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高三上册物理 带电粒子在复合场中的运动(1) 逐字稿-3,336字

  师:同学们,今天我们来复习带电粒子在复合场中的运动。首先看几幅图,第一幅图,上方板带正电,下方带负电,空间形成电场,同时有垂直纸面向里的磁场。大量粒子从前面一个孔进来,思考一下,要满足什么条件才能从后面的小孔飞出去?这就是速度选择器的工作原理。速度必须满足(E)与(B)的关系。看图中负电荷射进来时,洛伦兹力与电场力平衡,这种情况下它才能从第一个孔进来,从第二个孔飞出去。速度选择器跟电荷的电量、质量没有关系。

  第二,磁流体发电机。这幅图中,(AB)本身原来没有电荷堆积,即(AB)之间没有电场,只有两侧空间有磁场。大量等离子体,也就是有正有负的大量离子,在磁场作用下,同学们伸手判断一下,磁场会让正离子、负离子怎么走。掌心让磁感线穿过,对于负例子,如果这样射来,大拇指指向反方向四个手指方向,大拇指向上就是洛伦兹力方向,所以负的到(a),正的到(b),就形成了这样的情况。特定粒子进来后,最后能形成一个稳定的电动势,给用电器(r)提供电能,这就是磁流体发电机。如果问这个电动势多大,我们可以推出来是(DVB),(v)是粒子的速率大小,(D)是(AB)两板的间距,(B)就是空间区域的匀强磁场的强弱。

  第三,电磁流量计,它能帮我们测定污水流量大小,在地下很难人为测定,用现代仪器可以比较精确地测定大范围的流量。(q)是流量的符号,测出来的(q)跟什么有关呢?特定速度流进后,速度大小会决定(AB)两端的电压差大小,通过(U_{AB})这个电压差的大小,我们可以获得流量的大小,这就是电磁流量计的工作原理。

  霍尔元件常用来测定磁场强弱,在自动控制方面起作用。正电荷定向运动形成电流,从左到右流过霍尔元件,此时加一个垂直版面的匀强磁场,磁场会让正电荷往上跑,堆积到一定程度就会形成空间电场。这个电场力跟洛伦兹力会达到平衡,平衡对应的(U)指的是上下的电势差,它跟电流的强弱大小、(B)磁感应强度的大小有关。(nqD)中,(n)是载流子的浓度,单位体积里载流子的个数,(q)是每一个载流子的电量大小,(D)是上方标的符号厚度。由霍尔元件根据(U)的大小可以知道(B)的强弱,即能测出来空间磁场的强弱。

  质谱仪,大量带电粒子从(a)下方的小孔(S_1)出来后,被加速电压加速获得速度,射入磁场中,在匀强磁场中做圆周运动,打在不同位置,(x)是落点之间的距离。根据这个(x)我们可以找到粒子的质量,这在研究同位素的时候非常有用。

  下面看具体问题,这是一个速度选择器,粒子从(O)点射入,从(b)出去。增大磁感应强度后,粒子从(c)轴出去,且(AC = AB)。先问,(O)到(b)它受的是恒力作用还是变力作用?做什么运动?(O)到(b)在匀强电场中受到的电场力是恒定的,但在匀强磁场中受到的洛伦兹力大小和方向都会改变。因为电场力做功会改变粒子速率,洛伦兹力大小会随速率改变而改变。所以粒子做非匀变速曲线运动。那粒子是负电荷还是正电荷呢?加大磁感应强度后粒子往上跑,说明粒子受到向上的洛伦兹力,根据左手定则可以判断粒子带正电。两次穿过叠加场的过程中,电场做功情况如何呢?已知是正电荷,(a)到(b),电场力向下,位移向下,电场力做正功,速度增大;(a)到(c),正粒子电场力向下,但位移向上,电场力做负功。这两个功大小一样,一正一负。怎么求速度呢?利用动能定理,(O)到(b)过程中电场力做功对应的动能变化,(O)到(c)过程中再次利用动能定理,这里电场力做负功,根据这两个动能定理的表达式可以解出(v)的大小。所以这道题答案是(A)、(B)、(D)。

  下面看磁流体发电机的问题。大量等离子体进来后,正离子偏向哪里?伸出左手就能判断,正离子在上方,所以(A)选项错误。那电动势怎么求呢?这道题要先看懂电路,灯泡功率是(100)瓦,电阻(100)欧,根据(P = \frac{U^{2}}{R}),可以很快算出(U = 100)伏。题目说不计离子及发电机内阻,那么两端电压就是电动势,所以(B)正确。还有个难点,每秒钟(6.25×10^{18})个粒子打在金属板(n)上,怎么处理呢?这里要理解电流强度定义式(I = \frac{q}{t}),(q)是单位时间通过某一界面的电荷量,电荷量(q = nq_{0}),(n)是粒子个数,(q_{0})是每个粒子带的电量。已知回路中的电压、功率、电阻,能算出通过灯泡的电流。还要明白速度大小跟电动势的关联,两板原来没有电势差,离子堆积后形成电势差,最后形成向下的电场,对正电荷向下作用,洛伦兹力向上作用,达到平衡时,根据平衡关系可以知道(U)的大小。这道题的正确选项是(B)、(C)、(D)。

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