洛伦兹力与现代科技.doc

一、学习目标：1. 知道质谱仪的工作原理。2. 知道回旋加速器的基本构造及工作原理。3. 重点掌握与洛伦兹力相关的重要物理模型及相关题型的解法。二、重点、难点：重点：回旋加速器、质谱仪等物理模型的理解。难点：回旋加速器工作原理的理解及相关题型的解法。三、考点分析：质谱仪质谱仪的主要构造选择、计算题质谱仪的工作原理回旋加速器回旋加速器的构造选择、计算题回旋加速器的工作原理回旋加速器中粒子最大动能的计算回旋加速器的两个工作特点磁流体发电机磁流体发电机的构造及工作原理选择、计算题电磁流量计电磁流量计的工作原理选择、计算题知识点1：质谱仪的工作原理问题： 例1. 如图所示是一种质谱仪的示意图，从离子源S产生的正离子，经过S1和S2之间的加速电场，进入速度选择器，P1和P2间的电场强度为E，磁感应强度为B1，离子由S3射出后进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域，由于各种离子轨迹半径R不同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线。（1）若已知S1、S2间加速电压为U，且磁感应强度B2，半径R也是已知的，则离子的比荷_。（2）若已知速度选择器中的电场强度E和磁感应强度B1，R和B2也知道，则离子的比荷为_。（3）要使氢的同位素氘和氚的正离子经加速电场和速度选择器后以相同的速度进入磁感应强度为B2的匀强磁场（设进入加速电场时速度为零。）若保持速度选择器的E和B1不变，则加速电场S1、S2间的电压比应为_。它们的谱线位置到狭缝S3的距离之比为_。 例2. 如图所示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. 质谱仪是分析同位素的重要工具B. 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C. 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于D. 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小知识点2：速度选择器模型理解 例3. 如图所示为一“滤速器”装置的示意图。a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间。为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出。不计重力作用。可能达到上述目的的办法是（ ）A. 使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里B. 使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里C. 使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外D. 使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外知识点3：回旋加速器的工作原理： 例4. 1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。（1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t；（3）实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限度。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为、，试讨论粒子能获得的最大动能。知识点4：磁流体发电机模型理解： 例5. 如图所示，磁流体发电机的极板相距d=0.2m，极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，B=1.0T。外电路中可变负载电阻R用导线与极板相连，电离气体以速率沿极板射入，极板间电离气体等效内阻，试求此发电机的最大输出功率为多大？知识点5：电磁流量计问题 例6. 电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设电磁流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，电磁流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）。图中电磁流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。现于电磁流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当可导电流体稳定地流经流量计时，在管外将电磁流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。已知流体的电阻率为。不计电流表的内阻，则可求得流量为（ ）A. B. C. D. 变式： 例7. 为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（ ）A. 若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B. 前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多无关C. 污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大D. 污水流量Q与U成正比，与a、b无关