带电粒子在复合场中运动的应用实例

1、带电粒子在复合场中运动的应用实例 制作者：贲志学 审核人：许学兵1 质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qUmv2.粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvBm.由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷r ，m，.2 回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地

2、反向，粒子就会被一次一次地加速 a回旋加速器的最大动能根据qvB得Ekm，可见粒子的最大动能与粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关。加速电压影响粒子的加速次数n及运动时间。b.加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相等，即T电场T回旋。特别提醒这两个实例都应用了带电粒子在电场中加速、在磁场中偏转(匀速圆周运动)的原理3 速度选择器(如图所示) (1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qEqvB，即v. 4 磁流体发电机(1)磁流体发电是

3、一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能(2)根据左手定则，如图中的B是发电机正极(3)磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qEqqvB得两极板间能达到的最大电势 差UBLv.5 电磁流量计工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)，在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持 稳定，即：qvBqEq，所以v，因此液体流量QSv·.特别提醒 磁流体发电机、电磁流量计的共同特点(1)根据左手定则，可以

4、确定正、负粒子的偏转方向，从而确定正负极或电势高低。(2)电势差稳定时，都有qqvB。6. 霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差，这个现象称为霍尔效应。所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图所示。反馈练习：1 质谱仪原理的理解如图所示是质谱仪的工作原理示意图带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场下列表述正确的是 ()A质谱仪是分析同位素的重要工具

5、B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小2. 回旋加速器原理的理解劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U.若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响则下列说法正确的是() A质子被加速后的最大速度不可能超过2RfB质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比C质子第2次和第1次经过两D形盒

6、间狭缝后轨道半径之比为1D不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器的最大动能不变3.如图所示，空间的某个复合场区域内存在着方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场质子由静止开始经一加速电场加速后，垂直于复合场的界面进入并沿直线穿过场区，质子从复合场区穿出时的动能为Ek.那么氘核同样由静止开始经同一加速电场加速后穿过同一复合场后的动能Ek的大小是 ()AEkEk BEk>EkCEk<EkD条件不足，难以确定4.目前，世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示它的原理：将一束等离子体喷射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，产生电压，以下说法正确的是()

7、AB板带正电BA板带正电C其他条件不变，只增大射入速度，UAB增大D其他条件不变，只增大磁感应强度，UAB增大5 如图为“滤速器”装置的示意图.a、b为水平放置的平行金属板，一束具有各种不同速率的电子沿水平方向经小孔O进入a、b两板之间.为了选取具有某种特定速率的电子，可在a、b间加上电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能沿水平直线OO运动，由O射出.不计重力作用.可能达到上述目的的办法是( ) A.使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向里 B.使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向里 C.使a板电势高于b板，磁场方向垂直纸面向外 D.使a板电势低于b板，磁场方向垂直纸面向外6

8、.利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差UCD,下列说法中正确的是( )来源:Z|xx|k.Com A.电势差UCD仅与材料有关 B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD0 C.仅增大磁感应强度时，电势差UCD变大 D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平7.如图所示，竖直放置的两块很大的平行金属板a、b，相距为d，ab间的电场强度为E，今有一带正电的微粒从a板下边缘以初速度v0竖直向上射入电场，当它飞到b板时，速度大小不变，而

9、方向变为水平方向，且刚好从高度也为d的狭缝穿过b板而进入bc区域，bc区域的宽度也为d，所加电场大小为E，方向竖直向上，磁感应强度方向垂直纸面向里，磁场磁感应强度大小等于E/v0，重力加速度为g，则下列关于粒子运动的有关说法正确的是( ) A.粒子在ab区域的运动时间为 B.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，圆周半径r=2d C.粒子在bc区域中做匀速圆周运动，运动时间为 D.粒子在ab、bc区域中运动的总时间为8.两块金属板a、b平行放置，板间存在与匀强电场正交的匀强磁场，假设电场、磁场只存在于两板间的空间区域.一束电子以一定的初速度v0从两极板中间，沿垂直于电场、磁场的方向射入场中，无偏转地通过场区，如图所示，已知板长，两板间距