帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的科技應(yīng)用(已修改)
2025-07-05 22:06 本頁面
【正文】 帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的科技應(yīng)用 新課程教材在習(xí)題的選擇上突出“一道好習(xí)題，就是一個科學(xué)問題”的理念，強(qiáng)調(diào)“應(yīng)多選擇有實(shí)際背景或以真實(shí)的生活現(xiàn)象為依據(jù)的問題，即訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力，又聯(lián)系科學(xué)、生產(chǎn)和生活的實(shí)際”。帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的問題，既源于教材，是教材中的例題、習(xí)題或其他欄目，又是歷年來是高考的熱點(diǎn)。為此，筆者撰寫此文，望引起考生對現(xiàn)代科學(xué)、技術(shù)、社會（STS）的關(guān)注，筆者預(yù)測在2011年的高考中仍會出現(xiàn)帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的試題，愿對考生有所助益?！ ∫?、源于教材 帶電粒子在電磁場中運(yùn)動的科技應(yīng)用主要有兩類，一類是利用電磁場的變化將其他信號轉(zhuǎn)化為電信號，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)化信息或自動控制的目的；另一類是利用電磁場對電荷或電流的作用，來控制其運(yùn)動，使其平衡、加速、偏轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動，以達(dá)到預(yù)定的目的。如下表中的各種類型。類 型在教材中的位置及呈現(xiàn)方式（人教版，選修31，2007年1月第2版；選修32，2006年12月第2版）直線加速器—電場的加速選修31，3101頁，例題、教材正文示波管—電場的加速和偏轉(zhuǎn)選修31，36頁，思考與討論密立根實(shí)驗(yàn)—電場力與重力實(shí)驗(yàn)選修31，37頁，科學(xué)足跡電流表—安培力矩選修31，93頁，教材正文電視機(jī)顯像管—電場加速、磁場偏轉(zhuǎn)選修31，97頁，思考與討論質(zhì)譜儀—磁場偏轉(zhuǎn)選修31，100頁，例題回旋加速器—電場加速、磁場偏轉(zhuǎn)選修31，101頁，教材正文、思考與討論速度選擇器—電場力與洛倫茲力的平衡選修31，98頁，課后習(xí)題3磁流體發(fā)電機(jī)—電場力與洛倫茲力作用下的偏轉(zhuǎn)與平衡選修31，98頁，課后習(xí)題4霍爾效應(yīng)—電場力與洛倫茲力作用下的偏轉(zhuǎn)與平衡選修31，103頁，課題研究電磁流量計(jì)—電場力與洛倫茲力作用下的偏轉(zhuǎn)與平衡選修32，18頁課后習(xí)題7電子感應(yīng)加速器—電場偏轉(zhuǎn)選修32，19頁，例題、教材正文發(fā)電機(jī)—安培力矩選修32，33頁，科學(xué)漫步 二、科技應(yīng)用賞析 縱觀近幾年的高考試題，常常以加速器、示波管、質(zhì)譜儀、速度選擇器為背景，結(jié)合最新的現(xiàn)代科技知識與情景，考查帶電粒子在電場中的加速、偏轉(zhuǎn)和在磁場中的偏轉(zhuǎn)?！ ?．加速器 帶電粒子在電場中加速的科技應(yīng)用主要是加速器。加速加速器直線加速器、回旋加速器、電子感應(yīng)加速器有三種，在高考試題中，直線加速器往往不單獨(dú)命題，常常與磁偏轉(zhuǎn)和回旋加速器結(jié)合起來，考查單一問題的多過程問題；回旋加速器有時(shí)單獨(dú)命題，也常常與直線加速器結(jié)合起來命題，如山東卷2008年第25題、2010年第25題的計(jì)算題就是這樣命題的；而電子感應(yīng)加速器還未考查，筆者提醒敬請關(guān)注?！ ±?．（08廣東）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖1所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒DD2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是（ ?。 ．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C．離子從磁場中獲得能量 D．離子從電場中獲得能量 答案：AD 解析：離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，在電場中加速獲得能量，在磁場中偏轉(zhuǎn)時(shí)，洛倫茲力不做功，能量不變，由于進(jìn)入磁場的速度越來越大，所以轉(zhuǎn)動的半徑也越來越大，故選項(xiàng)AD正確?！ ±?．電子感應(yīng)加速器工作原理如圖2所示（上圖為側(cè)視圖、下圖為真空室的俯視圖），它主要有上、下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成。當(dāng)電磁鐵繞組通以交變電流時(shí)，產(chǎn)生交變磁場，穿過真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量隨時(shí)間變化，這時(shí)真空盒空間內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)渦旋電場。電子將在渦旋電場作用下得到加速。 ?。?）設(shè)被加速的電子被“約束”在半徑為r的圓周上運(yùn)動，整個圓面區(qū)域內(nèi)的平均磁感應(yīng)強(qiáng)度為，求電子所在圓周上的感生電場場強(qiáng)的大小與的變化率滿足什么關(guān)系。 ?。?）給電磁鐵通入交變電流，一個周期內(nèi)電子能被加速幾次？ ?。?）在（1）條件下，為了維持電子在恒定的軌道上加速，電子軌道處的磁場應(yīng)滿足什么關(guān)系？ 解析：（1）設(shè)被加速的電子被“約束”在半徑為r的圓周上運(yùn)
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