带电粒子在复合场中运动的实际应用

1、第3讲 带电粒子在复合场中带电粒子在复合场中运动的实际应用运动的实际应用 思考问题思考问题1：V V+q+q一电量为一电量为q q的带正电的粒子以速度的带正电的粒子以速度v v射入匀强电射入匀强电场和匀强磁场相互正交的场区中，电场强度为场和匀强磁场相互正交的场区中，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，该带电粒子可能做什么样的运动？的运动？( (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，从右端中心向右射去，从右端中心a下方的下方的b点以速

2、度点以速度v1射出；射出；若增大磁感应强度若增大磁感应强度B，该粒子将打到，该粒子将打到a点上方的点上方的c点，且点，且ac=ab，则该粒子带，则该粒子带_电；第二次射出时的速度为电；第二次射出时的速度为_.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，一束正离子垂直射入正交的匀强磁场和匀强如图所示，一束正离子垂直射入正交的匀强磁场和匀强电场区域，结果发现有些离子仍保持原来的运动方向，电场区域，结果发现有些离子仍保持原来的运动方向，未发生任何偏转如果让这些不偏转的离子进入另一匀未发生任何偏转如果让这些不偏转的离子进入另一匀强磁场中，

3、发现这些离子又分成几束，对这些进入另一强磁场中，发现这些离子又分成几束，对这些进入另一磁场的离子，可得出结论（磁场的离子，可得出结论（ ）A A它们的动能一定各不相同它们的动能一定各不相同B B它们的电荷量一定各不相同它们的电荷量一定各不相同C C它们的质量一定各不相同它们的质量一定各不相同D D它们的电荷量与质量之比一定各不相同它们的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:主要主要由由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏 等组成等组成.如图所示：带电粒子注入器；加速电场（如图所示：带电粒子注入器；加速电场（U）；速）

4、；速度选择器（度选择器（B1、E）；偏转磁场（）；偏转磁场（B2）；照相底片。）；照相底片。作用作用: 测定带电粒子的质量和分析同位素测定带电粒子的质量和分析同位素.【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的小孔磁场和显示屏等组成带电粒子从容器下方的小孔进入加速电场，其初速度几乎为零进入加速电场，其初速度几乎为零若带电粒子最若带电粒子最后打在照相底片的后打在照相底片的P点点,现测得现测得P到入口到入口S的距离为的距离为x,已知已知B1，B2，E，求该带电粒子的，求该带电粒子的比荷比荷(U未知未知)PSxBBEmq21

5、2答案答案:思考问题思考问题2 2：一束等离子体（由等量的一束等离子体（由等量的+q+q和和-q-q组成）以恒定速组成）以恒定速度度v v射入平行板电容器中，极板原来不带电，板间射入平行板电容器中，极板原来不带电，板间距为距为d,d,中间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感中间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为应强度为B B，带电粒子将会如何运动？稳定时上下，带电粒子将会如何运动？稳定时上下两板的电势差为多大？两板的电势差为多大？( (重力不计重力不计, ,设发生偏转的设发生偏转的离子都打在了极板上）离子都打在了极板上）+q +q -q -q V V平衡时：平衡时：Eq=Uq/d=BqvEq

6、=Uq/d=Bqv电动势：电动势：粒子源（流体）：粒子源（流体）：等离子束等离子束三、磁流体发电机三、磁流体发电机BdvBdv【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研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能。如图所发电机，它可以把气体的内能直接转化为电能。如图所示为它的发电原理图将一束等离子体示为它的发电原理图将一束等离子体( (即高温下电离的即高温下电离的气体，含有大量带正电或负电的微粒，从整体上来说呈气体，含有大量带正电或负电的微粒，从整体上来说呈电中性电中性) )射入磁感应强度为射入磁感应强度为B B的匀强磁场，磁场中有两块的匀强磁场，

7、磁场中有两块面积为面积为S S，相距为，相距为d d的平行金属板与外电阻的平行金属板与外电阻R R相连构成一电相连构成一电路设气流的速度为路设气流的速度为v v，气体的电导率，气体的电导率( (电阻率的倒数电阻率的倒数) )为为g g，则流过外电阻，则流过外电阻R R的电流强度的电流强度I I及电流方向为及电流方向为 ( )( ) D【例例4 4】如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为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，其边长为正方形的非磁性管，其边长为d d，内有导电液体流动，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，磁感在垂直液体流动方向加一指向纸里的

8、匀强磁场，磁感应强度为应强度为B B现测得液体现测得液体a a、b b两点间的电势差为两点间的电势差为U U，求，求管内导电液体的流量管内导电液体的流量Q Q（在单位时间内通过管内横截（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）为多少？面的流体的体积）为多少？d流量：流量：Q=Sv=dU/BQ=Sv=dU/B四、电磁流量计四、电磁流量计流量：流量：Q=Sv=Q=Sv=dU/4BdU/4Bdba 导电导电液体液体例例5.5.（0909江苏江苏1414）19321932年，劳伦斯和利文年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高

9、真空中的如图所示，置于高真空中的D D形金属盒半径为形金属盒半径为R R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为略不计。磁感应强度为B B的匀强磁场与盒面垂直。的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，处粒子源产生的粒子，质量为质量为m、电荷量为、电荷量为+q ，在加速器中被加速，加速在加速器中被加速，加速电压为电压为U。加速过程中不。加速过程中不考虑相对论效应和重力作考虑相对论效应和重力作用。用。五、回旋加速器五、回旋加速器（1）求粒子第）求粒子第2次和第次和第1次经过两次经过两D形盒间狭缝形盒间狭缝后轨道半径之比；后轨道半径之比；（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间间t；（3）实际使用中，磁感）实际使用中，磁感应强度和加速电场频率应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大和加速电场频率的最大值分别为值分别为Bm、fm，试讨，试讨