帶電粒子在電磁場中運動的科技應(yīng)用-文庫吧
2025-06-08 22:06 本頁面
【正文】 動，在半徑為r的圓面上，通過的磁通量為，是整個圓面區(qū)域內(nèi)的平均磁感應(yīng)強度，電子所在圓周上的感生電場場強為?！ 「鶕?jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得， 感生電場的大小?！ 。?）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，變化規(guī)律如圖4所示（以圖2中所標電流產(chǎn)生磁場的方向為正方向），要使電子能被逆時針（從上往下看，以下同）加速，一方面感生電場應(yīng)是順時針方向，即在磁場的第一個或第四個周期內(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，只有磁場的第一或第二個周期才滿足。所以只有在磁場變化的第一個周期內(nèi)，電子才能在感生電場的作用下不斷加速。因此，一個周期內(nèi)電子只能被加速一次。 ?。?）設(shè)電子在半徑為r的軌道上運動時，軌道所在處的磁感應(yīng)強度為，而在半徑為r的圓面區(qū)域內(nèi)的平均磁感應(yīng)強度為，維持電子在恒定的軌道上加速時，由牛頓第二定律得 在切線方向：， 將代入得 ① 在半徑方向：化簡得 ② 將②式對時間微分得 ③ 由①③得 即電子軌道處的磁感應(yīng)強度為軌道內(nèi)部平均磁感應(yīng)強度的一半。 2．示波管 帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)的科技應(yīng)用主要有示波器、靜電分選器、噴墨打印機。在近幾年高考試題中，因為示波管問題只考查帶電粒子在電場中的加速和偏轉(zhuǎn)，單獨命題較少，有時以選擇題的形式呈現(xiàn)。但也有部分省份以該情景命制計算題，如2008年的上海卷第23題。 例3．如圖5所示為示波管的結(jié)構(gòu)圖，其中電極YY′長L1=5cm，間距d1=2．5cm，其到熒光屏的距離x1=32．5 cm；電極XX′長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，在那里產(chǎn)生一個亮斑。當在偏轉(zhuǎn)電極上加上電壓后，試分析下面的問題： （1）在YY′電極上加100V電壓，Y接正；XX′電極不加電壓。在圖中熒光屏上標出亮斑的大體位置A。計算出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。在圖中熒光屏上標出亮斑的大體位置B。計算出OB的距離。 解析：（1）設(shè)電子經(jīng)過加速電壓U0后獲得速度為v0，由動能定理得 電子以v0速度進入偏轉(zhuǎn)電壓為U1的偏轉(zhuǎn)電場，將做類平拋運動，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 （2）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 點評：帶電粒子在電場中的運動，綜合了靜電場和力學(xué)的知識，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動狀態(tài)和運動過程（平衡、加速、減速,直線或曲線），然后選用恰當?shù)囊?guī)律解題。解決這類問題的基本方法有兩種，第一種利用力和運動的觀點，選用牛頓第二定律和運動學(xué)公式求解；第二種利用能量轉(zhuǎn)化的觀點，選用動能定理和功能關(guān)系求解?！ ?．質(zhì)譜儀 帶電粒子在電場中加速和在磁場中偏轉(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程問題的能力，為此深受命題者青睞，縱觀近幾年全國各地的高考試題，每年都以計算題的形式考查質(zhì)譜儀模型及其變式，突顯了物理與社會、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題是飛行時間質(zhì)譜儀，2009年第25題是質(zhì)譜儀的變式，把勻強磁場變?yōu)榻蛔冸妶觯?010年有6個省份考查了質(zhì)譜儀的不同變式?！ ±?．（
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