高中物理洛倫茲力的應(yīng)用(2)
3、電磁流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體(如污水)在管中的流量(在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積)。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖所示的橫截面為長方體的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c。流量計的兩端與輸送流體的管道相連接(圖中虛線)。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料。現(xiàn)于流量計所在處加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當(dāng)導(dǎo)電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為 ，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為( )
A、 B、
C、 D、
4、串列加速器是用來產(chǎn)生高能離子的裝置，圖中虛線框內(nèi)為其主體的原理示意圖，其中加速管的中部b處有很高的正電勢U，a、c兩端均有電極接地(電勢為零)?，F(xiàn)將速度很低的負(fù)一價碳離子從a端輸入，當(dāng)離子到達(dá)b處時，可被設(shè)在b處的特殊裝置將其電子剝離，成為n價正離子，而不改變其速度大小。這些正n價碳離子從c端飛出后進入一與其速度方向垂直的、磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，在磁場中做半徑為R的圓周運動。已知碳離子的質(zhì)量m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.5T，n=2，基元電荷e=1.6×10-19C，求R。
5、如圖所示為實驗用磁流體發(fā)電機原理圖，兩板間距d=20cm，磁場的磁感應(yīng)強度B=5T，若接入額定功率P=100W的燈，正好正常發(fā)光，且燈泡正常發(fā)光時電阻R=100 ，不計發(fā)電機內(nèi)阻，求：
(1)等離子體的流速是多大?
(2)若等離子體均為一價離子，每秒鐘有多少個
什么性質(zhì)的離子打在下極板上?
【能力訓(xùn)練】
1、如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道的半徑為R，均勻輻向電場的場強為E，磁分析器中有垂直紙面向外的勻強磁場，磁感應(yīng)強度為B。問：
(1)為了使位于A處電量為q、質(zhì)量為m的離子，
從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿圖中圓弧虛線通過靜電
分析器，加速電場的電壓U應(yīng)為多大?
(2)離子由P點進入磁分析器后，最終打在乳膠片
上的Q點，該點距入射點P多遠(yuǎn)?若有一群離子從靜止
開始通過該質(zhì)譜儀后落在同一點Q，則該群離子有什么共同點?
2、正負(fù)電子對撞機的最后部分的簡化示意圖如圖甲所示(俯視圖)，位于水平面內(nèi)的粗實線所示的圓環(huán)形真空管道是正、負(fù)電子做圓運動的“容器”，經(jīng)過加速器加速后的正、負(fù)電子被分別引入該管道時，具有相等的速率v，它們沿管道向相反的方向運動。在管道內(nèi)控制它們轉(zhuǎn)彎的是一系列圓形電磁鐵，即圖中的A1、A2、A3…AN，共N個，均勻分布在整個圓環(huán)內(nèi)(圖中只示意性地用細(xì)實線畫出幾個，其余的用細(xì)虛線表示)，每個電磁鐵內(nèi)的磁場都為勻強磁場，并且磁感應(yīng)強度都相同，方向豎直向下，磁場區(qū)域的直徑為d。改變電磁鐵內(nèi)電流的大小，就可改變磁場的磁感應(yīng)強度，從而改變電子偏轉(zhuǎn)的角度。經(jīng)過精確調(diào)整，實現(xiàn)電子在環(huán)形管道中沿圖乙為粗實線所示的軌跡運動，這時電子經(jīng)過每個電磁鐵時射入點和射出點都在電磁鐵的同一條直徑的兩端。這就為進一步實現(xiàn)正、負(fù)電子的相對撞做好了準(zhǔn)備。
(1)試確定正、負(fù)電子在管道內(nèi)各是沿什么方向旋轉(zhuǎn)的。
(2)已知正、負(fù)電子的質(zhì)量都是m，所帶電荷都是元
電荷e，重力不計。試求電磁鐵內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小。
3、如圖所示為質(zhì)譜儀的示意圖。速度選擇器部分的勻強電場場強E=1.2×105V/m，勻強磁場的磁感強度為B1=0.6T。偏轉(zhuǎn)分離器的磁感強度為B2=0.8T。求：
(1)能通過速度選擇器的粒子速度多大?
(2)質(zhì)子和氘核進入偏轉(zhuǎn)分離器后打在照相底片
上的條紋之間的距離d為多少?
4、如右圖所示為一種可用于測量電子電荷量e與質(zhì)量m比值e/m的陰極射線管，管內(nèi)處于真空狀態(tài)，圖中L是燈絲，當(dāng)接上電源時可發(fā)出電子，A是中央有小圓孔的金屬板，當(dāng)L和A間加上電壓時(其電壓值比燈絲電壓大很多)，電子將被加速并沿圖中虛直線所示的路徑到達(dá)熒光屏S上的O點，發(fā)出熒光。P1、P2為兩塊平行于虛直線的金屬板，已知兩板間距為d，在虛線所示的圓形區(qū)域內(nèi)可施加一勻強磁場，已知其磁感強度為B，方向垂直紙面向外。a、b1、b2、c1、c2都是
固定在管殼上的金屬引線。E1、E2、E3是三個電壓可調(diào)并
可讀出其電壓值的直流電源。
(1)試在圖中畫出三個電源與陰極射線管的有關(guān)引線的連線。
(2)導(dǎo)出計算e/m的表達(dá)式。要求用應(yīng)測物理量及題給已知量表示。
5、20世紀(jì)40年代，我國物理學(xué)家朱洪元先生提出，電子在勻強磁場中做勻速圓周運動時會發(fā)出“同步輻射光”，輻射光的頻率是電子做勻速圓周運動頻率的k倍。大量實驗證明朱洪元先生的上述理論是正確的。并準(zhǔn)確測定了k的數(shù)值。近幾年來同步輻射光已被應(yīng)用于大規(guī)模集成電路的光刻工藝中。
若電子在某勻強磁場中做勻速圓周運動時產(chǎn)生的同步輻射光的頻率為f，電子質(zhì)量為m、電量為e。不計電子發(fā)出同步輻射光時所損失的能量及對其運動速率和軌道的影響。
(1)寫出電子做勻速圓周運動的周期T與同步輻射光的頻率f之間的關(guān)系式：
(2)求此勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小。
(3)若電子做勻速圓周運動的半徑為R，求電子運動的速率。
6、設(shè)金屬條左側(cè)有一個方向垂直紙面向里、磁感應(yīng)強度為B且面積足夠大的勻強磁場。涂有熒光材料的金屬小球P(半徑忽略不計)置于金屬條的正上方，與A點相距為L，如圖所示。當(dāng)強光束照射到A點時發(fā)生光電效應(yīng)，小球P由于受到光電子的沖擊而發(fā)出熒光。在紙面內(nèi)若有一個與金屬條成 角射出的荷質(zhì)比為 的光電子恰能擊中小球P，則該光電子的速率v應(yīng)為多大?
7、電視機顯象管如圖1的工作原理的示意圖如圖所示，陰極K發(fā)射的電子束(初速度可視為零)經(jīng)高壓加速電壓U加速后正對圓心進入磁感應(yīng)強度為B，半徑為r的圓形勻強磁場區(qū)，偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏P上。
若電子的荷質(zhì)比為k，那么電子通過圓形磁場區(qū)過程的偏轉(zhuǎn)角 是多少?
8、質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要儀器，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m、電量為q的正離子，設(shè)粒子產(chǎn)生時速度很小，可忽略不計，離子經(jīng)電壓U加速后從縫隙S1垂直進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，沿圓弧經(jīng)過半個圓周的運動達(dá)到照相底片P上而被記錄下來，測量它在P上的位置距S1處的距離為y，試導(dǎo)出離子質(zhì)量m與y值之間的函數(shù)關(guān)系。
9、我國科學(xué)家研制的阿爾法磁譜儀由“發(fā)現(xiàn)號”航天飛機搭載升空，用于探測宇宙中的反物質(zhì)和暗物質(zhì)(即由“反粒子”構(gòu)成的物質(zhì))。“反粒子”與其對應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和電量。但電荷符號相反，例如氚核 的反粒子 。設(shè)磁譜儀核心部分截面區(qū)域是半徑為r的圓形勻強磁場，P為入射窗口，各粒子從P射入速度相同，均沿直徑方向，P、a、b、c、d、e為圓周上等分點，如圖所示，如果反質(zhì)子射入后打在a點，那么反氚核粒子射入，將打在何處，其偏轉(zhuǎn)角多大。
10、1879年美國物理學(xué)家霍爾在研究載流導(dǎo)體在磁場中受力性質(zhì)時，發(fā)現(xiàn)了一種前所未知的電磁效應(yīng)：若將通電導(dǎo)體置于磁場中，磁感應(yīng)強度B垂直于電流I方向，如圖所示，則在導(dǎo)體中垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一個橫向是勢差UH¬、稱其為霍爾電勢差。根據(jù)這一效應(yīng)，在測出霍爾電勢差UH、導(dǎo)體寬度d、厚度b、電流I及該導(dǎo)體的霍爾系數(shù)H(H=1/nq，其中n為單位體積內(nèi)載流子即定向移動的電荷的數(shù)目，q為載流子的電量)可精確地計算出所加磁場的磁感應(yīng)強度表達(dá)式是什么?
高中物理洛倫茲力的應(yīng)用相關(guān)文章：
7.高二物理備課計劃