电磁场在科学技术中的应用

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1、电磁场在科学技术中的应用命题趋势电磁场的问题历来是高考的热点，随着高中新课程计划的实施，高考改革的深化，这方面的问题依然是热门关注的焦点，往往以在科学技术中的应用的形式出现在问题的情景中，将其他信号转化成电信号的问题较多的会在选择题和填空题中出现；而用电磁场的作用力来控制运动的问题在各种题型中都可能出现，一般难度和分值也会大些，甚至作为压轴题。知识概要电磁场在科学技术中的应用，主要有两类，一类是利用电磁场的变化将其他信号转化为电信号，进而达到转化信息或自动控制的目的；另一类是利用电磁场对电荷或电流的作用，来控制其运动，使其

2、平衡、加速、偏转或转动，已达到预定的目的。例如：密立根实验—电场力与重力实验速度选择器—电场力与洛伦兹力的平衡直线加速器—电场的加速质谱仪—磁场偏转示波管—电场的加速和偏转回旋加速器—电场加速、磁场偏转电流表—安培力矩电视机显像管—电场加速、磁场偏转电动机—安培力矩磁流体发电—电场力与洛伦兹力的平衡霍尔效应—电场力与洛伦兹力作用下的偏转与平衡磁流体发电机—电场力与洛伦兹力作用下的偏转与平衡一、质谱仪【例题1】（2001年高考理综卷）如图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A

3、中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s3的细线。若测得细线到狭缝s3的距离为d，导出分子离子的质量m的表达式。加速电场速度选择器偏转磁场UGHMN+-+【例题2】如图为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器。选择器中存在相互垂直

4、的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右。已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN-13-为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点。可测量出G、H间的距离为l。带电粒子的重力可忽略不计。求：（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小。（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向。（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小。【例题3】质谱法是测定有机化合物分子结构的重要方法，其特点之一是：用极少量(10-9g)的化合

5、物即可记录到它的质谱，从而得知有关分子结构的信息以及化合物的准确分子量和分子式。质谱仪的大致结构如图甲所示。图中G的作用是使样品气体分子离子化或碎裂成离子，若离子均带一个单位电荷，质量为m，初速度为零，离子在匀强磁场中运动轨迹的半径为R，试根据上述内容回答下列问题： (1)在图中相应部位用“·”或“×”标明磁场的方向；(2)若在磁感应强度为B特斯拉时，记录仪记录到一个明显信号，求与该信号对应的离子质荷比(m/e)。电源高压为U。(3)某科技小组设想使质谱仪进一步小型化，你认为其研究方向正确的是。A.加大进气量B.增大电子枪

6、的发射功率C.开发新型超强可变磁场材料D.使用大规模集成电路，改造电信号放大器【例题4】如图所示是某种质谱仪的原理示意图，它由加速电场、静电分析器和磁分析器等组成，若静电分析器通道的半径为R，均匀辐向电场的场强为E，磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，忽略重力的影响，试问：（1）为了使位于A处电量为q、质量为m的离子，从静止开始经加速电场加速后沿图中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-13-点进入磁分析器后，最终打在感光胶片上的Q点，该点距入射点P有多远？若有一群离子从静止开始通过

7、该质谱仪后落在同一点Q，则该群离子具有什么共同特征？【例题5】一种称为"质量分析器"的装置如图所示,A表示发射带电粒子的离子源,发射的粒子在加速管B中加速,获得一定速率后于C处进人圆形细弯管(四分之一圈弧),在磁场力作用下发生偏转,然后进入漂移管道D,若粒子质量不同或电荷量不同或速率不同,在一定磁场中的偏转程度也不同。如果给定偏转管道中心轴线的半径、磁场的磁感应强度、粒子的电荷量和速率,则只有一定质量的粒子能从漂移管道D中引出。已知带有正电荷q=1.6×10-19C的磷离子,质量为m=51.1×10-27Kg,初速率可认为

8、是零,经加速管B加速后速率为U=7.9×105m/s,求(保留一位有效数字)(1)加速管B两端的加速电压应为多大?(2)若圆形弯管中心轴线的半径R=0.28m,为了使磷离子能从漂移管道引出,则在图中虚线正方形区域内应加磁感应强为多大的匀强磁场?二、加速器【例题1】串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中