磁場中幾種基本模型的分析

1、整理ppt教學(xué)目標(biāo)：掌握磁場中幾種教學(xué)目標(biāo)：掌握磁場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、電磁流量計四、電磁流量計五、磁流體發(fā)電機五、磁流體發(fā)電機六、霍爾效應(yīng)六、霍爾效應(yīng)整理ppt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)強度電場強度如何只要滿足不管粒子的電量，電性BEvqEqBv整理ppt二、質(zhì)譜儀二、質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(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

2、子從離子從S S1出來時速度很小出來時速度很小, ,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間的間的加速電場加速后加速電場加速后, ,沿垂直于磁場邊界的方向從沿垂直于磁場邊界的方向從S S3進入有界勻強磁場進入有界勻強磁場, ,最后到最后到達照相底片上的達照相底片上的P P點點. .mqmqPSrPSqmuBrrvmqBvmvqU則可知若已知就可知道粒子的比荷通過測量解得偏轉(zhuǎn)磁場中加速電場中,2210213322兩式聯(lián)立求解偏轉(zhuǎn)磁場中則有：有時與速度選擇器組合rvmqBvqEqBv2整理ppt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

3、一群帶電粒子使它獲得很大動能的儀器，電粒子使它獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個其核心部分是兩個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電場，以便在盒間的窄縫中形成勻強電場，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，兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，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

4、速度：整理ppt四、電磁流量計四、電磁流量計 電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量流量Q（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖所示的橫截面為化，假設(shè)流量計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，管道處加磁感強度為磁感強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時， 測出上下兩個側(cè)面的電壓為測出上下兩個側(cè)面的電壓為U求出流量再根據(jù)流量則可知

5、是上下表面之間的距離時受力平衡電場的電勢差為聚集，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的帶電粒子截面積截面積體積vStvtStVQdBUvddUqqBvU)(整理ppt五、磁流體發(fā)電機五、磁流體發(fā)電機勢的大小為此電源的電動：最總帶電粒子受力平衡板為電源的正極。板。向負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，由圖利用正負離子高速飛入磁場UdUqqBvBAB整理ppt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，磁場都是向右，磁場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形成的電向移動形成的電流，由左手定則，流，由

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

7、1879年在研究金屬的導(dǎo)電機制時年在研究金屬的導(dǎo)電機制時發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個電勢差也產(chǎn)生一附加電場，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。被稱為霍爾電勢差。霍爾效應(yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。整理ppt1.如圖所示如圖所示,平行正對的金屬板間有豎直向下的勻強電場平行正對的金屬板間有豎直向下的勻強電場,同時還有同時還有垂直紙面向里的

8、勻強磁場垂直紙面向里的勻強磁場.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的負粒子的負粒子,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

9、左側(cè)以大于從左側(cè)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）整理ppt2.2.一束正離子垂直射入勻強磁場和勻強電場正交的區(qū)域里一束正離子垂直射入勻強磁場和勻強電場正交的區(qū)域里, ,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運動方向結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運動方向, ,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)的離子進入另一勻強磁場中如果讓這些不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子

10、進入另一勻強磁場中, ,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. .對這些進入另一磁對這些進入另一磁場的離子場的離子, ,可得出結(jié)論可得出結(jié)論: :A.A.它們的動能各不相同它們的動能各不相同. . 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）整理ppt1.1.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-

11、2),15-8-2),實驗中測得實驗中測得P P點到入口處點到入口處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)量越大的同位素對應(yīng)的大的同位素對應(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

12、位素對應(yīng)的大的同位素對應(yīng)的X X值越小值越小. .（BC）整理ppt2.2.質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(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出來時速度很小出來時速度很小, ,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加速后速電場加速后, ,沿垂直于磁場邊界的方向從沿垂直于磁場邊界的方向從S S3進入有界勻強進入有界勻強磁場磁場, ,最后到達照相底片上的最后到達照相底片上的P P點點. .某次實

13、驗中某次實驗中, ,已知加速電壓是已知加速電壓是600600V,V,磁感應(yīng)強度是磁感應(yīng)強度是0.020.02T,T,測測得得P P點到點到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整理ppt1.1.用回旋加速器對質(zhì)量是用回旋加速器對質(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)勻強磁場的磁形盒內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度為感應(yīng)強度為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整理ppt2

14、.2.用同一回旋加速器用同一回旋加速器( (D D形盒半徑確定形盒半徑確定, ,D D形盒內(nèi)形盒內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度確定勻強磁場的磁感應(yīng)強度確定) )分別對質(zhì)子和氘分別對質(zhì)子和氘核加速核加速, ,這兩種粒子這兩種粒子運動的周期之比為運動的周期之比為_;_;加速電場的所加高頻電壓周期之比加速電場的所加高頻電壓周期之比_；從從D D形盒飛出時的速度之比為形盒飛出時的速度之比為_;_;獲得的最大動能之比是獲得的最大動能之比是 . .獲得上述能量所需時間之比為獲得上述能量所需時間之比為_.1:21:22:12:12:1整理ppt電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可

15、導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖所示的橫截面體積）。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的為圖中的a、b、c，流量計的兩端與輸送液體的管道相，流量計的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材連接（圖中虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計所在處加磁感料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計所在處加磁感強度為強度為B的勻強磁場，磁場

16、方向垂直于前后兩面。當(dāng)?shù)膭驈姶艌?，磁場方向垂直于前后兩面。?dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時， 測出上下兩個側(cè)面的測出上下兩個側(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整理ppt目前世界上正在研究的新型發(fā)電機的原理如圖所示，設(shè)想目前世界上正在研究的新型發(fā)電機的原理如圖所示，設(shè)想在相距為在相距為d，且足夠長的甲乙兩金屬板間加有垂直紙面向，且足夠長的甲乙兩金屬板間加有垂直紙面向里，磁感應(yīng)強度為里，磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，兩板通過電鍵和燈泡相的勻強磁場，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，

17、氣體電離后由于連，將氣體加熱到使之高度電離的溫度，氣體電離后由于正、負電荷一樣多，且?guī)щ娏烤鶠檎?、負電荷一樣多，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，這時甲、乙兩板就會噴入甲、乙兩板之間，這時甲、乙兩板就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓，這就是磁流體發(fā)電機與一般發(fā)電機聚集電荷，產(chǎn)生電壓，這就是磁流體發(fā)電機與一般發(fā)電機不同之處，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、圖中哪個極板是發(fā)電機的正極？圖中哪個極板是發(fā)電機的正極？2、發(fā)電機的電動勢是多大？、發(fā)電機的電動勢是多大？3、設(shè)噴入兩極板間的離子流每立方、設(shè)噴

18、入兩極板間的離子流每立方米有米有n個負電荷，離子流的橫截個負電荷，離子流的橫截面為面為S，則發(fā)電機的功率多大？，則發(fā)電機的功率多大？P=IE=(nvse)(Bdv)=nedSBv2整理ppt如圖所示，將一塊長方體金屬塊放在勻強磁場中，如圖所示，將一塊長方體金屬塊放在勻強磁場中，前后兩表面與磁場方向垂直，在金屬塊中通入如前后兩表面與磁場方向垂直，在金屬塊中通入如圖所示的電流，此時金屬塊的上下兩個表面將產(chǎn)圖所示的電流，此時金屬塊的上下兩個表面將產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。已知磁場的磁感應(yīng)強度為已知磁場的磁感應(yīng)強度為B，電子電量，電子電量e，定向運，定向運動速度為動速度為v，上下兩個側(cè)面間的距離為，上下兩個側(cè)面間的距離為a，前后兩，前后兩個側(cè)面間的距離為個側(cè)面間的距離為b，求：，求：（1）上下兩個表面哪個電勢高）上