2024届高考物理一轮复习讲义：18.6 洛伦兹力与现代科技

18.6洛伦兹力与现代科技 1.电视机显像管的工作原理（磁偏转） 1.构造 电视显像管主要由电子枪、偏转线圈和荧光屏三部分组成。 2.原理 (1)电子枪发射高速电子． (2)电子束在磁场中偏转． (3)荧光屏被电子束撞击时发光． 3.扫描 在偏转区的水平方向和竖直方向都有偏转磁场，其方向、强弱都在不断变化，使得电子束打在荧光屏上的光点从上向下、从左向右不断移动． 电子束从最上一行到最下一行扫描一遍，叫做一场，电视机中每秒要进行50场扫描，加上人的“视觉暂留”，所以我们感到整个荧光屏都在发光。 2.速度选择器（叠加场） 1.应用 用来选择某一特定速度的带电粒子。 2.结构 由接电源的两个平行金属板、垂直于电场的磁场组成。 3.工作原理 电量为q的带电粒子，以速度v垂直进入叠加场区域。无论粒子电荷正负，电场力与洛伦兹力方向均相反。若电场力等于洛伦兹力，则粒子可以匀速直线通过速度选择器。 过程分析： qE=qvB 故选择速度：v= 4.特点、推论 1.只选择特定的速度，与粒子正负、m、q均无关。 2.通过调节电磁场，可以选择速度大小为v= 3.速度选择器，对大小方向均由选择，甲图：右入射，乙图：左入射。 4.若或，粒子都将偏离直线运动。 5. 速度选择器，经常与质谱仪结合应用。 3.质谱仪（组合场） 1.应用 通过粒子打在底片上的轨迹半径r，可以算出粒子的比荷，从而测定带电粒子的质量和分析同位素。 2.结构 主要构件有粒子源、加速电场、选择电场、偏转磁场和照相底片组成。 3工作原理 由粒子源，产生电荷之后，经加速电场加速，不同带电粒子加速后，由于q、m不同，所以速度不同。 再经选择电场，选出待分析带电粒子的特征速度，进入偏转电场。 ①加速电场：qU＝mv2； ②选择电场： q＝qvB. ③偏转磁场：qvB＝，l＝2r； 由①②可得：U1=vBd 由①③可得：r＝ ， m＝，＝ (用来分析核质比) 4.霍尔元件（叠加场） 1.霍尔效应 1.结构 高h，长L,宽d的金属导体，放置在垂直的磁场中，从左向右通入恒定电流I。 2.原理 当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A＇之间会产生电势差，这种现象称为----霍尔效应。 3.工作原理 由于金属导体中定向移动的是电子，故电子受洛伦兹力向下偏转，聚集A＇（下面），则A电势高于A＇点，形成稳定的电势差，电子受电场力向上。 当电场力等于洛伦兹力时，电子直线通过，上下面间的电势差、电荷量饱和不再增加。 qvB＝q，I＝nqvS，S＝hd， 联立得：U＝＝k 称为霍尔电压 k＝称为霍尔系数 2. 电磁流量计 1.结构 非磁性材料制成的直径为D的圆管，外加垂直于磁感应强度B的匀强磁场。 2.工作原理 测出管壁上上a、b两点间的电势差U，就可以知道管中液体点位时间能流过的体积，流量Q（m3/s） a、b间的电势差(U)达到最大时有： q＝qvB. v＝. 则导电液体的流量：Q＝Sv＝·＝. 3. 磁流体发电机 1.结构 A、B平行金属板的面积为S，相距为L，等离子体的电阻率为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感强度为B，板外电阻为R。 2.工作原理 当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即电源电动势最大，此时离子受力平衡。 ， 电动势： 电源内电阻： 所以R中电流： 5.回旋加速器（组合场） 1.应用 给带电粒子持续加速，每个周期加速2次，经过多次加速，得到较大速度的带电粒子。 2. 构造 由两个D形盒置于匀强磁场中，其中间狭缝中加有周期性变化的交变电压。 3.工作原理 在狭缝中由电场加速，随后再D形盒中做匀速圆周运动后再次加速。 1.电场特点及作用 特点：交变电场周期等于，粒子做圆周运动的周期：T＝ 作用：对带电粒子加速，每次加速，粒子的动能增大：ΔEk＝ qU 2.磁场作用 作用：改变粒子的运动方向． 特点：粒子做匀速圆周运动 ，洛伦兹力提供向心力。 qvB＝m，r＝∝v 3.最大速度、最大动能 均取决于D形盒半径R，及磁感应强度B，与加速打压无关。 由：qvmB＝、Ekm＝mvm2 联立解得：Vm= Ekm＝； 4.运动时间 加速次数的计算：粒子在回旋加速器中被加速的次数n＝(U是加速电压的大小)，一个周期加速两次。 1.在D形盒中运动时间 t1＝T＝＝ (n是粒子被加速次数，达到最大速度时间t3=T) 2. 在狭缝中运动时间 t2＝＝＝ 因为t1≪t2，一般认为在盒内的时间近似等于t2。 a.若考虑在狭缝电场中加速时间：t＝ t1+t2＝+ b.若不考虑在狭缝电场中加速时间：t＝ t1＝ C.