【正文】 例 如上圖所示，假設(shè)板間距離為d，通道的橫截面積為S，通道內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，正、負(fù)離子電量為，射入速度為v，外接電阻R，：（1）、 圖中哪個(gè)板是正極（2）、 發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)是多少？（3）、 該發(fā)電機(jī)的總功率為多少?（4）、 該發(fā)電機(jī)的輸出功率為多少?（5）、 為使等離子體以恒定速度v通過(guò)復(fù)合區(qū)域，必須使通道兩端保持一定的壓強(qiáng)差，這個(gè)壓強(qiáng)差為多少？（6）、 設(shè)噴入的離子流每有n個(gè)負(fù)電荷，離子流截面積為S，設(shè)噴入的離子全部能夠到達(dá)上下極板，則輸入給發(fā)電機(jī)的功率是多少？解答：（1）、 離子進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域后，由左手定則可得正離子向上極板運(yùn)動(dòng)，上極板是正極（2）、 外電路斷開(kāi)時(shí)，進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域的離子受到的洛侖茲力F和電場(chǎng)力相等時(shí)，上下極板間的電勢(shì)差等于電動(dòng)勢(shì).，.（3）、（4）、（5）、 外電路接通后，正離子向上極板運(yùn)動(dòng)，負(fù)離子向下極板運(yùn)動(dòng)，在極板間形成了由下到的電流，該電流在磁場(chǎng)中受到向左的安培力，必須在通道兩端保持一定的壓強(qiáng)差，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)壓力差，；，另一種解法：由于離子作勻速運(yùn)動(dòng)，電功率就應(yīng)該等于通道兩端的壓力差的功率，所以，（6）、 發(fā)電機(jī)的功率為電路提供的總功率，即，其中，由于噴入的離子全部能夠到達(dá)上下極板，所以，單位時(shí)間內(nèi)到下極板的電荷數(shù)為，電量為，即回路中電流，.（六）、 回旋加速器：在現(xiàn)代物理學(xué)中，人們要用能量很高的帶電粒子去轟擊各種原子核，？要使粒子的能量增大，就應(yīng)使粒子的速度增加，這就要用一種新的設(shè)備——加速器. 直線加速器　 我們知道電場(chǎng)可以對(duì)帶電粒子加速，如果加速電壓為U，帶電粒子電量為q．，電壓不可能太高，所以一次加速后粒子獲得的能量較小，如何獲得較大的能量呢？（讓學(xué)生充分討論．）可采取多級(jí)加速的辦法，為了避免相鄰兩極之間的影響，兩極之間要有較大的距離，所以采取多級(jí)加速的直線加速器占地面積很大，能否既讓帶電粒子多次加速，獲得較高能量，又盡可能減少占地面積呢？（讓學(xué)生展開(kāi)想象）結(jié)構(gòu)圖 回旋加速器1）、 結(jié)構(gòu)：雙D型盒、勵(lì)磁線圈（產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)）、高頻交流電源、真空裝置2）、 加速原理放在處的粒子源發(fā)出一個(gè)帶正電的粒子，它被電場(chǎng)第一次加速后以速率垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，當(dāng)它沿著半圓弧到達(dá)時(shí)，在處造成一個(gè)向上的電場(chǎng)，使這個(gè)帶電粒子在處受到一次電場(chǎng)的加速，速率由增加到，然后粒子以速率在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng).（我們知道，粒子的軌道半徑跟它的速率成正比，因而粒子將沿著半徑增大了的圓周運(yùn)動(dòng)；粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期跟粒子速度和半徑無(wú)關(guān)，所以粒子的周期不變.）又經(jīng)過(guò)半個(gè)周期，當(dāng)它沿著半圓弧到達(dá)時(shí)，在處造成一個(gè)向下的電場(chǎng)，使粒子又一次受到電場(chǎng)的加速，每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到、等處時(shí)都使它受到向上電場(chǎng)的加速，每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到、等處時(shí)都使它受到向下電場(chǎng)的加速，粒子將沿著圖示的螺旋線回旋下去，速率將一步一步地增大.3）、 粒子的運(yùn)動(dòng)形式：螺旋線運(yùn)動(dòng)（包括間隔的勻速圓周運(yùn)動(dòng)和間隔的勻加速直線運(yùn)動(dòng)）4）、 回旋加速器加速的條件：（1）、 粒子的回旋周期（粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期和相鄰兩次被加速的時(shí)間之和）.由于粒子在D型盒的縫隙d中被加速的時(shí)間越來(lái)越短，所以粒子的回旋周期是逐漸減小的，最終趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期.兩D型盒間的縫隙中也存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，粒子在縫隙中也要發(fā)生偏轉(zhuǎn)，為了使粒子盡可能垂直地進(jìn)入D型盒，要求D型盒的縫隙d越窄越好；從理論上講，要使粒子能被持續(xù)地加速，一方面，從前面的分析得到，粒子的回旋周期是逐漸減小的，最終趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期；另一方面，高頻電源的周期往往是一個(gè)定值，很難做到逐漸減小，？只要使兩D型盒間的縫隙d盡可能地窄，粒子在縫隙d間的加速時(shí)間盡可能地短以至于可以忽略不計(jì)，則粒子的回旋周期就趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期，這樣高頻電源的周期就能很快地趨于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期，為一個(gè)定值，縫隙d的寬窄并不影響加速的效果.由以上分析可得：（2）、 D形盒之間的距離d應(yīng)盡可能小.（3）、 回旋加速器加速的條件：高頻電源的周期等于粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期.5）、 在雙D形盒的狹縫間加上高頻交流電源后為什么對(duì)D形盒內(nèi)的區(qū)域不產(chǎn)生影響？（只要D形盒是金屬材質(zhì)，因靜電屏蔽不受外界電場(chǎng)影響。例 （第三種方法確定圓心，較難）一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面，在xOy平面上磁場(chǎng)分布在以O(shè)為中心的一個(gè)圓形區(qū)域內(nèi)．一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子，由原點(diǎn)O開(kāi)始運(yùn)動(dòng)．，后來(lái)粒子經(jīng)過(guò)y軸上的P點(diǎn)，此時(shí)速度方向與y軸的夾角為30176。S5）、 決定因素：由磁場(chǎng)本身、平面面積、平面與磁場(chǎng)之間的夾角共同決定.6）、 性質(zhì)：磁通量是標(biāo)量，沒(méi)有方向，但是有正負(fù)之分；其正負(fù)表明了磁感線是從平面的正側(cè)還是反側(cè)穿入.7）、 磁通量Φ的大小范圍：（1）、 磁場(chǎng)與平面平行時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量為零.（2）、 磁場(chǎng)與平面垂直時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量最大（）.（3）、 磁場(chǎng)與平面斜交時(shí)，穿過(guò)平面的磁通量間于零與最大值（）之間.8）、 在形式上，磁通量的方向和磁感線的方向相同.9）、 計(jì)算磁通量時(shí)的注意事項(xiàng)：（1）、 只有勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)某個(gè)平面的磁通量才能用計(jì)算式直接計(jì)算.（2）、 是剛好圍住勻強(qiáng)磁場(chǎng)的那部分面積； 如圖所示，若閉合回路abcd和ABCD所在平面均與勻強(qiáng)磁場(chǎng)B垂直，面積分別為和，且，但磁場(chǎng)區(qū)域恰好只有ABCD那么大，穿過(guò)和的磁感線的條數(shù)相同，所以穿過(guò)和的磁通量是相同的，因此，在中的指剛好包含磁場(chǎng)的那部分投影面積.（3）、 穿過(guò)某個(gè)線圈的磁通量與線圈匝數(shù)n無(wú)關(guān).（4）、 對(duì)磁通量進(jìn)行加減運(yùn)算的時(shí)候，要把其正負(fù)號(hào)一并代入運(yùn)算.例 兩圓環(huán)A、B同心放置且半徑，將一條形磁鐵置于兩環(huán)圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，如圖所示，則穿過(guò)A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關(guān)系為：分析：弄清條形磁鐵的磁感線分布情況，磁感線閉合，外部所有的磁感線都會(huì)集中到條形磁鐵內(nèi)部，畫(huà)出截面圖，根據(jù)磁通量的物理意義和磁通量正負(fù)和方向的規(guī)定可以得出正確結(jié)果.解答：如圖，圓環(huán)A和B向外的磁通量相同，但圓環(huán)B向里的磁通量更少，對(duì)向外的磁通量的低效作用更弱，故B的磁通量更大.例 一線圈S水平放置，一根磁感線從線圈左側(cè)向下穿入，從線圈右側(cè)對(duì)稱(chēng)位置向上穿出，則穿過(guò)線圈的磁通量為多少.參考答案：0 磁通量的變化量1）、 定義式：，“”為運(yùn)算符號(hào)例 勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直向下穿過(guò)水平放置的閉合線圈，通過(guò)線圈的磁通量為Φ，若讓磁場(chǎng)的方向相反，則該過(guò)程中穿過(guò)線圈的磁通量的改變量為多少？解答：規(guī)定磁場(chǎng)向下穿過(guò)線圈的磁通量為正，則磁場(chǎng)向上穿過(guò)線圈的磁通量為負(fù)；磁通量的改變量為，所以穿過(guò)線圈的磁通量改變了2Φ.例 如圖所示，有一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=，磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界，圓心為O半徑為1cm，現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放入圓形線圈，圓心均在O處，10匝；B線圈半徑為2cm，1匝；，10匝，問(wèn)：（1）、A和B中磁通量各改變了多少？（2）、當(dāng)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)過(guò)300角的過(guò)程中，C中的磁通量改變多少？分析：磁通量的大小與線圈匝數(shù)無(wú)關(guān)，線圈A、B框住的磁場(chǎng)面積相同，所以A、B在磁場(chǎng)變化前、可將磁場(chǎng)向垂直于面積和平行于面積的方向進(jìn)行分解.例 如圖所示，開(kāi)始時(shí)矩形線圈與磁場(chǎng)垂直，且一半在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，另一半在勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，若要穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生持續(xù)變化，下列方法可行的是（ ）A、 將線圈向左平移一小段距離B、 將線圈向上平移C、 以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)（小于）D、 以ad為軸轉(zhuǎn)動(dòng)（小于）例 如圖所示的線框，面積為S，處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，B的方向與線框面成角，當(dāng)線框面沿順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，磁通量的變化量為多少？2）、 磁通量變化的方式：A. 只有磁場(chǎng)發(fā)生變化：B. 只有面積發(fā)生變化：C. 其它原因造成磁通量的變化：第四節(jié) 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛侖茲力一、 洛侖茲力觀察與思考：見(jiàn)教材94頁(yè)（沒(méi)有實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)的等效處理：如圖所示，讓帶正電的微觀粒子以初速度豎直向下垂直進(jìn)入水平向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)粒子的軌跡向右偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明粒子不止受重力作用，粒子所在空間除了重力場(chǎng)外只有磁場(chǎng)，所以磁場(chǎng)一定對(duì)運(yùn)動(dòng)粒子有大致向右的磁場(chǎng)力，物理學(xué)中把磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的磁場(chǎng)力叫做洛侖茲力.） 定義：磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)力 洛侖茲力的大小及范圍：1）、 帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受洛侖茲力.理論探究：教材95頁(yè)結(jié)論：2）、 帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，所受洛侖茲力最大，其中為粒子瞬時(shí)速度的大小. 若帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)斜交，令速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角為，則可以將帶電粒子的速度往平行和垂直于磁場(chǎng)的方向進(jìn)行分解，此時(shí)，由于，故：3）、 帶電粒子的速度方向與磁場(chǎng)斜交時(shí)，所受洛侖茲力的大小間于零和最大值之間.4）、 一般情況下，同一粒子受到的重力遠(yuǎn)小于洛侖茲力，所以對(duì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子進(jìn)行受力分析時(shí)往往忽略重力. 在推導(dǎo)洛倫茲力公式的過(guò)程中，通電導(dǎo)線中大量運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力就是整根導(dǎo)線受到的安培力，由此，我們可以得出洛倫茲力與安培力之間的關(guān)系.二、 洛倫茲力與安培力的關(guān)系：通電導(dǎo)線中大量運(yùn)動(dòng)電荷受到的洛倫茲力的合力就是安培力. 洛侖茲力的方向：1）、 左手定則：伸開(kāi)左手，使大拇指跟其余并攏的四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把手放入磁場(chǎng)中，讓?zhuān)ㄔ艌?chǎng)的）磁感線穿入手心，并使伸直的四指指向正電荷的速度方向（負(fù)電荷速度的反方向），大拇指所指的方向就是洛倫茲力的方向.2）、 左手定則的適用條件：的情形；3）、 洛侖茲力方向的特點(diǎn)：洛侖茲力的方向既跟磁場(chǎng)方向垂直，又跟電荷的速度方向垂直；也就是說(shuō)，.4）、 左手定則的推論：磁場(chǎng)方向和速度方向以及洛倫茲力方向三個(gè)方向中，保持一個(gè)方向不變，改變第二個(gè)方向，則第三個(gè)方向必然相反；改變?nèi)齻€(gè)方向中的任意兩個(gè)，第三個(gè)方向不變. 洛倫茲力對(duì)能量和運(yùn)動(dòng)的影響1）、 洛侖茲力不做功2）、 洛侖茲力雖然不做功，但它可以影響帶電粒子的軌跡、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、速度方向.例 如圖，B為垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，、光滑、絕緣的桌面上的A點(diǎn)以初速度V0向右拋出，并落在水平地面上，歷時(shí)t1，水平位移為S1；然后撤去