专题 带电粒子在叠加场中应用实例(速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件)(课件)-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版2019选择性必修第二册）

第一章 安培力与洛伦兹力 专题 带电粒子在叠加场中应用实例 —速度选择器、磁流体发电机、电磁流量计、霍尔元件 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 主讲人：点石成金 CONTENTS 01 速度选择器 02 03 电磁流量计 04 目录 典型例题 霍尔元件 磁流体发电机 05 随堂练习 2 ①粒子受力情况：仅受电场力： ②粒子在极板间运动的时间： ③粒子在极板间运动的加速度： ④粒子射出电场时的偏转距离： ⑤ 粒子离开电场时竖直方向的速度： ⑥ 粒子射出电场时速度的偏转角θ满足： 带电粒子在匀强电场偏转（类平抛运动）的结论 知识回顾 (1)当电荷运动的方向与磁场方向的夹角为θ时（v与B成θ角），电荷所受的洛伦兹力为：F洛＝qvBsin θ. (2)当电荷运动的方向与磁场方向垂直时（v⊥B）：F洛＝qvB. (3)当电荷运动的方向与磁场方向平行时（v∥B）：F洛＝0. (4)当电荷静止于磁场中时（v =0）: F洛＝0 (即静止电荷不受洛伦兹力) 上式中各量的单位： F洛为N，q为C，v为m/s，B为T F安与F洛本质都是磁场对运动电荷的作用力 洛伦兹力的计算公式 01 速度选择器 安培力与洛伦兹力 5 在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。 这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫速度选择器。 原理：在电、磁场中，若不计粒子重力，则： 一、速度选择器 1、定义：正交的匀强电场和匀强磁场的区域，带电粒子能沿直线匀速通过，这个区域叫做速度选择器。 2、条件：带电粒子所受的洛伦兹力和电场力平衡。即qvB=qE，其选择出的速度v=E/B 3、正负电荷都能以速度v=E/B从左向右沿直线匀速通过速度选择器 4、速度选择器不仅选择速度的大小而且选择速度的方向。但是速度选择器与粒子电性和电荷量以及质量无关。 注：速度选择器只选择速度的大小和方向，而不选择粒子的质量、电量和电性。 ×××× ×××× v 速度选择器 …………… …………… …………… 特点1：带电粒子只有具有速度为__________时，粒子才能沿着图示虚线路径通过这个速度选择器； 作用：只能选择速度的__________，不能选择粒子的___________________ 特点2：注意二板间电场E、磁场B方向、大小的制约关系，以保证粒子受到的电场力和洛伦兹力______________ 特点3：粒子匀速直线通过二板具有_______，不能仍作匀速运动而返回 特点4：粒子速度v>E/B 时粒子将向_________方向偏，当粒子速度V<E/B时粒子将向__________方向偏而在二板间作非直线运动 等大、反向 方向性 洛伦兹力 电场力 大小和方向 质量、电量、正负 例1.如图，在两水平极板间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下，磁场方向垂直于纸面向里。一带电粒子以某一速度沿水平直线通过两极板。若不计重力，下列四个物理量中哪一个改变时，粒子运动轨迹不会改变（ ）。 A: 粒子速度的大小 B: 粒子所带的电荷量 C: 电场强度 D: 磁感应强度 B 例2.如图所示的正交电场和磁场中，有一粒子沿垂直于电场和磁场的方向飞入其中，并沿直线运动(不考虑重力作用)，则此粒子（ ） A．一定带正电 B．一定带负电 C．一定不带电 D．可能带正电或负电，也可能不带电 D 例3．如图所示为一速度选择器，极板的长度为L，匀强电场为E和匀强磁场的强度为B，一带正电粒子以速度v0沿垂直电场和磁场方向射入场区后恰好沿直线通过此区域，现带电粒子沿原方向以速度v射入该场区，则粒子从射入场区到穿出场区的过程中（ ） A．若v＞v0，粒子沿轨迹Ⅰ运动，场区中运动的时间t＞L/v B．若v＞v0，粒子沿轨迹Ⅱ运动，场区中运动的时间t＜L/v C．若v＜v0，粒子沿轨迹Ⅰ运动，场区中运动的时间t＞L/v D．若v＜v0，粒子沿轨迹Ⅱ运动，场区中运动的时间t＜L/v AD 02 磁流体发电机 安培力与洛伦兹力 12 磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，右图是它的示意图，平行金属板A、B之间有一个很强的磁场，将一束等粒子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，AB两板间便产生电压。如果把AB和用电器连接，AB就是一个直流电源的两个电极。 二、磁流体发电机 思考1：正、负离子飞别向哪个极板偏转？ 正离子向B极板偏转 负离子向A极板偏转 匀速直线运动 思考2：粒子最终做什么运动？ 将一束等离子体喷射入磁场，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。最终达到平衡：带电