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广东省汕头市澄海中学高中物理 第三章 磁场 洛伦兹力的应用练习 新人教版选修3-1
一、质谱仪
质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具
2、基本原理
将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类
3、推导

二、加速器
（一）、直线加速器
1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=DEk．
2．直线加速器，多级加速
多级加速装置的原理图：(课本101页)
3．直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制．
（二）、回旋加速器
1、带电粒子在两D形盒中回旋周期 两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速 。
2、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为 。
3、回旋的最大半径是R，加速后的最大能量是 。
三、速度选择器
1、任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。
2、带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。即有确定的入口和出口。
3、这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都 。
四、磁流体发电机
分析：电动势： ，
电流： ，

五、电磁流量计
分析：磁感应强度为B,分析导电液体的速度：
流量：Q=
六、霍尔效应
分析：电势高的面是： ，两个面的电势差：

【课堂练习】
( )1、关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是
A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用
B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的
C、只有电场能对带电粒子起加速作用
D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动
( )2、质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断
A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大
B、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小
C、只要x相同，则离子质量一定相同
D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同
( )3、在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：
A.增大粒子射入时的速度 B.减小磁场的磁感应强度
C.增大电场的电场强度D.改变粒子的带电性质
( )4、一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子(H)加速到v，使它获得动能为Ek，则：(1)能把α粒子(He)加速到的速度为________．(2)能使α粒子获得的动能为________．(3)加速α粒子的交流电压频率与加速质子的交流电压频率之比为________．
( )5、长方体金属块放在匀强磁场中，有电流流过金属块，如图3-7-14所示，则
A、金属块上下表面电势相等
B、金属块上表面电势高于下表面电势
C、金属块上表面电势低于下表面电势
D、无法判断上下表面电势高低
（ ）6、目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机。如图所示表示了它的发电原理：将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压。如果射入的等离子体速度均为v，两金属板的板长为L，板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，那么板间等离子体的电阻率为
A. B. C. D.
（ ）7、为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在前后两个内侧固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U．若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是
A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高
B．前表面的电势一定低于后表面的电势，与哪种离子多无关
C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大
D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关
8、串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部b处有很高的正电势U，a、c两端均有电极接地（电势为零）。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入，当离子到达ｂ处时，可被设在ｂ处的特殊装置将其电子剥离，成为n价正离子，而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感应强度为B的匀强磁场中，在磁场中做半径为R的圆周运动。已知碳离子的质量为m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T，n=2，基元电荷e=1.6×10-19C，求R。

9、如图所示为磁流体发电机示意图．其中两极板间距d＝20cm，磁场的磁感应强度B=5T，若接入额定功率 P＝100 W的灯泡，灯泡正好正常发光，灯泡正常发光时的电阻R＝400 Ω．不计发电机内阻，求：（1）等离子体的流速多大？（2）若等离子体均为一价离子，则每秒钟有多少个什么性质的离子打在下极板．

10、如图所示．厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A’之间会产生电势差．这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d
式中的比例系数K称为霍尔系数． 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力．当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，
电量为e．回答下列问题：
（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势 下侧面A’的电势（填：高于、低于或等于）。
(2)电子所受的洛仑兹力的大小为 。
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为 。
(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数．

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