1．電場的特點及作用特點：兩個D形盒之間的窄縫區(qū)域存在著______________的電場．作用：帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被__________．2．磁場的特點及作用
特點：D形盒處于與盒面垂直的______磁場中．作用：帶電粒子在洛倫茲力的作用下做_______ ____運動，從而改變____________，________周期后再次進入電場．
如何加速帶電微粒？回旋加速器的作用是什么？【答案】加速帶電微?？梢杂弥本€加速和回旋加速兩種方式；回旋加速器的作用是不斷通過電場加速使帶電微粒獲得相當大的速率．
回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是(　　)A．減小磁場的磁感應強度B．增大勻強電場間的加速電壓C．增大D形金屬盒的半徑D．減小狹縫間的距離
1．用途：測量帶電粒子的_______和分析_________的重要工具．2．運動過程
3．分析：如圖所示，根據(jù)帶電粒子在磁場中做圓周運動的_______大小，就可以判斷帶電粒子比荷的大小，如果測出半徑且已知電荷量，就可求出帶電粒子的________．
據(jù)報道，波羅的海地區(qū)發(fā)現(xiàn)空氣中的放射性同位素水平升高，這些放射性同位素的量很小，僅能在實驗室條件下檢測出．同一種元素，即有相同的原子序數(shù)，而質量數(shù)不同的原子或原子核互相稱為同位素．互為同位素的原子核在質譜儀中半徑越大，質量就越大嗎？【答案】互為同位素的原子核在質譜儀中半徑越大，質量就越大．
(多選)如圖是質譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器．速度選擇器內相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E.平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2.平板S下方有磁感應強度為B0的勻強磁場．下列表述正確的是(　　)
例1　(多選)用如圖所示的回旋加速器來加速質子，為了使質子獲得的最大動能增加為原來的4倍，可采用的方法是(　　)A．將其磁感應強度增大為原來的2倍B．將D形金屬盒的半徑增大為原來的2倍C．將兩D形金屬盒間的加速電壓增大為原來的4倍D．將加速電壓增大為原來的2倍
變式1　(多選)1932年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，下列說法正確的是(　　)A．離子由加速器的中心附近進入加速器B．質子被加速后的最大速度不可能超過2πfRC．離子從磁場中獲得能量D．離子從電場中獲得能量
(1)帶電粒子在電場中的加速時間可以忽略不計，因為兩個D形盒之間的縫隙很小，加速效果取決于加速電壓，與縫隙寬度無關．(2)回旋加速器也不可能將粒子速度無限提高，當粒子的速度可與光速相比擬時，相對論效應就會顯現(xiàn)，粒子的質量、運動周期都會發(fā)生變化，導致電場變化頻率與粒子運動頻率不同步，此時回旋加速器失去工作的條件．
(1)回旋加速器所加高頻交流電壓的周期等于粒子圓周運動的周期且不隨粒子半徑的變化而變化．(2)粒子的最終能量與加速電壓的大小無關，由磁感應強度B和D形盒的半徑?jīng)Q定．
1．質譜儀構造如圖所示，質譜儀主要由以下幾部分組成：①帶電粒子注入器；②加速電場(U)；③速度選擇器(B1，E)；④偏轉磁場(B2)；⑤照相底片．
例2　(多選)質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖所示．離子源S可以發(fā)出各種不同的正離子束，離子從S出來時速度很小，可以認為是靜止的．離子經(jīng)過加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場(圖中實線框所示)，并沿著半圓周運動到達照相底片上的P點，測得P點到入口處S1的距離為x.下列說法中正確的是(　　)
A．若離子束是同位素，則x越大，離子的質量越大B．若離子束是同位素，則x越大，離子的質量越小C．只要x相同，則離子的質量一定相同D．只要x相同，則離子的比荷一定相同【答案】AD
變式2　(多選)1922年英國物理學家阿斯頓因質譜儀的發(fā)明、同位素和質譜的研究榮獲了諾貝爾化學獎．若速度相同的同一束粒子由左端射入質譜儀后的運動軌跡如圖所示，則下列相關說法中正確的是(　　)A．該束粒子帶負電B．速度選擇器的P1極板帶正電
C．在B2磁場中運動半徑越大的粒子，質量越大D．在B2磁場中運動半徑越大的粒子，比荷越小
質譜儀的工作原理是將質量數(shù)不等、電荷數(shù)相等的不同帶電粒子，經(jīng)同一電場加速后再經(jīng)速度選擇器進入同一磁場偏轉，由于粒子質量不同導致軌道半徑不同而達到分離不等質量粒子的目的． 解答此類問題要做到：(1)對帶電粒子進行正確的受力分析和運動過程分析；(2)選取合適的規(guī)律，建立方程求解．
1．電磁場在科學技術中的應用主要有兩類，一類是利用電磁場的變化將其他信號轉化為電信號，進而達到轉化信息或自動控制的目的；另一類是利用電磁場對電荷或電流的作用，來控制其運動，使其平衡、加速、偏轉或轉動，已達到預定的目的．例如：
2．解決電磁場科學技術問題的一般過程
例3　(多選)隨著人民生活水平的提高，環(huán)境保護越來越受到重視．如圖所示為污水監(jiān)測儀的核心部分，兩塊寬度為b的矩形金屬極板平行正對置于排液口的上下表面，排液口側面厚度為d，有一垂直于側面向里的磁感應強度為B的勻強磁場．已知污水中含有大量的帶電荷量為q的正離子，當污水水流的速度為v時，在導體的上下表面間用電壓表測得的電壓為UH，則下列判斷正確的是(　　)
A．液體內離子只受洛倫茲力作用B．用電壓表測UH時，電壓表的“＋”接線柱接下表面C．厚度d越大，UH越大D．根據(jù)兩極板間的電壓值可以測出污水的流速【答案】CD
1．如圖所示，由兩種比荷不同的離子組成的離子束，從靜止經(jīng)電場加速后，經(jīng)過由正交的勻強電場和勻強磁場組成的速度選擇器后，進入另一個勻強磁場中并分裂為A、B兩束．離子的重力不計，下列說法中正確的有(　　)A．兩束離子的加速電壓相同B．組成A束和B束的離子質量一定相同C．A束離子的比荷大于B束離子的比荷D．A束離子的動能大于B束離子的動能【答案】C
2．某實驗室中有一種污水流量計，其原理可以簡化為如圖所示模型：廢液內含有大量正、負離子，從直徑為d的圓柱形容器右側流入，左側流出，空間有垂直紙面向里的磁感應強度為B的勻強磁場．已知流量值Q等于單位時間通過橫截面的液體的體積．下列說法正確的是(　　)
A．負離子所受洛倫茲力方向由M指向NB．M點的電勢高于N點的電勢C．污水流量計也可以用于測量不帶電液體的流速D．只需要測量M、N兩點間電壓就能夠推算廢液的流量【答案】D
3．(多選)回旋加速器由兩個D形盒D1、D2構成，D1、D2上加有垂直于表面的磁場，D1、D2間的空隙內加有交變電場，下列說法正確的是(　　)
A．帶電粒子從回旋加速器的電場中獲得能量B．回旋加速器中的電場和磁場交替對帶電粒子做功C．帶電粒子獲得的最大速度與加速器的半徑有關D．帶電粒子獲得的最大速度與所加磁場的強弱無關
4．(多選)磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把物體的內能直接轉化為電能．如圖是它的示意圖：平行金屬板M、N之間有一個很強的磁場，將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量正、負離子)噴入磁場，M、N兩板間便產(chǎn)生電壓．如果把M、N和用電器R連接，M、N就是直流電源的兩個電極．設M、N兩板間的距離為d，磁感應強度為B，等離子體以速度v沿垂直于磁場的方向射入M、N兩板之間，則下列說法中正確的是(　　)
A．M是直流電源的正極B．N是直流電源的正極C．電源的電動勢為BdvD．電源的電動勢為qvB【答案】BC
5．(多選)環(huán)形對撞機是研究高能離子的重要裝置，如圖所示正、負離子由靜止經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機的真空環(huán)狀空腔內，空腔內存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強磁場，磁感應強度大小為B．(兩種帶電離子將被局限在環(huán)狀空腔內，沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運動，從而在碰撞區(qū)迎面相撞)為維持帶電離子在環(huán)狀空腔中的勻速圓周運動，下列說法正確的是(　　)
6．一個用于加速質子的回旋加速器，其核心部分如圖所示，D形盒半徑為R，垂直D形盒底面的勻強磁場的磁感應強度為B，兩盒分別與交流電源相連．下列說法正確的是(　　)
A．質子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大B．質子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大C．只要R足夠大，質子的速度可以被加速到任意值D．不需要改變任何量，這個裝置也能用于加速α粒子
7．回旋加速器D形盒中央為質子流，D形盒的交流電壓為U，靜止質子經(jīng)電場加速后，進入D形盒，其最大軌道半徑為R，磁場的磁感應強度為B，質子質量為m.求：(1)質子最初進入D形盒的動能為多大？(2)質子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能為多大？(3)交流電源的頻率是多少？解：(1)粒子在電場中加速，由動能定理得eU＝Ek－0，解得Ek＝eU.

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第四節(jié) 洛倫茲力與現(xiàn)代技術

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