2012届高考物理电磁场在实际中的应用第一轮复习学案

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1、2012届高考物理电磁场在实际中的应用第一轮复习学案第五时电磁场在实际中的应用【教学要求】1．了解回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、电磁流量计、霍耳效应磁哟计、质谱仪等。2．学会分析实际应用问题的解决方案。知识点一带电粒子速度选择器如图是一种质谱仪的示意图，其中N板的左方是带电粒子速度选择器．选择器内有正交的匀强电场E和匀强磁场B，一束有不同速率的正离子水平地由小孔S进入场区，路径不发生偏转的离子的条是_____________，即能通过速度选择器的带电粒子必是速度为v＝_______的粒子，与它带多少电和

2、电性，质量为多少都无关。【应用1】如图所示不同元素的二价离子经加速后竖直向下射入由正交的匀强电场和匀强磁场组成的粒子速度选择器，恰好都能沿直线穿过，然后垂直于磁感线进入速度选择器下方另一个匀强磁场，偏转半周后分别打在荧屏上的、N两点．下列说法中不正确的有（）A．这两种二价离子一定都是负离子B．速度选择器中的匀强磁场方向垂直于纸面向里．打在、N两点的离子的质量之比为：ND．打在、N两点的离子在下面的磁场中经历的时间相等导示:由左手定则知，这两种二价离子都是负离子，速度选择器中的匀强磁场方向垂直于纸面向里AB对。二

3、价离子垂直于磁感线进入下方匀强磁场后由于速度、电量、磁感应强度都相等，打在、N两点的离子的质量之比为：N，对。但打在、N两点的离子在下面的磁场中经历的路程不等，所以经过的时间也不等，D错。故选D。知识点二回旋加速器回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用获得高能粒子的装置，由于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T＝与速率和半径无关，所以只要交变电场的变化周期等于粒子运动的周期，就可以使粒子每次通过电场时都能得到加速；粒子通过D形金属扁盒时，由于金属盒的静电屏蔽作用，盒内空间的电场极弱

4、．所以粒子只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动，设D盒的半径为r，则粒子获得的最大动能为：。【应用2】如图所示为一回旋加速器的示意图，已知D形盒的半径为R，中心处放有质量为、带电量为q的正离子，若磁感应强度大小为B，求：（1）加在D形盒间的高频电的频率。（2）离子加速后的最大能量；（3）离子在第n次通过窄缝前后的速度和半径之比。导示:（1）加在D形盒间的高频电的频率与正离子做圆周运动的频率相等。（2）离子加速后的最大能量由D形盒半径决定，，（3）第n次通过窄缝后的速度，同理，所以知识点三质谱仪如图所示的是一种质谱仪

5、的示意图，其中N板的左方是带电粒子速度选择器，选择器内有正交的匀强磁场和匀强电场，一束有不同速率的正离子水平地由小孔进入场区．经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同比荷的离子不同．P位置为照相底片记录。【应用2】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S产生的带电量为q的某种正离子，离子产生出时速度很小，可以看做是静止的．离子产生出后经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向、进人磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而达到记录它

6、的照相底片P上．实验测得：它在P上的位置到入口处a的距离为l，离子束流的电流强度为I．求（1）t秒内射到照相底片P上的离子的数目。（2）单位时间穿过入口处S1离子束流的能量。（3）试证明这种离子的质量为=qB2a2/8U导示:（1）根据电流求电量：，根据电量求离子数目：（2）单位时间内离子能量为：（3）加速过程：由牛顿第二定律得：，可求得：=qB2a2/8U知识点三磁流体发电机如图是磁流体发电机，其原理是：等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛仑兹力作用下发生上、下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差．设A、B平行金

7、属板的面积为S，相距l，等离子气体的电阻率为ρ，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过AB板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电电动势．电动势E=。R中电流I=。【应用2】如图所示为磁流体发电机示意图．其中两极板间距d＝20，磁场的磁感应强度B=T，若接入额定功率P＝100的灯泡，灯泡正好正常发光，灯泡正常发光时的电阻R＝400Ω．不计发电机内阻，求：（1）等离子体的流速多大？（2）若等离子体均为一价离子，则每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板．导示:（

8、1）设板间电压为U，对最终射出的等离子：，灯泡功率：代入数据，求得v=200/s。（2）打在下极板上是正离子。离子数目为：。知识点四电磁流量计电磁流量计原理可解释为：如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷（正、负离子）在洛仑兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差．当自由电荷所受电场力和洛仑兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定