- 相關推薦
高考物理第二輪知識點歸納總結復習：洛侖茲力的應用
【學習目標】 掌握洛侖茲力的實際應用，學會提煉物理模型
【自主學習】
1、在圖中虛線所圍的區域內，存在電場強度為E的勻強電場和磁感應強度為B的勻強磁場，已知從左方水平射入的電子，穿過這區域時未發生偏轉，設重力可以忽略不計，則在此區域中E和B的方向可能是
A、E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相同
B、E和B都沿水平方向，并與電子運動方向相反
C、E豎直向上，B垂直紙面向外
D、E豎直向上，B垂直紙面向里
2、如圖所示，一束正離子從S點沿水平方向射出，在沒有電、磁場時恰好擊中熒光屏上的坐標原點O。若同時加上電場和磁場后，正離子束最后打在熒光屏上坐標系的系III象限中，則所加電場E和磁場B的方向可以是（不計重力和其他力）（ ）
A、E向上，B向上
B、E向下，B向下
C、E向上，B向下
D、E向下，B向上
3、質譜儀是測量帶電粒子的質量和分析同位素的重要工具。電荷電量相同質量有微小差別的帶電粒子，經過相同的加速電壓加速后，垂直進入同一勻強磁場，它們在勻強磁場中做勻速圓周運動，由qU= mv2和r= 求得：r= ，因此，根據帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑大小，就可判斷帶電粒子質量的大小，如果測出半徑且已知電量，就可求出帶電粒子的質量。
4、（1）回旋加速器是用獲得高能粒子的實驗設備，其核心部分是兩個D形金屬扁盒，兩D形盒的直徑相對且留有一個窄縫，D形盒裝在 容器中，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極間，磁場方向 于D形盒的底面。兩D形盒分別接在高頻交流電的兩極上，且高頻交流電的 與帶電粒子在D型盒中的 相同，帶電粒子就可不斷地被加速。
（2）回旋加速器中磁場起什么作用？
（3）回旋加速器使粒子獲得的最大能量是多少？最大能量與加速電壓的高低有何關系？
（4）回旋加速器能否無限制地給帶電粒子加速？
【典型例題】
1、粒子速度選擇器怎樣選擇粒子的速度？
例：如圖所示，a、b是位于真空中的平行金屬板，a板帶正電，b板帶負電，兩板間的電場為勻強電場，場強為E。同時在兩板之間的空間中加勻強磁場，磁場方向垂直于紙面向里，磁感應強度為B。一束電子以大小為v0的速度從左邊S處沿圖中虛線方向入射，虛線平行于兩板，要想使電子在兩板間能沿虛線運動，則v0、E、B之間的關系應該是（ ）
A、 B、
C、 D、
2、質譜儀怎樣測量帶電粒子的質量？
例：如圖所示，質譜儀主要是用研究同位素
（即原子序數相同原子質量不同的元素）的儀器，
正離子產生帶電量為q的正離子，經S1、S2兩
金屬板間的電壓U加速后，進入粒子速度選擇器P1、P2之間，P1、P2之間有場強為E的勻強電場和與之正交的磁感應強度為B1的勻強磁場，通過速度選擇器的粒子經S1細孔射入磁感應強度為B2的勻強磁場沿一半圓軌跡運動，射到照相底片上，使底片感光，若該粒子質量為m，底片感光處距細孔S3的距離為x，試證明m=qB1B2x/2E。
3、正電子發射計算機斷層（PET）是分子水平上的人體功能顯像的國際領先技術，它為臨床診斷和治療提供全新的手段。
（1）PET在心臟疾病診療中，需要使用放射正電子的同位素氮13示蹤劑。氮13是由小型回旋加速器輸出的高速質子轟擊氧16獲得的，反應中同時還產生另一個粒子，試寫出該核反應方程。
（2）PET所用回旋加速器示意如圖，其中置于高真空中的金屬D形盒的半徑為R，兩盒間距為d，在左側D形盒圓心處放有粒子S，勻強磁場的磁感應強度為B，方向如圖所示。質子質量為m，電荷量為q。設質子從粒子S進入加速電場時的初速度不計，質子在加速器中運動的總時間為t（其中已略去了質子在加速電場中的運動時間），質子在電場中的加速次數與磁場中回旋半周的次數相同，加速質子時的電壓大小可視為不變。求此加速器所需的高頻電頻率f和加速電壓U。
（3）試推證當R d時，質子在電場中加速的總時間相對于在D形盒中回旋的時間可忽略不計（質子在電場中運動時，不考慮磁場的影響）。
4、磁流體發電機的電動勢是多少？
例：沿水平方向放置的平行金屬板的間距為d，兩板之間是磁感應強度為B的勻強磁場，如圖所示，一束在高溫下電離的氣體（等離子體），以v射入磁場區，在兩板上會聚集電荷出現電勢差，求：
（1）、N兩板各聚集何種電荷？
（2）、N兩板間電勢差可達多大？
5、電磁流量計怎樣測液體的流量？
例：如圖所示為一電磁流量計的示意圖，截面為正方形
的非磁性管，其每邊長為d，內有導電液體流動，在垂直液體
流動方向加一指向紙里的勻強磁場，磁感應強度為B。現測得
液體a、b兩點間的電勢差為U，求管內導電流體的流量Q。
6、霍爾效應是怎樣產生的？
例：如圖所示，厚度為h，寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中。當電流通過導體板時，在導體板的上側面A和下側面A′之間會產生電勢差，這種現象稱為霍爾效應。實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關系為U= 。式中的比例系數稱為霍爾系數。
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多余的正電荷，從而形成橫向電場。橫向電場對電子施加一洛倫茲力方向相反的靜電力。當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導體板上下兩側之間就會形成穩定的電勢差。
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，回答下列問題：
（1）達到穩定狀態時，導體板上側面A的電勢 下側面A′的電勢（填“高于”“低于”或“等于”）；
（2）電子所受的洛倫茲力的大小為 ；
（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）由靜電力和洛倫茲力平衡的條，證明霍爾系數為= ，其中n代表導體板單位體積中電子的個數。
【針對訓練】
1、帶電粒子速度選擇器（質譜儀）
圖所示的是一種質譜儀的示意圖，其中N
板的左方是帶電粒子的速度選擇器，選擇器內有
正交的勻強磁場B和勻強電場E，一束有不同速
率的正離子水平地由小孔進入場區。
（1）速度選擇部分：路徑不發生偏轉的離子的條是 ，即 。能通過速度選擇器的帶電粒子必須是速度為該值的粒子，與它 和 、 均無關。
（2）質譜儀部分：經過速度選擇器后的相同速率的不同離子在右側的偏轉磁場中做勻速圓周運動，不同比荷的離子 不同。P位置為照相底片記錄 。
2、一種測量血管中血流速度儀器的原理如圖所示，
在動脈血管左右兩側加有勻強磁場，上下兩側安裝電極
并連接電壓表，設血管直徑是2.0mm，磁場的磁感應強
度為0.080T，電壓表測出的電壓為0.10mV，則血流速
度大小為 m/s。（取兩位有效數字）。
3、電磁流量計廣泛應用于測量可導電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內通過管內橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設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，前后兩面是絕緣。現于流量計所在處加磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當導電流體穩定地流經流量計時，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 ，不計電流表的內阻，則可求得流量為（ ）
A、 B、
C、 D、
4、串列加速器是用產生高能離子的裝置，圖中虛線框內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）。現將速度很低的負一價碳離子從a端輸入，當離子到達b處時，可被設在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電機原理圖，兩板間距d=20cm，磁場的磁感應強度B=5T，若接入額定功率P=100W的燈，正好正常發光，且燈泡正常發光時電阻R=100 ，不計發電機內阻，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
【高考物理第二輪知識點歸納總結復習：洛侖茲力的應用】相關文章：
高考物理知識點復習歸納05-08
高考物理實驗總復習知識點歸納05-12
高考物理知識點總結歸納03-08
高考物理運動和力公式必考知識點歸納05-12
高考物理知識點歸納05-05
高考物理知識點復習摩擦力05-09
高考物理第二輪備考磁場重點知識點歸納05-12
高考物理電場公式總結知識點歸納05-05