帶電粒子在勻強磁場中的運動實例分析

奧斯特實驗電流的磁效應注：導線沿南北方向放置安培分子電流假說安培認為:在原子、分子等物質(zhì)微粒的內(nèi)部，存在著一種環(huán)形電流——分子電流。分子電流使每個微粒都成為微小的磁體，它的兩側相當于兩個磁極。永磁體的磁場、電流的磁場產(chǎn)生的本質(zhì)是一樣的，都是由運動的電荷產(chǎn)生的所有分子電流的取向一致時，物體就顯磁性分子電流的取向雜亂無章時，物體不顯磁性問題：怎樣解釋下列磁現(xiàn)象⑴鐵質(zhì)物體的磁化⑵磁體受到高溫或猛烈撞擊失去磁性拓展：課本P94+-例5、如圖所示，一條勁度系數(shù)較小的金屬彈簧處于自由狀態(tài)，當彈簧通以電流時，彈簧將（）Ａ.縱向收縮，徑向膨脹；Ｂ.縱向伸長，徑向收縮；Ｃ.縱向收縮，徑向伸長；Ｄ.縱向伸長，徑向膨脹。A螺線管通電后，在軸向上有收縮趨勢；在徑向上有擴張趨勢．（4）推論分析法S

NIB2B1B1B2F1F1F2F2鐵芯、線圈和指針是一個整體可以轉動。

2.磁電式電流表1.電磁炮①線圈的轉動是怎樣產(chǎn)生的?②線圈為什么不一直轉下去？③為什么指針偏轉角度的大小可以說明被測電流的強弱?④如何根據(jù)指針偏轉的方向來確定電路上電流的方向?電動機思考題：在玻璃器皿的中心，放一個圓柱形的電極，沿邊緣內(nèi)壁放一個圓環(huán)形電極，把它們分別與電池的兩極相連，然后再在玻璃器皿中放入導電液體，例如鹽水，若把玻璃器皿放在磁場中，如圖所示，那么液體會轉動嗎？如果轉？往什么方向轉？

俯視圖：顯像管原理示意（俯視）電子槍熒光屏顯像管的磁偏轉線圈偏轉線圈

顯像管的偏轉線圈vfAOB①不加磁場,電子打在何處?②要打在A處,應加什么樣的磁場?③要打在B處,應加什么樣的磁場?④要電子打在熒光屏上的位置由B逐漸向A靠近,磁場應該怎樣變化?NS陽極+陰極-熒光屏狹縫電子束.陰極射線管磁場對運動電荷的作用兩個平行的通電環(huán)形線圈可產(chǎn)生沿軸線方向的勻強磁場帶電粒子在氣泡室運動徑跡帶電粒子在汽泡室運動徑跡的照片。有的粒子運動過程中能量降低，速度減小，徑跡就呈螺旋形。宇宙射線例3、我國第21次南極科考隊在南極觀看到了美麗的極光。極光是由來自太陽的高能量帶電粒子流高速沖進高空稀薄大氣層時，被地球磁場俘獲，從而改變原有運動方向，向兩極做螺旋運動，如圖5所示。這些高能粒子在運動過程中與大氣分子或原子劇烈碰撞或摩擦從而激發(fā)大氣分子或原子，使其發(fā)出有一定特征的各種顏色的光。地磁場的存在，使多數(shù)宇宙粒子不能到達地面而向人煙稀少的兩極偏移，為地球生命的誕生和維持提供了天然的屏障。科學家發(fā)現(xiàn)并證實，向兩極做螺旋運動的這些高能粒子的旋轉半徑是不斷減小的，這主要與下列哪些因素有關：

A.洛倫茲力對粒子做負功，使其動能減小

B.空氣阻力做負功，使其動能減小

C.南北兩極的磁感應強度增強

D.太陽對粒子的引力做負功

變式1.在充有一定電量的平行板電容器兩極板間有一勻強磁場，已知場強E的方向和磁感應強度B的方向垂直，有一帶電粒子束以初速度v0射入，恰能不偏離它原來的運動方向，勻速通過此區(qū)域，如圖所示，在下列情況下，當改變一個或兩個物理條件，而保持其它條件不變.若重力不計，則帶電粒子束的運動不受影響的情況是()(A)增大電容器兩板間距離；(B)改變磁場方向為垂直紙面向外；(C)增大帶電粒子束的射入初速度；(D)將電場和磁場同時增強一倍；(E)使帶電粒子束的入射方向變?yōu)榉撬椒较颍?F)將圖示磁場方向和電場方向同時改變?yōu)橄喾捶较颍?G)改用一束荷質(zhì)比不同于原來荷質(zhì)比的帶電粒子束水平射入ADFGV0變式2．如圖所示，真空中兩水平放置的平行金屬板間有電場強度為E的勻強電場，垂直場強方向有磁感應強度為B的勻強磁場，OO′為兩板中央垂直磁場方向與電場方向的直線，以下說法正確的是

[]A．只要帶電粒子（不計重力）速度達到某一數(shù)值，沿OO′射入板間區(qū)域就能沿OO′做勻速直線運動B．若將帶電微粒沿O′O射入板間區(qū)域，微粒仍有可能沿O′O做勻速直線運動C．若將帶電微粒沿OO′射入板間區(qū)域，微粒有可能做勻變速曲線運動D．若將帶電微粒沿OO′射入板間區(qū)域，微粒不可能做勻變速曲線運動ADO′EBO如圖所示，有一質(zhì)量為m，帶電量為+q的小球，從兩豎直的帶等量異種電荷的平行板上h高處始自由下落，板間有勻強磁場B，磁場方向垂直紙面向里，那么帶電小球在通過正交電磁場時()A.一定做曲線運動B.不可能做曲線運動C.可能做勻速直線運動D.可能做勻加速直線運動變式3Ldh+qP分析：小球在P點受力如圖：

qvBmgqE所受重力、電場力和磁場力不可能平衡，一定做曲線運動。即使在P點所受電場力和磁場力恰好平衡，在重力作用下向下加速運動，速度增大，洛侖茲力增大，也不可能做直線運動。A2、如圖所示，實線表示在豎直平面內(nèi)的勻強電場的電場線，電場線與水平方向的夾角為α，水平方向的勻強磁場與電場線正交，有一帶電液滴沿斜向上的虛線L做直線運動.L與水平方向的夾角為β，且α>β則下列說法中正確的是A.液滴一定做勻速直線運動B.液滴一定帶負電C.電場線方向一定斜向下D.液滴也有可能做勻變速直線運動A

1.質(zhì)譜儀一、質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀是測帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、基本原理3、推導2.回旋加速器（1）構造：D形盒強電磁鐵交流電源粒子源引出裝置

a、磁場的作用：b、電場的作用：c、加速的條件：（2）加速器的工作原理：是使粒子發(fā)生偏轉加速帶電粒子回旋加速器1、加速的條件:交流電周期電場變化周期回旋周期3、粒子回旋周數(shù)n=4、粒子在磁場中的時間t1=5、粒子在電場中的時間t2=

==R=mVm/Bq2、粒子飛出時的速度Vm——（D形盒半徑為R）mVm2/4Uqn(2πm/Bq)Vm/a(a=Uq/dm)將帶電粒子在電場中的運動首尾相連起來——初速為零的勻加速直線運動6、加速一次，回旋半徑就增大一次，各次半徑之比為：a.回旋加速器

優(yōu)點：體積小缺點：帶電粒子的能量不能很高我國1989年投入運行的高能粒子加速器---北京正負離子對撞機,全長200多米的直線加速器.它可使粒子的能量高達28億電子伏特b.直線加速器

優(yōu)點:可以獲得相當高能量的粒子

缺點:占地面積太大（1）D形盒半徑不能無限增大（2）受相對論效應制約，質(zhì)量隨速度而增大，周期T變化。3.速度選擇器BEUdVVBqVEqBqVEqVV被選擇的條件：V=E/B=U/dB與電性、電量無關只能從一個方向進入才被選擇從S極看向N極ABBVBqVBqVUq/dUq/d4.磁流體發(fā)電機d,U哪個板電勢高？V實驗用磁流體發(fā)電機，兩極板間距d=20cm，磁場的磁感應強度B=5T，若接入額定功率P=100W的燈泡，正好正常發(fā)光，且燈泡正常發(fā)光時電阻R=400Ω，不計發(fā)電機內(nèi)阻，求：①等離子體的流速為多大？②若等離子體均為一價離子，每秒鐘有多少個什么性質(zhì)的離子打在下極板？

5、電磁流量計如圖為電磁流量計的示意圖，非磁性管直徑為d，內(nèi)有導電液體流動，在垂直液體流向的方向上加垂直向里的勻強磁場B，測得液體a、b兩點間的電勢差為U，則管內(nèi)導電液體的流量Q=

m3/s。電磁流量計①流動的導電液體含有正、負離子②流量指單位時間內(nèi)流過的體積：Q=Sv③當液體內(nèi)的自由電荷所受電場力與洛侖茲力相等時，a、b間的電勢差穩(wěn)定。電磁泵:在原子反應堆中抽動金屬或在醫(yī)療器件中抽動血液等導電液時,由于不允許傳動的機械部分與這些液體相接觸,常使用一種電磁泵,圖中表示這種電磁泵的結構,將導管放在磁場中,當電流穿過導電液體時,這種液體即被驅動.問:(1)這種電磁泵的原理是什么?(2)導電管的截面積為a×b,磁場的寬度為L,磁感應強度為B,液體穿過磁場區(qū)域的電流強度為I,求驅動力造成的壓強差為多少?LabNISvB導電板高度為b厚度為d放在垂直于它的磁場B中。當有電流I通過它時，由于磁場使導體內(nèi)移動的電荷發(fā)生偏轉，結果在A、A’兩側分別聚集了正、負電荷，在導電板的A、A’兩側會產(chǎn)生一個電勢差為多大？

(單位體積內(nèi)電荷數(shù)為n,電量為q)其中

叫霍爾系數(shù)6、霍爾效應

1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導體放在磁場中，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。例12、霍爾效應可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運動的電子聚集在導體板的一側，在導體板的另一側會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當靜電子與洛侖茲力達到平衡時，導體上下兩側之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。設電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e?；卮鹣铝袉栴}：（1）達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導體板上側面A的電勢_____下側面的電勢（填高于、低于或等于）。（2）電子所受洛侖茲力的大小為______。（3）當導體板上下兩側之間的電勢差為U時，電子所受靜電力的大小為______。（4）由靜電力和洛侖茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)K=，其中n代表導體板單位體積中電子的個數(shù)。低于BeVUe/h例：如圖所示，長方形玻璃水槽中盛有NaCl

水溶液，在水槽的左右側c、d的內(nèi)側各裝一導體片，使溶液中通入沿x軸正方向的電流I，沿y

軸正方向加恒定的勻強磁場B，圖中a、b是垂直于z軸方向的前后兩側面，則：

A.a處電勢等于b處電勢

B.a處離子濃度大于b處離子濃度

C.溶液的上表面電勢等于下表面電勢

D.溶液的上表面處離子濃度大于下表面處的離子濃度bcNaIdZxyBABC分析：（1）電解質(zhì)中運動的鈉離子沿電流方向運動（圖中為右）而氯離子沿電流的反方向運動（圖中為左）。（2）由左手定則，它們所受的洛侖茲力都使它們偏向a側面,

故：a側面離子濃度大于b側面的離子濃度但由于到達a側面的電荷量相互抵消，故a側面不帶電，

b側面也不帶電，導體中無電場存在。因此：導體內(nèi)各點電勢均相等。故a、b側面電勢相等；上、下面也等（3）上、下表面離子濃度均相等。bcNaIdZxyB例：如圖所示,一塊通電的銅板放在磁場中,銅板的板面與磁場垂直,板內(nèi)通有圖示方向的電流a、b分別是銅板的左右