帶電粒子在電磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的科技應(yīng)用-文庫(kù)吧
2025-06-08 22:06 本頁(yè)面
【正文】 動(dòng)，在半徑為r的圓面上，通過(guò)的磁通量為，是整個(gè)圓面區(qū)域內(nèi)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度，電子所在圓周上的感生電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)為。 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得， 感生電場(chǎng)的大小。 ?。?）給電磁鐵通入交變電流如圖3所示，從而產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化規(guī)律如圖4所示（以圖2中所標(biāo)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向?yàn)檎较颍闺娮幽鼙荒鏁r(shí)針（從上往下看，以下同）加速，一方面感生電場(chǎng)應(yīng)是順時(shí)針?lè)较?，即在磁?chǎng)的第一個(gè)或第四個(gè)周期內(nèi)加速電子；而另一方面電子受到的洛侖茲力應(yīng)指向圓心，只有磁場(chǎng)的第一或第二個(gè)周期才滿足。所以只有在磁場(chǎng)變化的第一個(gè)周期內(nèi)，電子才能在感生電場(chǎng)的作用下不斷加速。因此，一個(gè)周期內(nèi)電子只能被加速一次?！ 。?）設(shè)電子在半徑為r的軌道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，而在半徑為r的圓面區(qū)域內(nèi)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度為，維持電子在恒定的軌道上加速時(shí)，由牛頓第二定律得 在切線方向：， 將代入得 ① 在半徑方向：化簡(jiǎn)得 ② 將②式對(duì)時(shí)間微分得 ③ 由①③得 即電子軌道處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為軌道內(nèi)部平均磁感應(yīng)強(qiáng)度的一半。 2．示波管 帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的科技應(yīng)用主要有示波器、靜電分選器、噴墨打印機(jī)。在近幾年高考試題中，因?yàn)槭静ü軉?wèn)題只考查帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和偏轉(zhuǎn)，單獨(dú)命題較少，有時(shí)以選擇題的形式呈現(xiàn)。但也有部分省份以該情景命制計(jì)算題，如2008年的上海卷第23題?！ ±?．如圖5所示為示波管的結(jié)構(gòu)圖，其中電極YY′長(zhǎng)L1=5cm，間距d1=2．5cm，其到熒光屏的距離x1=32．5 cm；電極XX′長(zhǎng)L2=10cm，間距d2=2．5 cm,其到熒光屏的距離為x2=25cm．如果在電子槍上加1000V加速電壓，偏轉(zhuǎn)電極XX′、YY′上都沒(méi)有加電壓，電子束從金屬板小孔射出后,將沿直線傳播，打在熒光屏中心O點(diǎn)，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。當(dāng)在偏轉(zhuǎn)電極上加上電壓后，試分析下面的問(wèn)題： ?。?）在YY′電極上加100V電壓，Y接正；XX′電極不加電壓。在圖中熒光屏上標(biāo)出亮斑的大體位置A。計(jì)算出OA的距離； ?。?）在YY′電極上加100V電壓，Y接正；XX′電極上加100V電壓，X接正。在圖中熒光屏上標(biāo)出亮斑的大體位置B。計(jì)算出OB的距離?！ 〗馕觯海?）設(shè)電子經(jīng)過(guò)加速電壓U0后獲得速度為v0，由動(dòng)能定理得 電子以v0速度進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電壓為U1的偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)，將做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a1，則有 ， 設(shè)偏轉(zhuǎn)角度為θ1，則 由幾何關(guān)系得電子的總偏移量 解得m 即OA=3cm ?。?）電子在豎直方向總偏轉(zhuǎn)量不變，仍為Y，但在水平方向有偏轉(zhuǎn)量，設(shè)總偏移為X， 同理有m 故cm 點(diǎn)評(píng)：帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，綜合了靜電場(chǎng)和力學(xué)的知識(shí)，分析方法和力學(xué)的分析方法基本相同。先分析受力情況再分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程（平衡、加速、減速,直線或曲線），然后選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)律解題。解決這類(lèi)問(wèn)題的基本方法有兩種，第一種利用力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，選用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求解；第二種利用能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)，選用動(dòng)能定理和功能關(guān)系求解?！ ?．質(zhì)譜儀 帶電粒子在電場(chǎng)中加速和在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的科技應(yīng)用主要是質(zhì)譜儀，質(zhì)譜儀有單聚焦質(zhì)譜儀、雙聚焦質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀、串列加速質(zhì)譜儀等多種，且質(zhì)譜儀模型的變式較多，又能較好的考查考生的分析單一物體多過(guò)程問(wèn)題的能力，為此深受命題者青睞，縱觀近幾年全國(guó)各地的高考試題，每年都以計(jì)算題的形式考查質(zhì)譜儀模型及其變式，突顯了物理與社會(huì)、科技、生活的聯(lián)系，體現(xiàn)了新課程改革的精髓。如山東高考題，2007年第25題是飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，2009年第25題是質(zhì)譜儀的變式，把勻強(qiáng)磁場(chǎng)變?yōu)榻蛔冸妶?chǎng)；2010年有6個(gè)省份考查了質(zhì)譜儀的不同變式。 例4．（
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