专题14 电子仪器模型大盘点---【模型与方法】备战2024年高考物理二轮热点模型

专题14 电子仪器模型大盘点 目录 一、电容器模型 1 二．质谱仪模型 2 三．回旋加速器模型 2 四．速度选择器模型 2 五．磁流体发电机模型 3 六．电磁流量计模型 3 七．霍尔元件模型 3 八．电子感应加速器模型 4 一、电容器模型 1．电容器 (1)组成：由两个彼此绝缘又相距很近的导体组成。 (2)带电荷量：一个极板所带电荷量的绝对值。 (3)电容器的充、放电 ①充电：使电容器带电的过程，充电后电容器两极板带上等量的异种电荷，电容器中储存电场能。 ②放电：使充电后的电容器失去电荷的过程，放电过程中电场能转化为其他形式的能。 2．电容 定义 电容器所带的电荷量Q与电容器两极板之间的电势差U之比 定义式 C＝；单位：法拉(F)、微法(μF)、皮法(pF)。1 F＝106μF＝1012pF 意义 表示电容器容纳电荷本领的高低 决定 因素 由电容器本身物理条件(大小、形状、相对位置及电介质)决定，与电容器是否带电及两极板间是否存在电压无关 3．平行板电容器的电容 (1)决定因素：极板的正对面积，电介质的相对介电常数，两板间的距离。 (2)决定式：C＝。 4．动态分析的思路 5．两类动态分析的比较 二．质谱仪模型 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。 (2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2。 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m。 由以上两式可得r＝ ，m＝，＝。 三．回旋加速器模型 (1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。 (2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关。 四．速度选择器模型 1．原理：平行板中匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。E与B的方向要匹配，带电粒子由左向右通过速度选择器，有如图甲、乙两种方向组合，带电粒子沿直线匀速通过速度选择器时有qvB＝qE。 2．选择速度：v＝ [注意]　(1)只能选择粒子的速度，不能选择粒子的电性、电荷量、质量。 (2)具有单一方向性：在图甲、乙中粒子只有从左侧射入才可能做匀速直线运动，从右侧射入则不能。 五．磁流体发电机模型 1．原理：如图所示，等离子体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而聚集在B、A板上，产生电势差，它可以把其他形式的能通过磁场转化为电能。 2．理解： (1)电源正、负极判断：根据左手定则可判断出图中的B板是发电机的正极。 (2)电源电动势U：设A、B平行金属板的面积为S，两极板间的距离为l，磁场磁感应强度为B，等离子体的电阻率为ρ，喷入气体的速度为v，板外电阻为R。当正、负离子所受电场力和洛伦兹力平衡时，两极板间达到的最大电势差为U(即电源电动势)，则q＝qvB，即U＝Blv。 (3)电源内阻：r＝ρ。 (4)回路电流：I＝。 六．电磁流量计模型 1．工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下会发生纵向偏转，使得a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间电势差就保持稳定，只要测得圆形导管直径d，平衡时a、b间电势差U，磁感应强度B等有关量，即可求得液体流量Q(即单位时间流过导管某一截面的导电液体的体积)。 2．有关关系： (1)导管的横截面积S：S＝。 (2)导电液体的流速v：自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，有qvB＝qE＝q，可得v＝。 (3)液体流量Q：Q＝Sv＝·＝。 (4)a、b端电势高低的判断：根据左手定则可得φa＜φb。 七．霍尔元件模型 1．模型：如图所示，高为h、宽为d的导体(自由电荷是电子或正电荷)置于匀强磁场B中，当电流通过导体时，在导体的上表面A和下表面A′之间产生电势差，这种现象称为霍尔效应，此电压称为霍尔电压。 2．电势高低的判断：导体中的电流I向右时，根据左手定则可得，若自由电荷是电子，则下表面A′的电势高。若自由电荷是正电荷，则下表面A′的电势低。 3．霍尔电压的计算：导体中的自由电荷(电荷量为q)在洛伦兹力作用下偏转，A、A′间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，A、A′间的电势差(U)就保持稳定，由qvB＝q，I＝nqvS，S＝hd，联立得U＝＝k，其中k＝称为霍尔系数。模型(四)　霍尔元件 八．电子感应加速器模型 即使没有导体存在，变化的磁场以在空间激发涡旋状的感应电场，电子感应器就是应用了这个原理，电子加速器是加速电子的装置，他的主要部分如图所示，画斜线的部分为电磁铁两极,在其间隙安放一个环形真空室,电磁铁用频率为