高中物理------8个电磁场仪器

高中物理20种电磁学仪器1.电视机原理1.电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的.电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示.磁场方向垂直于圆面.磁场区的中心为O，半径为r.当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点.为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？解析：如图所示，电子在磁场中沿圆弧ab运动，圆心为O，半径为R，以v表示电子进入磁=场时的速度，m、e分别表2.电磁流量计2.电磁流量计广泛应用于测量可导电液体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）．为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道．其中空部分的长、宽、高分别为图中的a 、b 、c ．流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度B 的匀强磁场，磁场方向垂直前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R 的电流表的两端连接，I 表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（ ）A.I c bR B a ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭B.I b aR B c ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭C.I a cR B b ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭D.I bc R B a ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭3.质谱仪3.如图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。

设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A 中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。

分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U 的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s2、s3射入磁感强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ 。

最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s3的细线。

若测得细线到狭缝s3的距离为d，试导出分子离子的质量m的表达式。

2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题60 电磁场中各类仪器使用原理特训目标特训内容目标1 速度选择器（1T—3T）目标2 质谱仪（4T—6T）目标3 磁流体发电机（7T—9T）目标4 电磁流量计（10T—12T）目标5 霍尔元件（13T—15T）目标6 回旋加速器（16T—18T）一、速度选择器1．如图所示，两水平金属板构成的器件中同时存在着匀强电场和匀强磁场，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。

一带电粒子以某一水平速度从P点射入，恰好能沿直线运动，不计带电粒子的重力。

下列说法正确的是（）A．粒子一定带正电B．粒子的速度大小v=B EC．若粒子速度大小改变，则粒子将做曲线运动D．若粒子速度大小改变，则电场对粒子的作用力会发生变化【答案】C【详解】A ．粒子做直线运动，竖直方向受力平衡，如果粒子带正电，则电场力向下，洛伦兹力向上，如果粒子带负电，则电场力向上，洛伦兹力向下，故粒子电性不确定，故A 错误； B ．根据平衡条件得qvB =qE 解得v =E B故B 错误； CD ．若粒子速度大小改变，则洛伦兹力大小改变，故粒子将做曲线运动，电场力做功，粒子速度大小改变，但电场力不变，故C 正确，D 错误。

故选C 。

2．速度选择器装置如图所示，α粒子（42He ）以速度0v 自O 点沿中轴线'OO 射入，恰沿'O 做匀速直线运动。

所有粒子均不考虑重力的影响，下列说法正确的是（ ）A ．α粒子（42He ）以速度0v 自'O 点沿中轴线从右边射入也能做匀速直线运动 B ．电子（01e -）以速度0v 自O 点沿中轴线射入，恰沿中轴线'OO 做匀速直线运动C ．氘核（21H ）以速度012v 自O 点沿中轴线'OO 射入，动能将减小D ．氚核（31H ）以速度20v 自O 点沿中轴线'OO 射入，动能将增大【答案】B【详解】α粒子（42He ）以速度0v 自O 点沿中轴线射入，恰沿中轴线做匀速直线运动，将受到向上的洛伦兹力和向下的电场力，满足0qv B qE =解得0E v B=即α粒子的速度满足速度选择器的条件； A ．α粒子（42He ）以速度0v 自'O 点沿中轴线从右边射入时，受到电场力向下，洛伦兹力也向下，故会向下偏转不会做匀速直线运动，A 错误；B ．电子（01e -）以速度0v 自O 点沿中轴线射入，受到电场力向上，洛伦兹力向下，依然满足电场力等于洛伦兹力，而做匀速直线运动，即速度选择器不选择电性而只选择速度，B 正确；C．氘核（21H）以速度12v自O点沿中轴线'OO射入，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，电场力做正功，动能将增大，C错误；D．氚核（31H）以速度2v自O点沿中轴线'OO射入，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，电场力做负功，动能将减小，D错误。

必考点03 电磁场中的各种仪器题型一 速度选择器例题1 如图所示，M 为加速器、N 为速度选择器，两平行导体板之间有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B 。

从S 点释放一初速度为0、质量为m 、电荷量为q 的带电粒子，经M 加速后恰能沿直线（图中平行于导体板的虚线）通过N 。

不计重力，则（ ）A ．N 板间的电场强度方向垂直导体板向上B ．仅将粒子电荷量改为2q ，仍能沿直线通过NC ．仅将M 的加速电压变大，粒子通过N 时会向上偏转D ．仅将N 中的电场和磁场方向均与原来相反，粒子仍能沿直线通过N 【答案】D【解析】A ．当粒子带正电时 ，根据左手定则，受到的洛伦兹力向上，则电场强度方向垂直导体板向下，当粒子带负电时 ，根据左手定则，受到的洛伦兹力向下，则电场强度方向垂直导体板向下，故A 错误； B ．在选择器中，根据平衡条件qEqvB 在加速器中212qU mv仅将粒子电荷量改为2q ，速度增大，洛伦兹力大于电场力，粒子不能平衡，不能沿直线通过N ，故B 错误；C ．仅将M 的加速电压变大，则进入选择器时的速度变大，当粒子带负电时，向下的洛伦兹力大于向上的电场力，粒子会向下偏转，故C 错误；D ．仅将N 中的电场和磁场方向均与原来相反，则粒子受到的洛伦兹力和电场力均反向，仍能平衡，沿直线通过N ，故D 正确。

故选D 。

题型二 质谱仪例题2 如图所示，三个粒子a 、b 、c 分别以a v 、b v 、c v 的速率进入速度选择器，a 粒子打在速度选择器的上极板，b 和c 粒子沿直线运动后进入偏转磁场，b 粒子打在1A 点，c 粒子打在2A 点，不计粒子重力，下列说法正确的是（ ）A ．上极板比下极板的电势低B ．一定有a b v v >C ．a 、b 粒子一定都带负电D ．b 粒子的比荷一定大于c 粒子的比荷【答案】D【解析】AB. b 和c 粒子沿直线运动后进入偏转磁场，b 粒子打在1A 点，c 粒子打在2A 点，由左手定则可知b 粒子带负电，c 粒子带正电，b 和c 粒子在速度选择器中沿直线运动，在速度选择器中受力平衡，则有qEqvB 解得Ev B=说明在速度选择器中做直线运动的速度与粒子的比荷无关，即有b c Ev v B==由于c 粒子带正电，c 粒子在速度选择器中受到的洛伦兹力向上，电场力向下，可知电场方向由上极板指向下极板，故上极板比下极板的电势高，选项AB 错误； C. 当a 粒子带正电时，a 粒子在速度选择器中受到的洛伦兹力向上，电场力向下，由a 粒子打在速度选择器的上极板，可知a qE qv B <解得a Ev B>当a 粒子带负电时，a 粒子在速度选择器中受到的洛伦兹力向下，电场力向上，由a 粒子打在速度选择器的上极板，可知a qE qv B >解得a Ev B<由于不知道a 粒子在速度选择器中的具体速度大小，故a 粒子可能带正电，也可能带负电，选项C 错误；D. b 和c 粒子在偏转磁场中，根据牛顿第二定律2v qvB m R'=解得mv R qB ='可知b 和c 粒子在偏转磁场中的轨迹半径与粒子的比荷成反比，从轨迹图可知b c R R <故有b 粒子的比荷一定大于c 粒子的比荷，选项D 正确； 故选D 。

1有关电磁场的仪器一、速度选择器如图所示平行板器件中，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，所以叫做速度选择器,这是质谱仪的重要组成部分。

速度选择器原理：1.粒子受力特点：同时受方向相反的电场力和磁场力作用。

2.粒子匀速通过速度选择器的条件：电场力和洛伦兹力平衡：qE=qvB ，v=E/B 速度大小只有满足v=E/B 的粒子才能沿直线匀速通过。

注意：1.速度选择器对正、负电荷均适用。

2.速度选择器中的E 、B 的方向具有确定的关系，仅改变其中一个方向，就不能对速度做出选择。

3.速度选择器只能单向选择，如上图中粒子从右侧进入会受到相同方向的电场力和洛伦玆力而打到板上【例1】如图所示，一个电子经加速电压U 1后得到一定的速度，然后进入正交的电场和磁场，电子沿直线经过经过偏转极板后从右边S 板中央孔穿出，已知磁场强度为B ，上下极板间距为d （电子质量为m ，带电量为-e ）. 问：（1）水平极板间的电场强度为多少？（2）若电场强度不变，调节B 的大小，使得电子恰好从水平极板的下边缘射出打在S 板上，问打在板上前的速度是大小？二、质谱仪质谱仪是测量带电粒子荷质比的工具。

质谱仪的作用，就是把同一种元素的各种同位素都区分开来（各同位素按质量大小排列，形成一个"谱"）。

原理：带电粒子垂直入射到磁场中，做圆周运动的圆周半径与质量有关（r=mv/qB ），根据半径与质量的关系就可以区别各个同位素。

【例2】（2001年高考理综卷）如图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。

设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A 中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的离子。

离子从狭缝S 1以很小的速度进入电压为U 的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝S 2、S 3射入磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ 。

电磁学部分：1、基本概念：电场、电荷、点电荷、电荷量、电场力(静电力、库仑力)、电场强度、电场线、匀强电场、电势、电势差、电势能、电功、等势面、静电屏蔽、电容器、电容、电流强度、电压、电阻、电阻率、电热、电功率、热功率、纯电阻电路、非纯电阻电路、电动势、内电压、路端电压、内电阻、磁场、磁感应强度、安培力、洛伦兹力、磁感线、电磁感应现象、磁通量、感应电动势、自感现象、自感电动势、正弦交流电的周期、频率、瞬时值、最大值、有效值、感抗、容抗、电磁场、电磁波的周期、频率、波长、波速2、基本规律：电量平分原理(电荷守恒)库伦定律(注意条件、比较-两个近距离的带电球体间的电场力)电场强度的三个表达式及其适用条件(定义式、点电荷电场、匀强电场)电场力做功的特点及与电势能变化的关系电容的定义式及平行板电容器的决定式部分电路欧姆定律(适用条件)电阻定律串并联电路的基本特点(总电阻;电流、电压、电功率及其分配关系)焦耳定律、电功(电功率)三个表达式的适用范围闭合电路欧姆定律基本电路的动态分析(串反并同)电场线(磁感线)的特点等量同种(异种)电荷连线及中垂线上的场强和电势的分布特点常见电场(磁场)的电场线(磁感线)形状(点电荷电场、等量同种电荷电场、等量异种电荷电场、点电荷与带电金属板间的电场、匀强电场、条形磁铁、蹄形磁铁、通电直导线、环形电流、通电螺线管)电源的三个功率(总功率、损耗功率、输出功率;电源输出功率的最大值、效率)电动机的三个功率(输入功率、损耗功率、输出功率)电阻的伏安特性曲线、电源的伏安特性曲线(图像及其应用;注意点、线、面、斜率、截距的物理意义)安培定则、左手定则、楞次定律(三条表述)、右手定则电磁感应想象的判定条件感应电动势大小的计算：法拉第电磁感应定律、导线垂直切割磁感线通电自感现象和断电自感现象正弦交流电的产生原理电阻、感抗、容抗对交变电流的作用变压器原理(变压比、变流比、功率关系、多股线圈问题、原线圈串、并联用电器问题) 3、常见仪器：示波器、示波管、电流计、电流表(磁电式电流表的工作原理)、电压表、定值电阻、电阻箱、滑动变阻器、电动机、电解槽、多用电表、速度选择器、质普仪、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计、日光灯、变压器、自耦变压器。