2023學(xué)年完整公開課版磁場教學(xué)案36

§4帶電粒子在復(fù)合場中的運動（一）一、帶電粒子在混合場中的運動＋＋＋＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v正交的勻強磁場和勻強電場組成速度選擇器。帶電粒子必須以唯一確定的速度（包括大小、方向）才能勻速（或者說沿直線）通過速度選擇器。否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這個速度的大小可以由洛倫茲力和電場力的平衡得出：qvB=Eq，。在本圖中，速度方向必須向右。（1）這個結(jié)論與離子帶何種電荷、電荷多少都無關(guān)。（2）若速度小于這一速度，電場力將大于洛倫茲力，帶電粒子向電場力方向偏轉(zhuǎn)，電場力做正功，動能將增大，洛倫茲力也將增大，粒子的軌跡既不是拋物線，也不是圓，而是一條復(fù)雜曲線；若大于這一速度，將向洛倫茲力方向偏轉(zhuǎn)，電場力將做負功，動能將減小，洛倫茲力也將減小，軌跡是一條復(fù)雜曲線。abcov0【例1】某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點O以速度v0向右射去，從右端中心a下方的b點以速度v1射出；若增大磁感應(yīng)強度B，該粒子將打到a點上方的c點，且有ac=ababcov0【例2】如圖所示，一個帶電粒子兩次以同樣的垂直于場線的初速度v0分別穿越勻強電場區(qū)和勻強磁場區(qū)，場區(qū)的寬度均為L偏轉(zhuǎn)角度均為α，求E∶B方法歸納：創(chuàng)新設(shè)計P144知識點一：“電偏轉(zhuǎn)”和“磁偏轉(zhuǎn)”的差別2．回旋加速器：創(chuàng)新設(shè)計P144知識點二：【例3】創(chuàng)新設(shè)計P145應(yīng)用23、磁流體發(fā)電機【例4】磁流體發(fā)電機原理圖如右。等離子體高速從左向右噴射，兩極板間有如圖方BRBR＋＋＋＋＋+－－－－―在定性分析時特別需要注意的是：⑴正負離子速度方向相同時，在同一磁場中受洛倫茲力方向相反。⑵外電路接通時，電路中有電流，洛倫茲力大于電場力，兩板間電壓將小于Bdv，但電動勢不變（和所有電源一樣，電動勢是電源本身的性質(zhì)。）⑶注意在帶電粒子偏轉(zhuǎn)聚集在極板上以后新產(chǎn)生的電場的分析。在外電路斷開時最終將達到平衡態(tài)。4、霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用：創(chuàng)新設(shè)計P145知識點三：“【例5】創(chuàng)新設(shè)計P145應(yīng)用3三、針對訓(xùn)練1．帶電粒子垂直進入勻強電場或勻強磁場中時粒子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱這種電場為偏轉(zhuǎn)電場，這種磁場為偏轉(zhuǎn)磁場.下列說法錯誤的是（重力不計）A.欲把速度不同的同種帶電粒子分開，既可采用偏轉(zhuǎn)電場，也可采用偏轉(zhuǎn)磁場B.欲把動能相同的質(zhì)子和α粒子分開，只能采用偏轉(zhuǎn)電場C.欲把由靜止經(jīng)同一電場加速的質(zhì)子和α粒子分開，偏轉(zhuǎn)電場和偏轉(zhuǎn)磁場均可采用D.欲把初速度相同而比荷不同的帶電粒子分開，偏轉(zhuǎn)電場和偏轉(zhuǎn)磁場均可采用2．目前，世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機.如圖所示，表示了它的原理：將一束等離子體噴射入磁場，在場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓.如果射入的等離子體速度均為v，兩金屬板的板長為L，板間距離為d，板平面的面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B，方向垂直于速度方向，負載電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間.當(dāng)發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，電流表示數(shù)為I.那么板間電離氣體的電阻率為A. B.C. D.3、質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具.它的構(gòu)造原理如圖3-5-5所示，離子源S產(chǎn)生帶電量為q的某種正離子，離子產(chǎn)生出米時的速度很小，可以看作是靜止的，離子經(jīng)過電壓U加速后形成離子束流，然后垂直于磁場方向進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，沿著半圓周運動而到達記錄它的照相底片P上.實驗測得:它在P上的位置到入口處S1的距離為a，離子束流的電流為I.請回答下列問題:圖3-5-5(1)在時間t內(nèi)射到照相底片圖3-5-5(2)單位時間穿過入口處S1離子束流的能量為________.(3)試證明這種離子的質(zhì)量為.6．如圖所示，兩塊垂直紙面的平行金屬板A、B相距d=cm，B板的中央M處有一個α粒子源，可向各個方向射出速率相同的α粒子，α粒子的荷質(zhì)比q／m=×107C／kg.為使所有α粒子都不能達到A板，可以在A、B板間加一個電壓，所加電壓最小值是U0=×104V；若撤去A、B間的電壓，仍使所有α粒子都不能到達A板，可以在A、B間加一個垂直紙面的勻強磁場，該勻強磁場的磁感應(yīng)強度B必須符合什么條件?圖3-5-117．如圖3-5-11所示，在坐標(biāo)系Oxy的第一象限中存在沿y軸正方向的勻強電場，場強大小為E。在其他象限中存在勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里。A是y軸上的一點，它到坐標(biāo)原點O的距離為h；C是x軸上的一點，到O的距離為l。一質(zhì)量為m、