帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的實(shí)際應(yīng)用

關(guān)于帶電粒子在復(fù)合場中運(yùn)動的實(shí)際應(yīng)用第1頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)用一：速度選擇器1、由一個正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場構(gòu)成2、帶電粒子必須以一個唯一確定的速度（大小和方向）才能通過速度選擇器，否則將發(fā)生偏轉(zhuǎn)。演示＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－――――――――――v第2頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三練習(xí)1：某帶正電粒子從圖中速度選擇器左端由中點(diǎn)O以速度v0向右射去，從右端中心a下方的b點(diǎn)以速度v1射出；若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，該粒子將打到a點(diǎn)上方的c點(diǎn)，且有ac=ab，則第二次射出時的速度為_____。若要使粒子從a點(diǎn)射出，電場E=_____。

acbov0Bv0qEqvB第3頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三練習(xí)2：在兩平行金屬板間有正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，一個帶正電粒子垂直于電場和磁場方向射入場中，射出時粒子的動能減少了，為了使粒子射出時動能增加，在不計(jì)重力的情況下，可采取的辦法是：（）A.增大粒子射入時的速度B.減小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度C.增大電場的電場強(qiáng)度D.改變粒子的帶電性質(zhì)

BCBE++++++++++++—————————————qEqvB分析：動能減少，說明qvB﹥qE動能增加，說明qvB﹤qE第4頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三abLvBR應(yīng)用二：磁流體發(fā)電機(jī)流體：等離子束演示第5頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三磁流體發(fā)電機(jī)兩極板間的距離為d,等離子束

以速度V射入，正負(fù)離子在洛倫茲力的作用

下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而打到兩極板上，從而使兩極板

帶正負(fù)電荷出現(xiàn)勻強(qiáng)電場，當(dāng)電場力與洛倫

茲力達(dá)到平衡時，兩極板間電壓達(dá)到最大值qUd＝qvBU=Bdv第6頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三例題：磁流體發(fā)電機(jī)的原理圖如圖所示,設(shè)想在相距為d的兩平行金屬板間加一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,兩板通過開關(guān)和燈泡相連.等離子體,由于正?負(fù)離子一樣多,且?guī)щ姾闪烤鶠閝,將其以速度v噴入甲?乙兩板之間,這時甲?乙兩板就會聚集電荷,產(chǎn)生電壓,它可以直接把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能,試問:(1)圖中哪個極板是發(fā)電機(jī)的正極?(2)發(fā)電機(jī)的電動勢多大?(3)設(shè)燈泡的電阻為R,極板間電離氣體的等效電阻為r，則發(fā)電機(jī)的輸出功率多大?第7頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三解析:(1)等離子體從左側(cè)射入磁場,正離子受向上的洛倫茲力而偏向甲板,使甲板上積累正電荷,相應(yīng)的乙板上積累負(fù)電荷,成為電源的正?負(fù)兩極.甲板是發(fā)電機(jī)的正極.

(2)當(dāng)開關(guān)斷開時,甲?乙兩板間的電壓即為電源的電動勢.穩(wěn)定時,甲?乙兩板上積累的電荷不再增加,此時的等離子體所受的洛倫茲力與電場力恰好平衡,則有即得電源的電動勢為E=Bdv.

(3)由閉合電路歐姆定律得：I=E/（R+r)=Bdv/(R+r)

所以發(fā)電機(jī)的輸出功率P出=

第8頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)用三：質(zhì)譜儀具有相同核電荷數(shù)而不同質(zhì)量數(shù)的原子互稱同位素，質(zhì)譜儀是分離各種元素的同位素并測量它們質(zhì)量的儀器，它由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏等組成，它的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。演示第9頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三練習(xí)：如圖為質(zhì)譜儀的原理圖，加速器的電壓為U1，選擇器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d，分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2，有一質(zhì)量為m，帶電量為e的正電子，經(jīng)加速后該粒子恰好能通過速度選擇器，進(jìn)入分離器后做勻速圓周運(yùn)動。求：（1）粒子的速度為多少？（2）速度選擇器的電壓

U2為多少？（3）粒子在B2中做圓周運(yùn)動的半徑為多少？第10頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三（1）加速電場

(2)速度選擇器（3）勻速圓周解析：根據(jù)題意可知第11頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三應(yīng)用四：回旋加速器由兩個D形盒構(gòu)成，兩D形盒的縫隙處接交流電源，兩D形盒空間加垂直的勻強(qiáng)磁場。演示第12頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三有關(guān)回旋加速器的幾個特征量：1.周期和頻率：可根據(jù)粒子的質(zhì)量和電量調(diào)整磁感應(yīng)強(qiáng)度和交流電壓的頻率使或T圓周=T交變2.最大速度：當(dāng)B、m、q一定時，粒子能獲得的最大速度決定于盒半徑。因?yàn)镽最大=R盒所以

可見粒子獲得的最大動能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B與

D形盒半徑R決定，與加速電壓無關(guān).f圓周=f交變第13頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三

練習(xí)1：關(guān)于回旋加速器中電場和磁場的作用的敘述，正確的是()A、電場和磁場都對帶電粒子起加速作用

B、電場和磁場是交替地對帶電粒子做功的

C、只有電場能對帶電粒子起加速作用

D、磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動CD第14頁，講稿共18頁，2023年5月2日，星期三練習(xí)2：一回旋加速器，在外加磁場一定時，可把質(zhì)子（）加速到使它獲得最大動能為EK，若用這一加速器加速α粒子。求：(1)加速α

粒子的交流電頻率與加速質(zhì)子的交流電頻率之比為多少？(2)能把α粒子（）加速到的最大速度為質(zhì)子的多少倍？(3)能使α粒子獲得的最大動能為多少？第15頁，講稿共18