速度选择器、霍尔效应、磁流体发电机、电磁流量计、质谱仪、回旋加速器

带电粒子在复合场中的三类模型

一、速度选择器、霍尔效应、磁流体发电机、电磁流量计

① 速度选择器

例.在如图所示的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互垂直。一带电粒子（不计重力）从左端以速度沿虚线射入后做直线运动，则该粒子（ ）。

A: 一定带正电

B: 速度v =E B

C: 若速度v >E B ，粒子一定不能从板间射出 D: 若此粒子从右端沿虚线方向进入，仍然做直线运动

② 霍尔效应

例.如图所示，宽度为d 、厚度为h 的导体放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应，实验表明：当磁场不太强时，上下表面的电势差U 、电流I 和磁感应强度B 的关系为U =k IB d ：，式中的比例系数k 称为霍尔系数。设载流

子的电量为q ，下列说法中正确的是（ ）。

A: 载流子所受静电力的大小F =q U d

B: 导体上表面的电势一定大于下表面的电势

C: 霍尔系数为k =1nq ，其中n 为导体单位长度上的载流子数

D: 载流子所受洛伦兹力的大小为F 洛=

BI nhd ，其中n 为导体单位体积内的载流子数

③ 磁流体发电机

例.目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机,如图表示它的发电原理:将一束等离子体沿图中所示方向喷射入磁场,磁场中有两块金属板A 、B,这时金属板上就聚集了电荷.在磁极配置如图所示的情况下,下述说法正确的是( )

A. 板A 带正电

B. 有电流从b 经用电器流向a

C. 金属板A 、B 间的电场方向向下

D. 等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力

④ 电磁流量计

例1.如图为电磁流量计的示意图．直径为d 的非磁性材料制成的圆形导管内，

有导电液体流动，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于导电液体流动方向而穿过

一段圆形管道．若测得管壁内a 、b 两点间的电势差为U ，则管中导电液体的流

量Q=______．

例2.如图所示是电磁流量计的示意图。圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上MN 两点的电动势E ，就可以知道管中液体的流量Q ——单位时间内流过管道横截面的液体的体积。已知管的直径为d ，磁感应强度为B ，则关于Q 的表达式正确的是（ ）

A ．Q =

πdE B B ．Q =πdE 4B C ．Q =πd 2E 4B D ．Q =πd 2E B

二、 质谱仪

例1.质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，如图所示它的工作原理是各带电粒子(不计重力)经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场，然后利用各粒子打在荧光屏上的位置，根据圆周运动相关规

律就可以计算出它们的荷质比．图中虚线为某粒子运动轨迹，由图可知( )．

A ．此粒子带负电

B ．下极板S2比上极板S1电势高

C ．若只增大加速电压U ，则半径r 变大

D ．若只增大入射粒子的质量，则半径r 变小

例 2.质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器.工作原理如图所示,电荷量均为+q 、质量不同的离子初速度几乎为零地进入电压为U 0的加速电场。这些离子加速后通过狭缝O 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B 的匀强磁场中,最后打在底片上。 已知放置底片的区域MN 长度为L,且OM=L.某次测量

发现MN 中左侧2/3区域MQ 损坏,检测不到离子,但右侧1/3区域QN 仍能正常检

测到离子。在适当调节加速电压后,原本打在MQ 的离子即可在QN 检测到。为使

原本打在MN 点P 的离子能打在QN 区域,则加速电压U 的值不可能为( )

A. 16U 09

B. 100U 081

C. 140U 081

D. 2U 0

三、回旋加速器

例.回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分别与高频交流电源两极相连

接的两个D 形金属盒,两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都

能得到加速,两D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中,如图所示.设D 形盒半径为

R.若用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电频率为f.则下

列说法正确的是( )

A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR

B.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关

C.高频电源只能使用矩形交变电流,不能使用正弦交变电流

D.不改变B 和f,该回旋加速器也能用于加速α粒子