05质谱仪与回旋加速器1

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1、郧西一中2012届高三物理一轮学案《质谱仪和回旋加速器》时间：2011-12-18学生姓名________学习小组____组内编号____组内评价____老师评价_____主编:孙绪军审核：包科领导：________第九章《磁场》第五讲《质谱仪和回旋加速器》【计划课时】4课时【学习目标】1.会分析粒子在复合场中运动的几种典型模型；并灵活运用力学规律解决问题。2.会分析质谱仪和回旋加速器的工作原理。【教学重难点】质谱仪和回旋加速器的工作原理的综合应用。一、电磁流量计：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

2、导电的液体向左流动．导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下发生上下偏转，a、b间出现电势差．由左手定则知，b侧电势高，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定．由qvB=Eq和E=U/d，可得流速v=U/Bd.流量Q=Sv=πUd/4B。二、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、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差，由左手定则知，正离子向B板聚集，B板电势高，R中电流的方向向上，设A、B平行金属板相距L，喷入气体速度为v，板间磁场的磁

3、感应强度为B，当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势，此时离子受力平衡：，电动势。【例1】磁流体发电机原理图如右，等离子体从左向右高速喷射，间距为d的两极板间有如图方向的匀强磁场B，该发电机哪个极板为正极？两板间最大电压为U时，离子的速度为多少？【练1】如图所示，连接平行金属板P1和P2的导线的一部分CD和另一连接电池的回路的一部分GH平行，金属置于垂直纸面向里的匀强磁场中，当一束等离子体从左方射入两金属板之间，CD段导线受到力作用的方向是A指向GH；B背离GH；C时而指

4、向GH，时而背离GH；D不受力作用.三、霍尔效应：【例2】如图所示，厚度为h，宽度为d的铜板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在铜板的上侧面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、电流和B的关系式中的比例系数k为霍尔系数。设电流是电子的定向移动形成的，电子的平均定向速度为，电荷量为e，回答下列问题：⑴达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势______(填“高于”、“低于”或“等于”)下侧面A′的电势。⑵电子所受的洛伦兹力的大小为________。⑶

5、当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力大小为_____。⑷由静电力和洛伦兹力的平衡条件，证明霍尔系数，其中n为导体单位体积中电子的个数。F【解析】⑴如图，金属导体中定向移动的是自由电子，由于铜板中的电流方向是向右的，所以自由电子向左移动，根据左手定则，电子受到的洛伦兹力指向上侧面A，故电子向上侧面A偏转，聚集在导体板的A侧，下侧面A′出现正电荷，故达到稳定状态时，<,即应填“低于”。⑵洛伦兹力⑶当其上下两侧面间的电势差为U时，电场强度，电子受静电力为⑷当上下侧面间电势差稳定时，电子受力平衡，由得①而电流为　　　

6、②将①②代入即，解得【练2】如图，铜质导电板置于匀强磁场中，通电时铜板中电流方向向上，由于磁场作用，则（）A板左侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势；B板左侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势；C板右侧聚集较多电子，使b点电势高于a点电势；D板右侧聚集较多电子，使a点电势高于b点电势.四、粒子速度选择器：如图所示，粒子经加速电场后得到一定的速度v0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，则有qv0B＝qE,v0=E/B；若v=v0=E/B，粒子做匀速直线运动，与粒子电量、电

7、性、质量无关；若v＜E/B，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加；若v＞E/B，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．【练3】如图，一速度为v0的正粒子恰好能沿直线飞出离子速度选择器，选择器中磁感应强度为B，电场强度为E，若B、E、V0同时增大为原来的两倍，则离子将（）A仍沿直线飞出选择器；B往上偏；C往下偏；D往纸外偏。五、质谱仪：如图所示，质谱仪由离子源O，加速场U，速度选择器（E,B1），-4-郧西一中2012届高三物理一轮学案《质谱仪和回旋加速器》时间：2011-12-18学生姓名

8、________学习小组____组内编号____组内评价____老师评价_____主编:孙绪军审核：包科领导：________偏转场B2，胶片组成．加速场中qU=½mv2，选择器中:v=E/B1，偏转场中:d＝2r，qvB2＝mv2/r，所以比荷:，质量，主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素．【例4