带电粒子混合场中科技应用学习目标.docx

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1、带电粒子混合场中科技应用学习目标带电粒子在混合场中的科技应用驾驭带电粒子在混合场中科技应用：速度选择器、质谱仪、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应1 1 、粒子速度选择器怎样选择粒子的速度？如图所示，a a 、b b 是位于真空中的平行金属板，a a 板带正电，b b 板带负电，两板间的电场为匀强电场，为 场强为 E E 。同时在两板之间的空间中加匀强磁场，磁场方向垂直于纸面对里，磁感应强度为 B B 。一束电子以大小为 v v 0 0 的速度从左边 S S 处沿图中虚线方向入射，虚线平行于两板，要想使电子在两板间能沿虚线运动，则 v v 0 0 、E E 、B B 之间的关系应当是（）A A

2、 、BEv 0 = = B B 、EBv 0 = = C C 、BEv 0 = = D D 、EBv 0 = = 2 2 、磁流体发电机的电动势是多少？沿水平方向放置的平行金属板的间距为 d d ，两板之间是磁感应强度为 B B 的匀强磁场，如图所示，一以 束在高温下电离的气体（等离子体），以 v v 射入磁场区，在两板上会聚集电荷出现电势差，求：（1 1 ）M M 、N N两板各聚集何种电荷？（2 2 ）稳定后 M M 、N N 两板间电势差可达多大 ？3 3 、电磁流量计怎样测液体的流量？如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其每边长为 d d ，内有导电液体流淌，在垂直

3、液体流淌方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为 B B 。现测得液体 a a 、b b 两点间的电势差为 U U ，求管内导电流体的流量 Q Q 。 4 4 、霍尔效应是怎样产生的？如图所示，厚度为 h h ，宽度为 d d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B B 的匀称磁场中。当电流通过导体板时，在导体板的上侧面 A A 和下侧面 A A ′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。试验表明，当磁场不太强时，电势差 U U 、 电流 I I 和 和 B B 的关系为 U=KdIB。式中的比例系数 K K 称为霍尔系数。霍尔效应可说明如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导

4、体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场。横向电场对电子施加一洛伦兹力方向相反的静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流 I I 是由电子的定向流淌形成的，电子的平均定向速度为 v v ，电量为 e e ，回答下列问题：（1 1 ）达到稳定状态时，导体板上侧面 A A 的电势下侧面 A A ′的电势（填高于； 低于或等于）；（2 2 ）电子所受的洛伦兹力的大小为；（3 3 ）当导体板上下两侧之间的电势差为 U U 时，电子所受静电力的大小为；（4 4为 ）由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数为 K=ne1，其

5、中 中 n n 代表导体板单位体积中电子的个数。5 5 、质谱仪怎样测量带电粒子的质量？例如图所示，质谱仪主要是用来探讨同位素（即原子序数相同原子质量不同的元素）的仪器，正离子源产生带电量为 q q 的正离子，经 S S 1 1 、S S 2 2 两金属板间的电压 U U 加速后，进入粒 子速度选择器 P P 1 1 、P P 2 2 之间，P P 1 1 、P P 2 2 之间有场强为 E E 的匀强电场和与之正交的磁感应强度为 B B 1 1 的匀强磁场，通过速度选择器的粒子经 S S 1 1细孔射入磁感应强度为 B B 2 2 的匀强磁场沿一半圆轨迹运动，射到照相底片 M M上，使底片感

6、光，若该粒子质量为 m m ，底片感光处距细孔 S S 3 3 的距离为 x x ，试证明 m=qB 1 1 B B 2 2 x/2E 。1.如图所示，匀强电场竖直向上，匀强磁场水平向外，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域，则（）A若电子从右向左水平飞入，电子也沿直线运动 B若电子从右向左水平飞入，电子将向上偏转 C若电子从右向左水平飞入，电子将向下偏转 D若电子从右向左水平飞入，电子将向外偏转 2. 在图中实线框所示的区域内同时存在着匀强磁场和匀强电场一个带电粒子（不计重力）恰好能沿直线MN 从左至右通过这一区域那么匀强磁场和匀强电场的方向可能为下列哪种状况 () A匀强磁场方向竖直

7、向上，匀强电场方向垂直于纸面对外 B匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面对里 C匀强磁场方向垂直于纸面对里，匀强电场方向竖直向上 D匀强磁场和匀强电场的方向都水平向右3.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，污水充溢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

8、 B前表面的电势肯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 4.目前世界上正探讨的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性)沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板 A 、 B，这时金属板上就聚集了电荷在磁极配置如图中所示的状况下，下述说法正确的是() AA 板带正电 B有电流从 b 经用电器流向 a C金属板 A 、 B 间的电场方向向下 D等离子体发生偏转的缘由是离子所受洛伦兹力大于所受电场力5.(多选

9、)如图所示为某种质谱仪的工作原理示意图.此质谱仪由以下几部分构成:粒子源N;P、Q间的加速电场;静电分析器,即中心线半径为R的四分之一圆形通道,通道内有匀称辐射电场,方向沿径向指向圆心O,且与圆心O等距离的各点的电场强度大小相等;磁感应强度为B、方向垂直于纸面对外的有界匀强磁场;胶片MO.由粒子源发出的不同带电粒子经加速电场加速后进入静电分析器,某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S垂直于磁场边界进入磁场,最终打到胶片上的某点.粒子从粒子源发出时的初速度不同,不计粒子所受的重力.下列说法中正确的是() A. 从小孔S进入磁场的粒子的速度大小肯定相等 B. 从小孔S进入磁场的粒子的动能肯定相

10、等 C. 打到胶片上同一点的粒子初速度大小肯定相等 D. 打到胶片上位置距离O点越远的粒子,比荷越小1电磁流量计广泛应用于可导电流体在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面积的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面积为长方体的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为 a、b、c，流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线），图中流量计的上下两面是金属材料。现于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，当导电液体稳定的流经流量计时，在管外将流量计上下两面分别与一串联了电阻 R 的电流表的两端相连。I 表示测得的电流值，已知液体的电阻率为ρ，不计电流

11、表的内阻，则可求得流量为 （）A ) (acbRBIr +B ) (cbaRBIr + C ) (bacRBIr +D ) (abcRBIr +2、如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道的半径为R，匀称辐向电场的场强为 E，磁分析器中有垂直纸面对外的匀强磁场，磁感应强度为 B。问：（1）为了使位于 A 处电量为 q、质量为 m 的离子，从静止起先经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，加速电场的电压 U 应为多大？ （2）离子由 P 点进入磁分析器后，最终打在乳胶片上的 Q 点，该点距入射点 P 多远？若有一群离子从静止起先通过该质谱仪后落在同

12、一点 Q，则该群离子有什么共同点？3. (单选)为了诊断病人的心脏功能和动脉血液黏稠状况,须要测量血管中血液的流量.如图所示为电磁流量计示意图,将血管置于磁感应强度为B的磁场中,测得血管两侧a、b两点间电压为U,已知血管的直径为d,则血管中血液的流量Q(单位时间内流过的体积)为() A. UBd B. πdUB C. π4dUB D. 2π4d UB4. 利用霍尔效应制作的霍尔元件广泛应用于测量和自动限制等领域.如图所示是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面对下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差U CD .下列说法中正确的是() A. 电

13、势差U CD 仅与材料有关 B. 若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差U CD <0 C. 仅增大磁感应强度时,电势差U CD 变小 D. 在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平5、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示离子源 S 产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场(加速电场极板间的距离为 d、电势差为 U)加速，然后垂直进入磁感应强度为 B 的有界匀强磁场中做匀速圆周运动，最终到达记录它的照相底片 P 上设离子在 P 上的位置与入口处 S 1 之间的距离为 x。(1)求该离子的荷质比mq (2)若离子源产生的是带电量为 q、质量为 m 1 和 m 2 的同位素离子(m 1 >m 2 )，它们分别到达照相底片上的 P 1 、P 2 位置(图中末画出)，求 P 1 、P 2 间的距离x。(3)若第(2)小题中两同位素离子同时进入加速电场，求它们到达照相底片上的时间差t(磁场边界与靠近磁场边界的极板间的距离忽视不计) x s 1P s U q