帶電粒子在復合場中運動的實際應用典例內(nèi)容全演示文稿

帶電粒子在復合場中運動的實際應用典例內(nèi)容全演示文稿當前第1頁\共有19頁\編于星期六\5點帶電粒子在復合場中運動的實際應用典例內(nèi)容全當前第2頁\共有19頁\編于星期六\5點思考問題1：V+q一電量為q的帶正電的粒子以速度v射入勻強電場和勻強磁場相互正交的場區(qū)中，電場強度為E，磁感應強度為B，該帶電粒子可能做什么樣的運動？(重力不計）當前第3頁\共有19頁\編于星期六\5點一.速度選擇器【例1】某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點O以速度v0向右射去，從右端中心a下方的b點以速度v1射出；若增大磁感應強度B，該粒子將打到a點上方的c點，且ac=ab，則該粒子帶___電；第二次射出時的速度為_________.若要使粒子從a點射出,則B=

.正E/V0B

ca

b當前第4頁\共有19頁\編于星期六\5點如圖所示，一束正離子垂直射入正交的勻強磁場和勻強電場區(qū)域，結果發(fā)現(xiàn)有些離子仍保持原來的運動方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)．如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進入另一勻強磁場中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束，對這些進入另一磁場的離子，可得出結論（）A．它們的動能一定各不相同B．它們的電荷量一定各不相同C．它們的質(zhì)量一定各不相同D．它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同訓練1：D當前第5頁\共有19頁\編于星期六\5點二．質(zhì)譜儀構造:主要由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏

等組成.如圖所示：①帶電粒子注入器；②加速電場（U）；③速度選擇器（B1、E）；④偏轉(zhuǎn)磁場（B2）；⑤照相底片。作用:測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素.當前第6頁\共有19頁\編于星期六\5點【例2】質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場和顯示屏等組成．帶電粒子從容器下方的小孔進入加速電場，其初速度幾乎為零．若帶電粒子最后打在照相底片的P點,現(xiàn)測得P到入口S的距離為x,已知B1，B2，E，求該帶電粒子的比荷(U未知)PS答案:當前第7頁\共有19頁\編于星期六\5點思考問題2：一束等離子體（由等量的+q和-q組成）以恒定速度v射入平行板電容器中，極板原來不帶電，板間距為d,中間存在垂直紙面向里的勻強磁場，磁感應強度為B，帶電粒子將會如何運動？穩(wěn)定時上下兩板的電勢差為多大？(重力不計,設發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子都打在了極板上）+q

-q

VU=Bdv+q

-q

當前第8頁\共有19頁\編于星期六\5點

其等離子氣體噴入磁場，正、負離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到兩極板上，在兩極板上產(chǎn)生電勢差.設等離子氣體的電阻率為，則電源的內(nèi)阻為：三、磁流體發(fā)電機原理：推理：設A、B平行金屬板的面積為S，相距L，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應強度為B當?shù)入x子氣體勻速通過A、B板間時，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢差最大，即為電源電動勢。此時離子受力平衡：∵

Eq＝Bqv電動勢：ε＝EL＝BLv∴

E＝Bv則Ｒ中的電流為：rRI+e=LRSBLvSr+=當前第9頁\共有19頁\編于星期六\5點【例3】

目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機叫磁流體發(fā)電機，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。如圖所示為它的發(fā)電原理圖．將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電或負電的微粒，從整體上來說呈電中性)射入磁感應強度為B的勻強磁場，磁場中有兩塊面積為S，相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構成一電路．設氣流的速度為v，氣體的電導率(電阻率的倒數(shù))為g，則流過外電阻R的電流強度I及電流方向為()D當前第10頁\共有19頁\編于星期六\5點

如圖所示，一圓形導管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導電的液體向左流動。

導電液體中的自由電荷（正負離子）在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電勢差。原理：當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。流量（Q）：四、電磁流量計qEqvB=QdUq×=BdUv=\SvQ=BdU2d2×p=）（B4dUp=當前第11頁\共有19頁\編于星期六\5點例4：

電磁流量計的原理圖如圖所示，橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c．流量計的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中的虛線）．圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料．現(xiàn)于流量計所在處加磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面．當導電液體穩(wěn)定地流過流量計時，在管道外將流量計上、下表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I

表示測得的電流值．已知流體的電阻率為ρ，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量（流量等于單位時間內(nèi)流過的體積）為（）A當前第12頁\共有19頁\編于星期六\5點磁場的作用：交變電場以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運動，其周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無關，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場加速。1、概述電場的作用：回旋加速器的的兩個D形盒之間的夾縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速。交變電壓的作用：為保證粒子每次經(jīng)過夾縫時都被加速，使之能量不斷提高，須在夾縫兩側加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓。五、回旋加速器當前第13頁\共有19頁\編于星期六\5點3)若粒子的電量為q，最終能量為E，加速電壓為U，則回旋圈數(shù)為1)帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場的變化周期，粒子每經(jīng)過一個周期，被電場加速多少次？2)設加速電壓為U，粒子的電量為q，則

每次加速增加的動能為

4)若每次加速時的電壓為U，將帶電粒子在狹縫之間的運動首尾連接起來可看成什么運動？一個初速度為零的勻加速直線運動2、粒子在回旋加速器中運動時間當前第14頁\共有19頁\編于星期六\5點5)D形盒的半徑為R，兩盒間距為d，質(zhì)子在電場中加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，加速電壓大小可視為不變，比較：質(zhì)子在電場中的加速時間與質(zhì)子在D形盒中運動時間在D形盒中回旋時間為分析：設質(zhì)子最終速度為v，加速次數(shù)為nпп由于R遠遠大于d，故可忽略粒子在電場中運動時間比較：結論：粒子在加速器中運動總時間為t總

=nT/2，n為加速次數(shù)在電場中加速時間為2、粒子在回旋加速器中運動時間當前第15頁\共有19頁\編于星期六\5點分析：對于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半徑是相同的（回旋的最大半徑等于D形盒的半徑），設最大半徑為R，最終能量為E。結論：粒子的最終能量與加速電壓無關，與回旋的最大半徑有關。加速電壓的高低只會影響加速次數(shù)，并不影響加速后的最大動能思考：粒子的最終能量與加速電壓有關嗎？3、粒子最終能量當前第16頁\共有19頁\編于星期六\5點例5：回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子流，D形盒間的交變電壓為U＝2×104V，靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后，進入D形盒，其最大軌道半徑R＝1m，磁場的磁感應強度B＝0.5T，質(zhì)子的質(zhì)量m＝1.67×10－27kg。問：（1）質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能是多大？共加速了多少次？（2）交變電源的頻率是多大？當前第17頁\共有19頁\編于星期六\5點IBdh六、霍爾效應I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍爾系數(shù)當前第18頁\共有19頁\編于星期六\5點例六、如圖所示．厚度為h，寬度為d的導體板放在垂直于它的磁感應強度為B的均勻磁場中，當電流通過導體板時，在導體板的上側面A和下側面A’之間會產(chǎn)生電勢差．這種現(xiàn)象稱為霍爾效應．實驗表明，當磁場不太強時，電勢差U、電流I和B的關系為U=kIB/d，式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)．