高中物理专题知识及典型习题1磁场与现代科技.pdf

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1、1/5 第 15 课时 磁场与现代科技（2）一、霍尔效应：如图所示，厚度为 h 宽度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面 A 和下侧面A/之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差 U、电流 I 和磁感应强度 B 的关系 dIBKU 式中的比例系数 K 称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，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与洛仓兹力方向相反的静电力，当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两面之间就会形成稳定的电势差。

2、设电流 I 是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为 v，电量为 e。回答下列问题：（1）达到稳定状态时，导体板上侧面 A 的电势_下侧面A的电势（填高于、低于 或等于）（2）电子所受的洛仑兹力的大小为_。（3）当导体板上下两面之间的电势差为 U 时，电子所受静电力的大小为_。（4）由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为neK1，其中 n代表导体板 单位体积中电子的个数。2/5 小 结：材料导电的粒子种类（+q、-q）左手定则判定粒子偏转方向 判断电势高低。二、直线加速器：1、动能定理：221mvqU；要使 v 增大，则 U 要很高，受到限制。2、多级加速：232121)(nnmv

3、UUUUq；装置要很长。三、回旋加速器：（1932 年，美国，劳伦斯）1、加速器：产生高能量的带电粒子的装置（有直线加速器和回旋加速器）回旋加速器：是一种能在较小空间范围内，让粒子被电场多次加速而获得高能量的一 种加速器 2、原理：A0处带正电的粒子源发出带正电的粒子以速度 v0垂直进入匀强磁场，在磁场中匀速转动半个周期，到达 A1时，在 A1 A1/处造成向上的电场，粒子被加速，速率由 v0增加到 v1，然后粒子以 v1在磁场中匀速转动半个周期，到达 A2/时，在 A2/A2处造成向下的电场，粒子又一次被加速，速率由 v1增加到 v2，如此继续下去，每当粒子经过 A A/的交界面时都是它被加

4、速，从而速度不断地增加。带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期为qBT2，为达到不断加速的目的，只要在 A A/上加上周期也为 T 的交变电压就可以了。即T电=qBT2。加速一次：221mvqU ；最 大 动 能：mqBREkm2)(2；3、结构：两个 D 形金属盒，中间有一狭缝，中心附近有粒子源，置于真空中，放在两个巨大 电磁铁两极间，磁场 B 与盒垂直，3/5 BTT 电；三、课堂练习：1、利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图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 工作面向下，通入图示方向的电流 I，C、D 两侧面会形成电势差 UCD，下列说

5、法中正确的是（）A电势差 UCD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 UCD0 C仅增大磁感应强度时,电势差 UCD变大 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 2、如图所示，一块长度为 a、宽度为 b、厚度为 d 的金属导体，当加有与侧面垂直的匀强 磁场 B，且通以图示方向的电流 I 时，用电压表测得导体上、下表面 MN 间电压为 U。已知自由电子的电量为 e。下列说法中正确的是（）AM 板比 N 板电势高 B导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大 C导体中自由电子定向移动的速度为 v=U/Bd D导体单位体积内的自由电子数为 BI/eUb 3、

6、一个用于加速质子的回旋加速器，其 D 形盒半径为 R，垂直 D 形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为 B，接在 D 形盒上的 高频电源频率为 f。下列说法正确的是（）A质子被加速后的最大速度不可能超过 2fR B质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关 C只要 R 足够大，质子的速度可以被加速到任意值 D不需要改变任何量，这个装置也能用于加速 粒子 4、回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个 D 形金属 扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间窄缝中形成匀强电场，使粒子 每穿过狭缝都得到加速，两盒放在匀强磁场B 中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于 盒

7、的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为 q，质量为 m，粒子最大回旋半径为mR，其运动轨迹如图，问：（1）盒内有无电场？C D E F UCD B I 4/5 （2）粒子在盒内做何种运动？（3）所加交流电频率应是多大，粒子角速度为多大？（4）粒子离开加速器时速度为多大，最大动能为多少？（5）设两 D 形盒间电场的电势差为 U，盒间距离为 d，其 电场均匀，求加速到上述能量所需时间。第 15 课时 磁场与现代科技（2）参考答案 一、霍尔效应：（1）低于；（2）evB;（3）eU/h;（4）evBheU/；BhvU；hdnevI；nek1；课堂练习：1、BC；2、CD；3、AB；4、（1）盒内没有电场；（2）匀速圆周运动；（3）mqBTf21；mqBf 2；（4）mqBRvm；mqBRmvEmkm2)(2122；（5）粒子每转一周，能量增加 2qU，能量增加到 Ekm运动的 圈数 n 为：mqUqBRqUEnmkm4)(22；5/5 在磁场中：UBRnTtm221；在电场中：22212tmdqUnd；UBdRtm2；URdBRtttmm2)2(21；