帶電粒子電磁場中運(yùn)動常見幾種儀器

1、帶電粒子電磁場中運(yùn)動常見幾種儀器第1頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三例1:如圖所示為一“濾速器”裝置示意圖。a、b為水平放置的平行金屬板，一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進(jìn)入a、b兩板之間。為了選取具有某種特定速率的電子，可在a、b間加上豎直方向的電壓，并沿垂直于紙面的方向加一勻強(qiáng)磁場，使所選電子仍能夠沿水平直線OO運(yùn)動，由O射出，不計重力作用，可能達(dá)到上述目的的辦法有哪些？帶電粒子在電磁場中運(yùn)動OabO第2頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三第3頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀是測量帶電粒

2、子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、基本原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，由于粒子動量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類3、推導(dǎo)第4頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三第5頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三例2:如圖所示，有a、b、c、d四個離子，它們帶等量同種電荷q,質(zhì)量關(guān)系：ma=mbmc=md，速度關(guān)系:ab=cd,進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1電場強(qiáng)度為E的速度選擇器后，有兩個離子從速度選擇器中射出，進(jìn)入B2磁場，由此可判定 A1 A2 A3 A4軌跡分別對應(yīng)什么離子？帶電粒子在電磁場中運(yùn)動

3、A3A1B1B2A2A4第6頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三例4:如圖所示，厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時，在導(dǎo)體的上側(cè)面A和下側(cè)面A之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 實驗表明：當(dāng)磁場不太強(qiáng)時，電勢差U，電流I和B的關(guān)系為： ,式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)。設(shè)電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速率為v,電荷量為-e, 問：(1) (2) F洛=？(3) UAA= U時，F(xiàn)電=？(4)當(dāng)靜電力和洛倫茲力平衡時 證明霍爾系數(shù)滿足： 帶電粒子在電磁場中運(yùn)動（全國高考）第7頁，共24頁，2022年，5

4、月20日，5點(diǎn)14分，星期三霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場的洛倫茲力使運(yùn)動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。第8頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三磁流體發(fā)電機(jī)的原理第9頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三第10頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三dLS例3:等離子氣體噴入磁場，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集到a、b板上，產(chǎn)生電勢差。設(shè)a、b平行金屬板的長度為L，正對面積為S

5、，相距d，等離子氣體的電阻率為，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過a、b板間時，求：(1)兩板間電勢差U？(2)通過R的電流I？帶電粒子在電磁場中運(yùn)動ab第11頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三 例4（江西省試題）：圖-4為磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖。設(shè)兩金屬板間的距離為d，兩極板間勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。等離子體垂直進(jìn)入磁場的速度為v,單個離子所帶的電量為q。離子通道（即兩極板內(nèi)所圍成空間）的等效電阻為r，負(fù)載電阻為R。求（1）該發(fā)電機(jī)的電動勢；（2）發(fā)電機(jī)的總功率。答案（1）電動勢E=Bdv (2)總功率第12頁，共24頁，20

6、22年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三電磁流量計根據(jù)霍爾效應(yīng)其原理可解釋為：所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動。導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差。當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定。由qvB=Eq= ，可得v= ， 流量Q=sv=電磁流量計第13頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三磁強(qiáng)計是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的儀器。其原理可解為：如圖-7所示，一塊導(dǎo)體接上a、b、c、d四個電極，將導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場之中，a、b間通以電流I，c、d間就會出現(xiàn)電勢差，只要測出

7、c、d間的電勢差U，就可測得B?；魻栃?yīng)（磁強(qiáng)計）第14頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三霍爾效應(yīng)（磁強(qiáng)計）導(dǎo)體中通過電流時，在運(yùn)動的電荷為電子，帶負(fù)電；當(dāng)電子所受電場力與洛侖茲力相等時，導(dǎo)體上、下側(cè)電勢差穩(wěn)定。設(shè)c、d間電勢差達(dá)到穩(wěn)定，則U=EL，此時導(dǎo)電的自由電荷受到的電場力與洛倫茲力相平衡，Eq=qvB，式中v為自由電荷的定向移動速度。由此可知， 。設(shè)導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，則電流I=nqsv，式中S為導(dǎo)體橫截面積，S=Ld。因此，由此可知BU。這樣只要將裝置先在已知磁場中定出標(biāo)度，就可通過測定U來確定B的大小了第15頁，共24頁，2022年，5月20日，

8、5點(diǎn)14分，星期三第16頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三第17頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三第18頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三回旋加速器名師1號P284第6、9題；P297第13題第19頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三第20頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三疊加場（電場、磁場、重力場中只少有兩個同時出現(xiàn)在同一區(qū)域）速度選擇器任何一個存在正交電場的磁場的空間都可看作速度選擇器速度選擇器只選擇速度而不選擇粒子的種類，只要v=E/B，粒子就能沿直線勻速通過選擇器，而與粒子的電性

9、、電荷量、質(zhì)量無關(guān)。（不計重力）對于確定的速度選擇器有確定的入口與出口。如圖所示，在平行金屬板間有勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，方向如圖，有一束正電荷沿中心線方向水平射入，卻分成三束分別由a、b、c三點(diǎn)射出，問可以確定的是這三束帶電粒子的什么物理量不相同?(重力不計)名師1號P283第3題第21頁，共24頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)14分，星期三磁流體發(fā)電機(jī)、電磁流量計、霍爾效應(yīng)（磁強(qiáng)計）磁流體發(fā)電機(jī)進(jìn)入磁場的粒子帶正、負(fù)電荷當(dāng)Eq=Bqv時兩板間電勢差達(dá)到最大電磁流量計流動的導(dǎo)電液體含有正、負(fù)離子U=Bdv流量指單位時間內(nèi)流過的體積：Q=Sv當(dāng)液體內(nèi)的自由電荷所受電場力與洛侖茲力相等時，a、b間的電勢差穩(wěn)定。名師1號P297第15題第22頁，共24頁，2022年，5月20日，