1.磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)。如圖所示,平行金屬板之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng),將一束含有大量正、負(fù)帶電粒子的的等離子體,沿圖中所示方向噴入磁場(chǎng),圖中虛線框部分相當(dāng)于發(fā)電機(jī),把兩個(gè)極板與用電器相連,則( )B.若只增大金屬板間距,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)減小C.若只增大帶電粒子電荷量,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大D.若只增大噴入粒子的速度,發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)增大磁流體發(fā)電機(jī)原理。洛倫茲力和電場(chǎng)力,考慮雙力作用的六種儀器:速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計(jì)、質(zhì)譜儀、回旋加速器、霍爾效應(yīng)。分析原理的思路就是受力分析,研究帶電粒子在洛倫茲力、電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)。2.科學(xué)家可以利用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效控制。如圖所示,圓心為О。半徑為r的圓形區(qū)域外存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。P是圓外一點(diǎn),OP=3r。一質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子從P點(diǎn)在紙面內(nèi)沿著與PO成θ=60°角的方向射出,不計(jì)粒子重力。若要求粒子不能進(jìn)入圓形區(qū)域,則粒子運(yùn)動(dòng)的速度可能為( )帶電粒子只受洛倫茲力下的勻速圓周運(yùn)動(dòng),作圖為第一要?jiǎng)?wù),作圖有技巧,需要多思考。直接作圖法、先主圖后輔助、草圖看條件、動(dòng)圓找規(guī)律。作圖,圓弧軌跡與無(wú)磁場(chǎng)的圓形區(qū)域分別外切、內(nèi)切,切點(diǎn)和軌跡圓圓心、空心圓圓心,三點(diǎn)共線。找?guī)缀侮P(guān)系求對(duì)應(yīng)的半徑,再算速度,為了不進(jìn)入圓形區(qū)域,速度的范圍是小于下限,大于上限。走極端不走中間,高不成低不就最難受,能量大了改造世界,能量小了改造地球,就怕半瓶醋,活得比較憋卻。3.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的帶負(fù)電的粒子(粒子的重力不計(jì)),從x軸正方向上的P點(diǎn)以速度v沿與x軸成60°的方向射入第一象限內(nèi)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,并恰好垂直于y軸正方向射出第一象限。已知OP=a,則帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周的半徑r及勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小分別為( )先主后輔,畫出整圓,從里邊截取符合題意的圓弧,再補(bǔ)上坐標(biāo)系,然后找?guī)缀侮P(guān)系,求半徑及磁感應(yīng)強(qiáng)度。本題為多選,也可以投機(jī)取巧,半徑和磁感應(yīng)強(qiáng)度必須匹配,也可以找出正確選線。4.兩長(zhǎng)度均為L(zhǎng)的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線P、Q鎖定在傾角為θ的光滑絕緣斜面上,質(zhì)量分別為m、3m,兩導(dǎo)線流入的電流大小均為I,重力加速度大小為g,其截面圖如圖所示?,F(xiàn)在施加一垂直斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,與此同時(shí)對(duì)兩導(dǎo)線解除鎖定,兩導(dǎo)線間距離保持不變一起沿斜面向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。下列說(shuō)法正確的是C.所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小滿足B>2mgsinθ/ILD.若BIL=3mgsinθ,撤去勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的瞬間,其他條件不變,則P、Q的加速度大小之比為3:1相當(dāng)于連接體的問(wèn)題。受力分析,牛頓運(yùn)動(dòng)定律足夠解決了。多體受力分析注意方法,整體法只分析外力,隔離法所受力全部分析,與一個(gè)帶電系統(tǒng)處于同一勻強(qiáng)電場(chǎng)的受力問(wèn)題類似。5.一種獲得高能粒子的裝置如圖所示。環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁施場(chǎng),A、B為環(huán)形區(qū)域內(nèi)兩塊中心開有小孔的極板。t=0時(shí)A板電勢(shì)為+U,B板電勢(shì)為零,質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子在A板小孔處由靜止開始加速;粒子離開B板時(shí),A板電勢(shì)立即變?yōu)榱?,此后粒子在環(huán)形區(qū)域內(nèi)做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。每當(dāng)粒子到達(dá)A板時(shí),A板電勢(shì)變?yōu)椋玌,離開B板時(shí),A板電勢(shì)變?yōu)榱?;B板電勢(shì)始終為零。如此往復(fù),粒子在電場(chǎng)中一次次被加速。為使粒子在環(huán)形區(qū)域內(nèi)繞行半徑不變,需不斷調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。A、B板間距遠(yuǎn)小于R,不考慮電場(chǎng)、磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的影響,不考慮相對(duì)論效應(yīng)的影響,不計(jì)粒子的重力。(1)求粒子繞行n圈回到A板時(shí)的動(dòng)能En。(3)在粒子繞行的整個(gè)過(guò)程中,A板電勢(shì)+U越高,粒子最終的速度就越大,你同意這種說(shuō)法嗎?并說(shuō)明理由。與課本上不同的回旋加速器,同樣不變的是電場(chǎng)加速,磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn),只不過(guò)偏轉(zhuǎn)半徑不變,速度大小變化,偏轉(zhuǎn)半徑不變,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度必須變化。(1)問(wèn)需要注意究竟是加速了n次還是n+1次。如何分析呢?認(rèn)真讀題,從A點(diǎn)開始又回到A點(diǎn)。(2)問(wèn)電場(chǎng)中的加速時(shí)間題中未說(shuō)是否考慮,但未告知兩極板間的距離,也就無(wú)法計(jì)算電場(chǎng)中的加速時(shí)間,因此只算磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)時(shí)間,求磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間,不能走老路了,磁感應(yīng)強(qiáng)度也在變化,運(yùn)動(dòng)的周期雖然與速度無(wú)關(guān),但是并不妨礙利用周長(zhǎng)和速率計(jì)算周期。(3)終極速度的考驗(yàn),看來(lái)是回旋加速器的標(biāo)配。安培力問(wèn)題受力分析還是很關(guān)鍵,帶電粒子受洛倫茲力作用的勻速圓周運(yùn)動(dòng),幾何問(wèn)題很關(guān)鍵,想辦法作圖,有圖就可幫助分析、思考。動(dòng)圓、磁聚焦問(wèn)題本節(jié)沒(méi)有涉及,若說(shuō)解決思路,關(guān)鍵還是在作圖上,作圖到位就成功了絕大部分。 復(fù)習(xí)基本結(jié)束,與力學(xué)掛鉤的問(wèn)題,受力分析是基本功,必須扎實(shí),否則,下一步就無(wú)法繼續(xù),牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理為主要運(yùn)用的規(guī)律。力學(xué)有問(wèn)題,這三方面看看哪一塊遺漏,結(jié)合經(jīng)典習(xí)題深度思考來(lái)突破。
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