率。（2分）4.【一本做】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。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个正对的中空半圆金属盒，它们的半径均为R，且分别接在电压一定的交流电源两端，可在两金属盒之间的狭缝处形成变化的加速电场，两金属盒处于与盒面垂直、磁感应强度为B的匀强磁场中。A点处的粒子源能不断产生带电粒子，它们在两盒之间被电场加速后在金属盒内的磁场中做匀速圆周运动。调节交流电源的频率，使得每当带电粒子运动到两金属盒之间的狭缝边缘时恰好改变加速电场的方向，从而保证带电粒子能在两金属盒之间狭缝处总被加速，且最终都能沿位于D2盒边缘的C口射出。该回旋加速器可将原来静止的α粒子（氦的原子核）加速到最大速率v，使它获得的最大动能为Ek。若带电粒子在A点的初速度、所受重力、通过狭缝的时间及C口的口径大小均可忽略不计，且不考虑相对论效应，则用该回旋加速器()A．能使原来静止的质子获得的最大速率为vB．能使原来静止的质子获得的动能为EkC．加速质子的交流电场频率与加速α粒子的交流电场频率之比为1：1D．加速质子的总次数与加速α粒子总次数之比为2：1【D】5.（2014朝阳一模，第23题，18分）在研究某些物理问题时，有很多物理量难以直接测量，我