十一学校2015带电粒子在电磁场中的运动1

1、理论联系实际2013-6-2712空间有竖直向上的匀强电场空间有竖直向上的匀强电场E和水平向外的和水平向外的匀强磁场匀强磁场B,带电粒子带电粒子m、+q,从两平行极板正从两平行极板正中央中央垂直场的方向射入垂直场的方向射入,恰好做直线运动恰好做直线运动. (1)求沿直线通过场区粒子的速度求沿直线通过场区粒子的速度v.f=qvBF=qE1.若为负电荷若为负电荷?2.若若vE/B?3.若若vE/B?4.若从右侧射入场区若从右侧射入场区?3(2)若使粒子的离开场区时的动能增大若使粒子的离开场区时的动能增大,可采可采取的措施是取的措施是:A.使粒子带等量负电荷使粒子带等量负电荷B.使粒子电荷量增加使粒

2、子电荷量增加C.使磁场磁感强度增大使磁场磁感强度增大D.使磁场磁感强度减小使磁场磁感强度减小f=qvBF=qE【D】4(3)今将磁感应强度增大到某一值今将磁感应强度增大到某一值,粒子将落到粒子将落到极板上极板上.求粒子落到极板上的动能求粒子落到极板上的动能.f=qvBF=qE)(2122qEdBmEEk5一束质量、速度和电量不同的正离子垂直射一束质量、速度和电量不同的正离子垂直射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里入匀强磁场和匀强电场正交的区域里, 一些离一些离子未发生偏转子未发生偏转,并进入另一匀强磁场中并进入另一匀强磁场中, 这些这些离子又分裂成几束离子又分裂成几束.对进入后一磁场的离子对进入

3、后一磁场的离子,它它们的们的A. 动能一定各不相同动能一定各不相同B. 电量一定各不相同电量一定各不相同C. 质量一定各不相同质量一定各不相同D. 荷质比一定各不相同荷质比一定各不相同【D】61.初速为初速为0的带电粒子的带电粒子,经电压为经电压为U的电场加速后的电场加速后,垂直射入磁感强度为垂直射入磁感强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中, 打到感光打到感光片上片上P点点，测出测出OP距离为距离为x,求粒子的比荷求粒子的比荷q/m .q/m = 8U/B2x272.若某种离子从静止开始若某种离子从静止开始,经电场加速后进入速度经电场加速后进入速度选择器选择器.速度选择器中的磁感应强度为速度选择器

4、中的磁感应强度为B1,两板间的两板间的电压为电压为U,两板间距为两板间距为d. 离子射出离子射出速度选择器的小孔进入速度选择器的小孔进入质谱仪质谱仪.已知质谱仪中的已知质谱仪中的磁感应强度是磁感应强度是 B2,测得底测得底片上感光点与小孔片上感光点与小孔 O 的的距离是距离是 x0.求离子比荷求离子比荷q/m.v = U/dB1 q/m =2U/dxB1B28a、b组成一对平行电极组成一对平行电极,两板面积为两板面积为S,两极间两极间距为距为d,内有磁感强度为内有磁感强度为B的匀强磁场的匀强磁场,现持续现持续将一束等离子体垂直喷射入磁场将一束等离子体垂直喷射入磁场,每个离子的每个离子的速度为速

5、度为v,电荷量大小为电荷量大小为q.设两极间设两极间气体的等效气体的等效电阻率为电阻率为 ,外电路电阻为外电路电阻为R. :1.发电机的电动势发电机的电动势E;2.电流的大小电流的大小;3.R消耗的功率为消耗的功率为P.9+ + + + + +- - - - - - f+f-+ + + + + +- - - - - - vFff =qvB=qU/dE=U=Bdv10截面为长方形的非磁性管截面为长方形的非磁性管,其边长分别为其边长分别为b和和c,内有导电液体流动内有导电液体流动,在垂直液体流动方向加一在垂直液体流动方向加一垂直前后表面向里的匀强磁场垂直前后表面向里的匀强磁场,磁感强度为磁感强度为

6、B.测得非磁性管两表面的电势差为测得非磁性管两表面的电势差为U.(1) 哪一个表面的电势高哪一个表面的电势高?(2) 求管内液体的流量求管内液体的流量.Q：单位时间内：单位时间内流过管道横截面流过管道横截面的液体的体积的液体的体积.11 + + + + + +- - - - - -f = qvBF = qU / cqvB = qU / cv=U/Bc(U上上U下下)Q=vbc=bU/Bc-+v12流量计长、宽、高分别为图中的流量计长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的流量计的两端与输送的管道相连接两端与输送的管道相连接.图中流量计的上下两面是图中流量计的上下两面是金属材料金属材料,前后两面

7、是绝缘材料前后两面是绝缘材料.现于流量计所在处现于流量计所在处加磁感应强度为加磁感应强度为B的匀强磁场的匀强磁场,磁场方向垂直于前后磁场方向垂直于前后表面表面,当导电流体稳定的流过流量计时当导电流体稳定的流过流量计时,在管外将流在管外将流量计上、下表面分别与一串联了电阻量计上、下表面分别与一串联了电阻R的电流表的的电流表的两端连接两端连接,如图所示，合上开关如图所示，合上开关S后后,测得的电流值为测得的电流值为I.已知液体的电阻率为已知液体的电阻率为,不计电流表的内阻不计电流表的内阻.求此流体求此流体的流量是多少的流量是多少? )(acbRBI13宽为宽为b、厚为、厚为c的金属导体放在磁感应强

8、度为的金属导体放在磁感应强度为B的匀的匀强磁场中强磁场中,磁场方向与金属导体前后表面垂直磁场方向与金属导体前后表面垂直. 导体导体中通有自左向右的电流中通有自左向右的电流I, 已知金属导体单位体积内已知金属导体单位体积内的自由电子数为的自由电子数为n,电子的电量为电子的电量为e.(1)求导体上下表面电势差求导体上下表面电势差,哪个面电势高哪个面电势高?(2)设金属导体上下表面电势差设金属导体上下表面电势差U、电流电流I和和B的关系为的关系为U=kIB/b，式中，式中的比例系数的比例系数k称为霍尔系数称为霍尔系数.求霍尔系数求霍尔系数k.14 I-+ + + + + +- - - - - -fF

9、cI = nevS = nev bcf = evB = IB / nbcF = eU / c F=fU = IB / neb上表面带负电上表面带负电15I=0 ffU = IB / nqd下表面电势高下表面电势高U=Bdv上表面电势高上表面电势高霍尔效应与载流子有关霍尔效应与载流子有关16回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个部分是两个D形金属扁盒形金属扁盒.两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成一匀强电场盒间的窄缝中形成一匀强电场,高频交流

10、电源的周期与带电粒子在高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒形盒中的运动周期相同中的运动周期相同,使粒子每穿过窄缝都得到加速使粒子每穿过窄缝都得到加速.两盒放在匀强磁场中两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面磁场方向垂直于盒底面,磁场的磁感强度为磁场的磁感强度为B，离子源置于，离子源置于D形盒的中心形盒的中心附近附近,若离子源放射出粒子的电量为若离子源放射出粒子的电量为q，质量为，质量为m，最大回转半径为，最大回转半径为R，其，其运动轨迹如图所示运动轨迹如图所示,不计粒子的重力和初速以及相对论效应的影响，试求：不计粒子的重力和初速以及相对论效应的影响，试求：(1)两盒所加交流电的周期为多大两盒

11、所加交流电的周期为多大?(2)粒子离开回旋加速器时的最大动能为多少粒子离开回旋加速器时的最大动能为多少?(3)设两设两D形盒间电场的电势差为形盒间电场的电势差为U，计算粒子，计算粒子在整个回旋加速器中运动所用的总时间在整个回旋加速器中运动所用的总时间t为多少为多少?(忽略粒子在盒间窄缝电场中加速所用的时间忽略粒子在盒间窄缝电场中加速所用的时间)(4)带电粒子在电场中加速的总时间带电粒子在电场中加速的总时间t,并与带电并与带电粒子磁场中运动的总时间粒子磁场中运动的总时间t相比较，相比较，说明说明t为什么可以忽略不计；为什么可以忽略不计； 1. T交交=T=2 m/qB2.Ek=mv2/2=q2B2R2/2m3.t=nT/2= BR2/2U01