带电粒子在复合场中运动的实际应用.

带电粒子在复合场中运动的实际应用应用1．速度选择器【例1】某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1射出；若增大磁感应强度B，该粒子将打到a点上方的c点，且有ac=ab，则该粒子带___电；第二次射出时的速度为_____。若要使粒子从a点射出,电场E=.abcov0212022vvv带电粒子在复合场中运动的典型应用关于速度选择器总结：（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。否则将发生偏转。（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v●若vv0，EqBqv，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；●若vv0，将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。练习1:在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：A.增大粒子射入时的速度B.减小磁场的磁感应强度C.增大电场的电场强度D.改变粒子的带电性质BC练习2:如图所示，水平放置的两个平行金属板MN、PQ间存在匀强电场和匀强磁场。MN板带正电，PQ板带负电，磁场方向垂直纸面向里。一带电微粒只在电场力和洛伦兹力作用下，从I点由静止开始沿曲线IJK运动，到达K点时速度为零，J是曲线上离MN板最远的点。有以下几种说法：①在I点和K点的加速度大小相等，方向相同②在I点和K点的加速度大小相等，方向不同③在J点微粒受到的电场力小于洛伦兹力④在J点微粒受到的电场力等于洛伦兹力其中正确的是（）A.①③B.②④C.②③D.①④A分析：运动到K点后，粒子的轨迹怎样？应用2、质谱仪思考：1）质谱仪的工作原理是什么？测定带电粒子的质量和分析同位素带电粒子在复合场中运动的典型应用2）质谱仪的主要作用是什么？粒子加速速度选择（过滤）粒子偏转（分开）这就是丹普斯特(Dempster)设计的质谱仪的原理。质谱仪是测定带电粒子质量的仪器mv2/2=qU(1)mv2/R=qvB(2)m=qB2R2／2U(3)如果B、u和q是已知的，测出R后就可由(3)式算出带电粒子的质量。班布瑞基(Bainbridge)设计的质谱仪的原理eE=evBR=mv/qBm=qBR/v如果B、V和q是已知的，测出R后就可算出带电粒子的质量。丹普斯特质谱仪应用3、回旋加速器（1）有关物理学史知识和回旋加速器的基本结构和原理回旋加速器（劳伦斯1939获Nobelprize）qBTｍ2磁场什么作用？使粒子在D形盒内________。电场什么作用？重复多次对粒子______.最终速度取决于什么量？b、条件：交变电压的周期=粒子圆周运动的周期交变电压频率=粒子回旋频率偏转加速D形盒的最大半径加速：qU=ΔEK偏转：Bqv=mv2/rV=Bqr/ma、原理：例.如图为处于真空室内的回旋加速器示意图，质量为m，带电量为q的带电粒子，刚进入两D形盒间隙时速度可忽略不计，D形盒间隙中加有电压为U的同步交变电压，能使带电粒子每经过D形盒的间隙就被加速一次，两D形盒中的匀强磁场使粒子在盒内作匀速圆周运动，最后达到较大的动能后从外侧出口处被引出进行科学如图实验。若D形盒的半径为R，垂直D形盒的匀强磁场磁感应强度为B，粒子所受重力忽略不计，粒子经过D形盒间隙的时间不计，求：（1）带电粒子被引出时的动能为多大？（2）带电粒子在加速器中被加速的次数及时间。（1）粒子在D形盒内作匀速圆周运动，由qvB=mv2/rv=qBr/m，当r达最大值R时，vm=qBR/m，故动能最大值（2）粒子每经过两D形盒间隙，就被加速一次，设共经过n次加速，则nqU=EK，可得又粒子每经过一次半圆运动为半个周期T/2，且T=2πm/qB不变，故加速总时间2222qBRmEk=222qBRmUn=t=nT/2=224qBRmU.qBm2=22BRU平衡时：Eq=Uq/d=Bqv电动势：ε＝Bdv电流：I=ε/（R+r）粒子源（流体）：等离子束目的：发电应用4、磁流体发电机【注意】等离子为含有等量的正负离子原理：相当一个导体棒在切割磁感线！平衡时Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd流量：Q=Sv=dU/4B粒子源（流体）：导电液体目的：测液体流量d··ba×××××××××××××××导电液体应用5、电磁流量计原理：例：一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管的左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表。设血管的直径是d，磁场的磁感强度为B，电压表测出的电压为U，则血流速度大小为多少？流量为多少？由稳定条件Eq=Bqv得：E=BVU=Ed=BVd得：V=U/Bd流量：Q=SV=πdU/4B如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感应强度为B．现测得液体a、b两点间的电势差为U，求管内导电液体的流量Q为多少？解：设液体中离子的带电量为q，∵Bqv=qU/d∴v=U/Bd∵Bqv=qU/d∴v=U/Bd应用6、霍尔效应稳定条件：Eq=BqvI=nqvS电势差：U=Eh粒子源（流体）：定向移动的电荷现象：出现电势差【定义】在匀强磁场中放置一矩形截面的载流导体，当磁场方向和电流方向垂直时，导体在磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，这种现象就称为霍尔效应例．有一个未知的匀强磁场，用如下方法测其磁感应强度，如图所示，把一个横截面是矩形的铜片放在磁场中，使它的上、下两个表面与磁场平行，前、后两个表面与磁场垂直．当通入从左向右的电流I时，连接在上、下两个表面上的电压表示数为U．已知铜片中单位体积内自由电子数为n，电子质量m，带电量为e，铜片厚度（前后两个表面厚度）为d，高度（上、下两个表面的距离）为h，求磁场的磁感应强度B．hdAIBV解：达到动态平衡时有qvB=qE=qU/hB=U/vh∵I=nevS=nevhd∴vh=I/ned∴B=Udne/I应用1．速度选择器带电粒子在复合场中运动的典型应用应用2、质谱仪应用3、回旋加速器【总结】应用4、磁流体发电机带电粒子在复合场中运动的典型应用【总结】d··ba×××××××××××××××导电液体应用5、电磁流量计应用6、霍尔效应共同点：稳定条件相同EqBqvBdvU