20xx教科版高中物理選修3-13-5洛倫茲力的應(yīng)用-在線瀏覽
2025-01-22 17:01本頁(yè)面
【正文】 律變化的電流，其方向、強(qiáng)弱都在不斷地變化，因此電子束打在熒光屏上的光點(diǎn)就不斷移動(dòng)，這種技術(shù)叫 做掃描． ( 4 ) 工作過(guò)程：電視機(jī)顯像管發(fā)射電子，在加速電場(chǎng)中被加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電子束在熒光屏上掃描．電子束從最上一行到最下一行掃描一遍，叫做一場(chǎng)，電視機(jī)中每秒要進(jìn)行 50 場(chǎng)掃描，加上人的 “ 視覺(jué)暫留 ” ，所以我們感到整個(gè)熒光屏都在發(fā)光． 5 ． 磁流體發(fā)電機(jī) 如圖 3 － 5 － 8 是磁流體發(fā)電機(jī)，其原理是： 等離子氣體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛倫 茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到 A 、 B 板 上，產(chǎn)生電勢(shì)差．設(shè)板間距離為 l ，當(dāng)?shù)入x 子氣體以速度 v 勻速通過(guò) A 、 B 板間時(shí)， A 、 B 板上聚集的電荷最多，板間電 勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì)．此時(shí)離子受力平衡： E 場(chǎng) q ＝ Bq v ，即 E 場(chǎng) ＝ B v ，故電源電動(dòng)勢(shì) E ＝ E 場(chǎng) l ＝ Bl v . 圖 3－ 5－ 8 6 ． 霍爾效應(yīng) 如圖 3 － 5 － 9 所示，高 h 、寬為 d 的導(dǎo)體置于勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體板的上表面 A 和下表面 A ′ 之間產(chǎn)生電勢(shì)差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，此電壓稱霍爾電壓． 圖 3－ 5－ 9 2 ．如圖 3 － 5 － 10 是質(zhì)譜儀的工作原理 示意圖．帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后， 進(jìn)入速度選擇器．速度選擇器內(nèi)相互正 交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為 B 和 E . 平板 S 上有可讓粒子通過(guò)的狹縫 P 和記錄粒子位 置的膠片 A1A2. 平板 S 下方有強(qiáng)度為 B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．下列表述正確的是 ( ) 圖 3－ 5－ 10 A ．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B ．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 C ．能通過(guò)狹縫 P 的帶電粒子的速率等于 E / B D ．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫 P ，粒子的比荷越小 解析： 粒子先在電場(chǎng)中加速，進(jìn)入速度選擇器做勻速直線運(yùn)動(dòng)，最后進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．在速度選擇器中受力平衡： Eq＝ q v B 得 v ＝ E / B ，方向由左手定則可知磁場(chǎng)方向垂直紙面向外， B 、 C 正確．進(jìn)入磁場(chǎng)后，洛倫茲力提供向心力， q v B0＝m v2R得，qm＝vB0R，所以比荷不同的粒子偏轉(zhuǎn)半徑不一樣，所以 A對(duì)，顯然 R 越小，比荷越大， D 錯(cuò)． 答案： AB C 【例 1 】 如圖 3 － 5 － 11 所示，寬度為 d 的豎直狹長(zhǎng)區(qū)域內(nèi) ( 邊界為 L L2) ，存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和豎直方向上的周期性變化的電場(chǎng) ( 如圖 3 － 5 － 12 所示 ) ，電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為E0， E 0 表示電場(chǎng)方向豎直向上． t ＝ 0 時(shí)，一帶正電、質(zhì)量為m 的微粒從左邊界上的 N1點(diǎn)以水平速度 v 射入該區(qū)域，沿直線運(yùn)動(dòng) 到 Q 點(diǎn)后，做一次完整的圓周運(yùn)動(dòng)，再沿直線運(yùn)動(dòng)到右邊界的 N2點(diǎn)． Q 為線段 N1N2的中點(diǎn)，重力加速度為 g . 上述d 、 E0、 m 、 v 、 g 為已知量． 帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 ( 1 ) 求微粒所帶電荷量 q 和磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 的大??； ( 2 ) 求電場(chǎng)變化的周期 T ； ( 3 ) 改變寬度 d ，使微粒仍能按上述運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)相應(yīng)寬度的區(qū)域，求 T 的最小值． 圖 3 － 5 － 11 圖 3 － 5 － 12 思路點(diǎn)撥： 微粒做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力平衡． mg ＋ qE0＝ q v B .微粒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力和電場(chǎng)力平衡 mg ＝ qE0. 可解得 q 和 B .微粒做勻速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t1與做勻速圓周 運(yùn)動(dòng)的周期 t2之和即為電場(chǎng)變化的周期 T .據(jù)題給條件，磁場(chǎng)寬度須 d ≥ 2 R . 求出微粒直線運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間 t1 m i n( t2不變 ) ， t1m i n＋ t2即為電場(chǎng)變化周期的最小值． 解析： 此題考查粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題． ( 1 ) 微粒做直線運(yùn)動(dòng)，則 mg ＋ qE0＝ q v B ① 微粒做圓周運(yùn)動(dòng)，則 mg ＝ qE0 ② 聯(lián)立 ①② 得 q ＝mgE0 ③ B ＝2 E0v ④ ( 2 ) 設(shè)微粒從 N1運(yùn)動(dòng)到 Q 的時(shí)間為 t1，做圓周運(yùn)動(dòng)的周期為 t2，則 d2＝ v t1 ⑤ q v B ＝ mv2R ⑥ 2π R ＝ v t2⑦ 聯(lián)立 ③④⑤⑥⑦ 得 t1＝d2 v； t2＝π vg ⑧ 電場(chǎng)變化的周期 T ＝ t1＋ t2＝d2 v＋π vg ⑨ ( 3 ) 若微粒能完成題述的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，要求 d ≥ 2 R ⑩ 聯(lián)立 ③④⑥ 得 R ＝v22 g ? 設(shè) N1Q 段直線運(yùn)動(dòng)的最短時(shí)間為 t1m i n，由 ⑤⑩ ? 得 t1 m i n＝v2 g 因 t2不變， T 的最小值 Tm i n＝ t1 m i n＋ t2
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