磁場(chǎng)中幾種基本模型的分析

1、編輯課件教學(xué)目標(biāo)：掌握磁場(chǎng)中幾種教學(xué)目標(biāo)：掌握磁場(chǎng)中幾種基本模型原理和解題方法基本模型原理和解題方法一、速度選擇器一、速度選擇器二、質(zhì)譜儀二、質(zhì)譜儀三、回旋加速器三、回旋加速器四、電磁流量計(jì)四、電磁流量計(jì)五、磁流體發(fā)電機(jī)五、磁流體發(fā)電機(jī)六、霍爾效應(yīng)六、霍爾效應(yīng)編輯課件一、速度選擇器一、速度選擇器的粒子則沿直線飛出磁感應(yīng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度如何只要滿足不管粒子的電量，電性BEvqEqBv編輯課件二、質(zhì)譜儀二、質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的工具質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的工具, ,原理圖如圖所示原理圖如圖所示. .從從離子源發(fā)射出某種離子離子源發(fā)射出某種離子, ,離子從離

2、子從S S1出來時(shí)速度很小出來時(shí)速度很小, ,可以看作是靜止的可以看作是靜止的, ,后經(jīng)后經(jīng)S S1與與S S2間的間的加速電場(chǎng)加速后加速電場(chǎng)加速后, ,沿垂直于磁場(chǎng)邊界的方向從沿垂直于磁場(chǎng)邊界的方向從S S3進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng), ,最后最后到達(dá)照相底片上的到達(dá)照相底片上的P P點(diǎn)點(diǎn). .mqmqPSrPSqmuBrrvmqBvmvqU則可知若已知就可知道粒子的比荷通過測(cè)量解得偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中加速電場(chǎng)中,2210213322兩式聯(lián)立求解偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中則有：有時(shí)與速度選擇器組合rvmqBvqEqBv2編輯課件三、回旋加速器三、回旋加速器 回旋加速器是用來加速一群帶回旋加速器是用來加速一群帶電

3、粒子使它獲得很大動(dòng)能的儀器，電粒子使它獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，離子源置于盒的圓心直于盒底面，離子源置于盒的圓心附近，若離子源射出的離子電量為附近，若離子源射出的離子電量為q，質(zhì)量為質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為，粒子最大回旋半徑為Rm粒子最終獲得的最大速度：粒子最終獲得的最大速度：編

4、輯課件四、電磁流量計(jì)四、電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量流量Q（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡(jiǎn)（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為S的一段管道，管道處加的一段管道，管道處加磁感強(qiáng)度為磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)， 測(cè)出上下兩個(gè)側(cè)面的電壓為測(cè)出上下兩個(gè)側(cè)面的電壓為U求出流量再根據(jù)流量則可知是上下表面

5、之間的距離時(shí)受力平衡電場(chǎng)的電勢(shì)差為聚集，當(dāng)上下表面之間表面或下受洛侖茲力后向上隨液體流動(dòng)的帶電粒子截面積截面積體積vStvtStVQdBUvddUqqBvU)(編輯課件五、磁流體發(fā)電機(jī)五、磁流體發(fā)電機(jī)勢(shì)的大小為此電源的電動(dòng)：最總帶電粒子受力平衡板為電源的正極。板。向負(fù)電荷受的洛侖茲力指板，荷受洛侖茲力指向左手定則能夠判斷正電區(qū)域，由圖利用正負(fù)離子高速飛入磁場(chǎng)UdUqqBvBAB編輯課件六、霍爾效應(yīng)六、霍爾效應(yīng)以下三種情況，電流以下三種情況，電流I都是向右，磁場(chǎng)都是向右，磁場(chǎng)B垂直紙面向外。垂直紙面向外。若是由正電荷定若是由正電荷定向移動(dòng)形成的電向移動(dòng)形成的電流，由左手定則，流，由左手定則，正電

6、荷受力向下，正電荷受力向下，下表面電勢(shì)高下表面電勢(shì)高若是由負(fù)電荷定向移動(dòng)形若是由負(fù)電荷定向移動(dòng)形成的電流（例如金屬導(dǎo)成的電流（例如金屬導(dǎo)體），由左手定則，負(fù)電體），由左手定則，負(fù)電荷受力也向下，則下表面荷受力也向下，則下表面電勢(shì)低電勢(shì)低若是由正負(fù)電荷共同定向若是由正負(fù)電荷共同定向移動(dòng)形成的電流（例如電移動(dòng)形成的電流（例如電解液），由左手定則，正解液），由左手定則，正負(fù)電荷受力都向下，則上負(fù)電荷受力都向下，則上下表面不會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差下表面不會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差dUeeBvU滿足：平衡后上下表面電勢(shì)差 霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，是美國(guó)物理學(xué)家霍爾于霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，是美國(guó)物理學(xué)家霍爾于1879年在研

7、究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也產(chǎn)生一附加電場(chǎng)，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。被稱為霍爾電勢(shì)差?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。編輯課件1.如圖所示如圖所示,平行正對(duì)的金屬板間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng)平行正對(duì)的金屬板間有豎直向下的勻強(qiáng)電場(chǎng),同時(shí)還有同時(shí)還有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面

8、向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).一束質(zhì)量為一束質(zhì)量為m、電荷量為電荷量為q的正粒子從左的正粒子從左側(cè)以平行于極板的速度側(cè)以平行于極板的速度v射入射入,能沿直線穿越此區(qū)域能沿直線穿越此區(qū)域.則則:A.質(zhì)量為質(zhì)量為m、電荷量為電荷量為q的負(fù)粒子的負(fù)粒子,從左側(cè)以速度從左側(cè)以速度v沿平行于極板的方沿平行于極板的方向射入向射入,也能沿直線穿越此區(qū)域也能沿直線穿越此區(qū)域.B.質(zhì)量大于質(zhì)量大于m、電荷量大于電荷量大于q的正粒子的正粒子,從左側(cè)以速度從左側(cè)以速度v沿平行于極板沿平行于極板的方向射入的方向射入,也能沿直線穿越此區(qū)域也能沿直線穿越此區(qū)域.C.質(zhì)量為質(zhì)量為m、電荷量為電荷量為q的正粒子的正粒子,從左側(cè)以大于從左側(cè)

9、以大于v的速度沿平行于極的速度沿平行于極板的方向射入板的方向射入,也能沿直線穿越此區(qū)域也能沿直線穿越此區(qū)域.D.質(zhì)量為質(zhì)量為m、電荷量為電荷量為q的正粒子的正粒子,從右側(cè)以速度從右側(cè)以速度v沿平行于極板的方沿平行于極板的方向射入向射入,也能沿直線穿越此區(qū)域也能沿直線穿越此區(qū)域.（AB）編輯課件2.2.一束正離子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)正交的區(qū)域里一束正離子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)正交的區(qū)域里, ,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動(dòng)方向結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動(dòng)方向, ,未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn). .如果讓這些不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中如果讓這些不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

10、, ,發(fā)現(xiàn)這發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束些離子又分裂成幾束, ,如圖如圖15-9-215-9-2所示所示. .對(duì)這些進(jìn)入另一磁對(duì)這些進(jìn)入另一磁場(chǎng)的離子場(chǎng)的離子, ,可得出結(jié)論可得出結(jié)論: :A.A.它們的動(dòng)能各不相同它們的動(dòng)能各不相同. . B.B.它們的電荷量各不相同它們的電荷量各不相同. .C.C.它們的質(zhì)量各不相同它們的質(zhì)量各不相同. . D.D.它們的電量與質(zhì)量之比各它們的電量與質(zhì)量之比各不相同不相同 （D）編輯課件1.1.用質(zhì)譜儀研究一束離子用質(zhì)譜儀研究一束離子( (其中可能含有各種不同離子其中可能含有各種不同離子) )的組成情況的組成情況( (參看圖參看圖15-8-2),15-8-2)

11、,實(shí)驗(yàn)中測(cè)得實(shí)驗(yàn)中測(cè)得P P點(diǎn)到入口處點(diǎn)到入口處S S3的距離為的距離為X,X,那么那么: :A.A.若若X X有唯一值有唯一值, ,則離子束中各種離子的質(zhì)量一定相同則離子束中各種離子的質(zhì)量一定相同. .B.B.若若X X有唯一值有唯一值, ,則離子束中各種離子的比荷一定相同則離子束中各種離子的比荷一定相同. .C.C.若組成離子束的是某種元素的幾種同位素若組成離子束的是某種元素的幾種同位素, ,則質(zhì)量越則質(zhì)量越大的同位素對(duì)應(yīng)的大的同位素對(duì)應(yīng)的X X值越大值越大. .D.D.若組成離子束的是某種元素的幾種同位素若組成離子束的是某種元素的幾種同位素, ,則質(zhì)量越則質(zhì)量越大的同位素對(duì)應(yīng)的大的同位素

12、對(duì)應(yīng)的X X值越小值越小. .（BC）編輯課件2.2.質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的工具質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的工具, ,原理圖如圖原理圖如圖15-8-215-8-2所示所示. .從離子源發(fā)射出某種離子從離子源發(fā)射出某種離子, ,離子從離子從S S1出來時(shí)速度很小出來時(shí)速度很小, ,可以看作是靜止的可以看作是靜止的, ,后經(jīng)后經(jīng)S S1與與S S2間的間的加加速電場(chǎng)加速后速電場(chǎng)加速后, ,沿垂直于磁場(chǎng)邊界的方向從沿垂直于磁場(chǎng)邊界的方向從S S3進(jìn)入有界勻進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng), ,最后到達(dá)照相底片上的最后到達(dá)照相底片上的P P點(diǎn)點(diǎn). .某次實(shí)驗(yàn)中某次實(shí)驗(yàn)中, ,已

13、知加速電壓是已知加速電壓是600600V,V,磁感應(yīng)強(qiáng)度是磁感應(yīng)強(qiáng)度是0.020.02T,T,測(cè)測(cè)得得P P點(diǎn)到點(diǎn)到S S3的距離是的距離是0.40.4m.m.求離子的比荷求離子的比荷. .7.5*107C/kg編輯課件1.1.用回旋加速器對(duì)質(zhì)量是用回旋加速器對(duì)質(zhì)量是m m、電荷量是電荷量是q q的粒子加速的粒子加速, ,已知已知D D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為感應(yīng)強(qiáng)度為B,B,加速電壓是如圖加速電壓是如圖15-8-115-8-1所所示的方波電壓示的方波電壓, ,則該電壓的變化周期是則該電壓的變化周期是T=T= . .2m/qB2m/qB編輯課件2.2.用同一回旋加速器用同

14、一回旋加速器( (D D形盒半徑確定形盒半徑確定, ,D D形盒內(nèi)形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度確定勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度確定) )分別對(duì)質(zhì)子和氘分別對(duì)質(zhì)子和氘核加速核加速, ,這兩種粒子這兩種粒子運(yùn)動(dòng)的周期之比為運(yùn)動(dòng)的周期之比為_;_;加速電場(chǎng)的所加高頻電壓周期之比加速電場(chǎng)的所加高頻電壓周期之比_；從從D D形盒飛出時(shí)的速度之比為形盒飛出時(shí)的速度之比為_;_;獲得的最大動(dòng)能之比是獲得的最大動(dòng)能之比是 . .獲得上述能量所需時(shí)間之比為獲得上述能量所需時(shí)間之比為_.1:21:22:12:12:1編輯課件電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在電磁流量計(jì)廣泛應(yīng)用于測(cè)量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流

15、量（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的管中的流量（在單位時(shí)間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面體積）。為了簡(jiǎn)化，假設(shè)流量計(jì)是如圖所示的橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道，其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為長(zhǎng)方形的一段管道，其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的為圖中的a、b、c，流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相，流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材連接（圖中虛線）。圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感強(qiáng)度為強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)?shù)膭驈?qiáng)

16、磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)，導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計(jì)時(shí)， 測(cè)出上下兩個(gè)側(cè)面的測(cè)出上下兩個(gè)側(cè)面的電壓為電壓為U,求流量求流量Q (U/c)q=qvB v=U/cB Q=(bc)vt t=1 =Ub/B編輯課件目前世界上正在研究的新型發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，設(shè)想目前世界上正在研究的新型發(fā)電機(jī)的原理如圖所示，設(shè)想在相距為在相距為d，且足夠長(zhǎng)的甲乙兩金屬板間加有垂直紙面向，且足夠長(zhǎng)的甲乙兩金屬板間加有垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為里，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩板通過電鍵和燈泡相的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩板通過電鍵和燈泡相連，將氣體加熱到使之高度電離的溫度，氣體電離后由于連，將氣體加熱到

17、使之高度電離的溫度，氣體電離后由于正、負(fù)電荷一樣多，且?guī)щ娏烤鶠檎?、?fù)電荷一樣多，且?guī)щ娏烤鶠閑，因而稱為等離子體，因而稱為等離子體，將其以速度將其以速度v噴入甲、乙兩板之間，這時(shí)甲、乙兩板就會(huì)噴入甲、乙兩板之間，這時(shí)甲、乙兩板就會(huì)聚集電荷，產(chǎn)生電壓，這就是磁流體發(fā)電機(jī)與一般發(fā)電機(jī)聚集電荷，產(chǎn)生電壓，這就是磁流體發(fā)電機(jī)與一般發(fā)電機(jī)不同之處，它可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能，試問：不同之處，它可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能，試問： 1、圖中哪個(gè)極板是發(fā)電機(jī)的正極？圖中哪個(gè)極板是發(fā)電機(jī)的正極？2、發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)是多大？、發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)是多大？3、設(shè)噴入兩極板間的離子流每立方、設(shè)噴入兩極板間的離子流每立方米有米

18、有n個(gè)負(fù)電荷，離子流的橫截個(gè)負(fù)電荷，離子流的橫截面為面為S，則發(fā)電機(jī)的功率多大？，則發(fā)電機(jī)的功率多大？P=IE=(nvse)(Bdv)=nedSBv2編輯課件如圖所示，將一塊長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，將一塊長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，前后兩表面與磁場(chǎng)方向垂直，在金屬塊中通入如前后兩表面與磁場(chǎng)方向垂直，在金屬塊中通入如圖所示的電流，此時(shí)金屬塊的上下兩個(gè)表面將產(chǎn)圖所示的電流，此時(shí)金屬塊的上下兩個(gè)表面將產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，電子電量，電子電量e，定向運(yùn)，定向運(yùn)動(dòng)速度為動(dòng)速度為v，上下兩個(gè)側(cè)面間的距離為，上下兩個(gè)側(cè)面間的距離為a，前后兩，前后兩個(gè)側(cè)面