带电粒子在复合场中运动的实际应用典例内容全.pptx

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1、带电粒子在复合场中运动的实际应用典例内容全思考问题思考问题1:V V+q+q一电量为一电量为q q得带正电得粒子以速度得带正电得粒子以速度v v射入匀强电射入匀强电场和匀强磁场相互正交得场区中场和匀强磁场相互正交得场区中,电场强度为电场强度为E E,磁感应强度为磁感应强度为B B,该带电粒子可能做什么样得运该带电粒子可能做什么样得运动？动？(重力不计重力不计)一一、速度选择器速度选择器【例例1】某带电粒子从图中速度选择器左端由中点某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以以速度速度v0向右射去向右射去,从右端中心从右端中心a下方得下方得b点以速度点以速度v1射出射出;若增大磁感应强度若增大磁感应

2、强度B,该粒子将打到该粒子将打到a点上方得点上方得c点点,且且ac=ab,则该粒子带则该粒子带_ 电电;第二次射出时得速度为第二次射出时得速度为_、若要使粒子从若要使粒子从a 点射出点射出,则则B=、212022vvv正正E/V0B c a b如图所示如图所示,一束正离子垂直射入正交得匀强磁场和匀强一束正离子垂直射入正交得匀强磁场和匀强电场区域电场区域,结果发现有些离子仍保持原来得运动方向结果发现有些离子仍保持原来得运动方向,未未发生任何偏转、如果让这些不偏转得离子进入另一匀强发生任何偏转、如果让这些不偏转得离子进入另一匀强磁场中磁场中,发现这些离子又分成几束发现这些离子又分成几束,对这些进入

3、另一磁场对这些进入另一磁场得离子得离子,可得出结论可得出结论()()A A、她们得动能一定各不相同、她们得动能一定各不相同B B、她们得电荷量一定各不相同、她们得电荷量一定各不相同C C、她们得质量一定各不相同、她们得质量一定各不相同D D、她们得电荷量与质量之比一定各不相同、她们得电荷量与质量之比一定各不相同训练训练1 1:D二、质谱仪二、质谱仪构造构造:主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏 等组成等组成、如图所示如图所示:带电粒子注入器带电粒子注入器;加速电场加速电场(U);速度选择器速度选择器(B1、E);偏转磁场偏转磁场(B2);

4、照相底片。照相底片。作用作用:测定带电粒子得质量和分析同位素测定带电粒子得质量和分析同位素、【例例2】质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转磁场和显示屏等组成、带电粒子从容器下方得小孔磁场和显示屏等组成、带电粒子从容器下方得小孔进入加速电场进入加速电场,其初速度几乎为零、其初速度几乎为零、若带电粒子最后若带电粒子最后打在照相底片得打在照相底片得P点点,现测得现测得P到入口到入口S得距离为得距离为x,已已知知B1,B2,E,求该带电粒子得求该带电粒子得比荷比荷(U未知未知)PSxBBEmq212答案答案:思考问题思考问题2 2:一束等离子体一束等离子体(由等量得

5、由等量得+q+q和和-q-q组成组成)以恒定速度以恒定速度v v射入平行板电容器中射入平行板电容器中,极板原来不带电极板原来不带电,板间距为板间距为d,d,中间存在垂直纸面向里得匀强磁场中间存在垂直纸面向里得匀强磁场,磁感应强度为磁感应强度为B B,带电粒子将会如何运动？稳定时上下两板得电带电粒子将会如何运动？稳定时上下两板得电势差为多大？势差为多大？(重力不计重力不计,设发生偏转得离子都打设发生偏转得离子都打在了极板上在了极板上)+q+q-q-q V VU=BdvU=Bdv+q+q-q-q rRI+e e LRSBLvSr r+【例例3】目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体目前世界上正在

6、研究一种新型发电机叫磁流体发电机发电机,她可以把气体得内能直接转化为电能。如图所示她可以把气体得内能直接转化为电能。如图所示为她得发电原理图、将一束等离子体为她得发电原理图、将一束等离子体(即高温下电离得气即高温下电离得气体体,含有大量带正电或负电得微粒含有大量带正电或负电得微粒,从整体上来说呈电中从整体上来说呈电中性性)射入磁感应强度为射入磁感应强度为B B得匀强磁场得匀强磁场,磁场中有两块面积为磁场中有两块面积为S S,相距为相距为d d得平行金属板与外电阻得平行金属板与外电阻R R相连构成一电路、设相连构成一电路、设气流得速度为气流得速度为v v,气体得电导率气体得电导率(电阻率得倒数电

7、阻率得倒数)为为g g,则流则流过外电阻过外电阻R R得电流强度得电流强度I I及电流方向为及电流方向为 ()()D四、电磁流量计四、电磁流量计qEqvB QdUq BdUv SvQ BdU2d2p p）（B4dUp p 例4:电磁流量计得原理图如图所示,横截面为长方形得一段管道,其中空部分得长、宽、高分别为图中得a、b、c、流量计得两端与输送液体得管道相连接(图中得虚线)、图中流量计得上下两面就是金属材料,前后两面就是绝缘材料、现于流量计所在处加磁感应强度为B得匀强磁场,磁场方向垂直于前后两面、当导电液体稳定地流过流量计时,在管道外将流量计上、下表面分别与一串接了电阻R得电流表得两端连接,I

8、 表示测得得电流值、已知流体得电阻率为,不计电流表得内阻,则可求得流量(流量等于单位时间内流过得体积)为()A.()B.()C.()D.()IcIbbRaRBaBcIaIbccRRBbBarrrr+A磁场得作用磁场得作用:交变电场以某一速度垂直磁场方向交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后进入匀强磁场后,在洛伦兹力得作用下做匀速圆周运在洛伦兹力得作用下做匀速圆周运动动,其周期在其周期在q、m、B不变得情况下与速度和轨道半不变得情况下与速度和轨道半径无关径无关,带电粒子每次进入带电粒子每次进入D形盒都运动相等得时间形盒都运动相等得时间(半个周期半个周期)后平行电场方向进入电场加速。后平行电

9、场方向进入电场加速。1、概述 电场得作用电场得作用:回旋加速器得得两个回旋加速器得得两个D形盒之间形盒之间得夹缝区域存在周期性变化得并垂直于两个得夹缝区域存在周期性变化得并垂直于两个D形盒形盒正对截面得匀强电场正对截面得匀强电场,带电粒子经过该区域时被加速。带电粒子经过该区域时被加速。交变电压得作用交变电压得作用:为保证粒子每次经过夹缝时都被加速为保证粒子每次经过夹缝时都被加速,使之能量使之能量不断提高不断提高,须在夹缝两侧加上跟带电粒子在须在夹缝两侧加上跟带电粒子在 D 形盒中运动周期相同得交变形盒中运动周期相同得交变电压。电压。五、回旋加速器五、回旋加速器3)若粒子得电量为若粒子得电量为q

10、,最终能量为最终能量为E,加速电压为加速电压为U,则回旋圈数为则回旋圈数为1)带电粒子在两带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场得变化周期得变化周期,粒子每经过一个周期粒子每经过一个周期,被电场加速多少次？被电场加速多少次？2)设加速电压为设加速电压为U,粒子得电量为粒子得电量为q,则则每次加速增加得动能为每次加速增加得动能为 qUKE4)若每次加速时得电压为若每次加速时得电压为U,将带电粒子在狭缝之间得运动首将带电粒子在狭缝之间得运动首尾连接起来可看成什么运动？尾连接起来可看成什么运动？一个初速度为零得匀加速直线运动一个初速度为零得匀加速直

11、线运动2、粒子在回旋加速器中运动时间5)D形盒得半径为形盒得半径为R,两盒间距为两盒间距为d,质子在电场中加速次数与回质子在电场中加速次数与回旋半周得次数相同旋半周得次数相同,加速电压大小可视为不变加速电压大小可视为不变,比较比较:质子在电质子在电场中得加速时间与质子在场中得加速时间与质子在D形盒中运动时间形盒中运动时间在在 D 形盒中回旋时间为形盒中回旋时间为分析分析:设质子最终速度为设质子最终速度为v,加速次数为加速次数为n由于由于R远远大于远远大于d,故可忽略粒子在故可忽略粒子在电场中运动时间电场中运动时间比较比较:结论结论:粒子在加速器中运动总时间为粒子在加速器中运动总时间为 t总总=

12、nT/2,n为加速次数为加速次数在电场中加速时间为在电场中加速时间为22nTn Rtvp122tdtRp2、粒子在回旋加速器中运动时间分析分析:对于同一回旋加速器对于同一回旋加速器,其粒子回旋得最大半径就是相同得其粒子回旋得最大半径就是相同得(回旋得最大半径等于回旋得最大半径等于D形盒得半径形盒得半径),设最大半径为设最大半径为R,最终能量最终能量为为E。mRqBmvEqBmv221R2222由最大半径得：结论结论:粒子得最终能量与加速电压无关粒子得最终能量与加速电压无关,与回旋得最大半径有与回旋得最大半径有关。加速电压得高低只会影响加速次数关。加速电压得高低只会影响加速次数,并不影响加速后得

13、最并不影响加速后得最大动能大动能思考思考:粒子得最终能量与加速电压有关吗？粒子得最终能量与加速电压有关吗？3、粒子最终能量例例5:回旋加速器回旋加速器 D 形盒中央为质子流形盒中央为质子流,D 形盒间得交变电压为形盒间得交变电压为U2104V,静止静止质子经电场加速后质子经电场加速后,进入进入D形盒形盒,其最大轨道半径其最大轨道半径R1m,磁场得磁感应强度磁场得磁感应强度B0、5T,质子得质量质子得质量m1、671027kg。问问:(1)质子经回旋加速器最后得到得动能就是多大？共加速了多少次？质子经回旋加速器最后得到得动能就是多大？共加速了多少次？(2)交变电源得频率就是多大？交变电源得频率就

14、是多大？IBdh六、霍尔效应六、霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk就是霍尔系就是霍尔系数数例六、如图所示、厚度为如图所示、厚度为h,宽度为宽度为d得导体板放在垂直于得导体板放在垂直于她得磁感应强度为她得磁感应强度为B得均匀磁场中得均匀磁场中,当电流通过导体板时当电流通过导体板时,在导体板得上侧面在导体板得上侧面A和下侧面和下侧面A之间会产生电势差、这种之间会产生电势差、这种现象称为霍尔效应、实验表明现象称为霍尔效应、实验表明,当磁场不太强时当磁场不太强时,电势差电势差U、电流电流I和和B得关系为得关系为U=kIB/d,式中得比例系数式中得比例系数K称

15、为霍尔系称为霍尔系数、数、霍尔效应可解释如下霍尔效应可解释如下:外部磁场外部磁场得洛仑兹力使运动得电子聚集在得洛仑兹力使运动得电子聚集在导体板得一侧导体板得一侧,在导体板得另一在导体板得另一侧会出现多余得正电荷侧会出现多余得正电荷,从而形从而形成横向电场、横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反得成横向电场、横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反得静电力、当静电力与洛仑兹力达到平衡时静电力、当静电力与洛仑兹力达到平衡时,导体板上下两导体板上下两侧之间就会形成稳定得电势差。设电流侧之间就会形成稳定得电势差。设电流I就是电子得定向就是电子得定向流动形成得流动形成得,电子得平均定向速度为电子得平均定向速度为v,电量为电量为e、回答下列问题回答下列问题: