带电粒子电磁场中运动常见几种仪器

1、带电粒子电磁场中运动常见几种仪器第1页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三例1:如图所示为一“滤速器”装置示意图。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间加上竖直方向的电压，并沿垂直于纸面的方向加一匀强磁场，使所选电子仍能够沿水平直线OO运动，由O射出，不计重力作用，可能达到上述目的的办法有哪些？带电粒子在电磁场中运动OabO第2页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三第3页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三质谱仪原理分析1、质谱仪是测量带电粒

2、子质量和分析同位素的重要工具2、基本原理将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类3、推导第4页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三第5页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三例2:如图所示，有a、b、c、d四个离子，它们带等量同种电荷q,质量关系：ma=mbmc=md，速度关系:ab=cd,进入磁感应强度为B1电场强度为E的速度选择器后，有两个离子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定 A1 A2 A3 A4轨迹分别对应什么离子？带电粒子在电磁场中运动

3、A3A1B1B2A2A4第6页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三例4:如图所示，厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B 的均匀磁场中，当电流通过导体板时，在导体的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。 实验表明：当磁场不太强时，电势差U，电流I和B的关系为： ,式中的比例系数K称为霍尔系数。设电流I是由电子的定向流动形成的，电子的平均定向速率为v,电荷量为-e, 问：(1) (2) F洛=？(3) UAA= U时，F电=？(4)当静电力和洛伦兹力平衡时 证明霍尔系数满足： 带电粒子在电磁场中运动（全国高考）第7页，共24页，2022年，5

4、月20日，5点14分，星期三霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。第8页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三磁流体发电机的原理第9页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三第10页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三dLS例3:等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生偏转而聚集到a、b板上，产生电势差。设a、b平行金属板的长度为L，正对面积为S

5、，相距d，等离子气体的电阻率为，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B，板外电阻为R，当等离子气体匀速通过a、b板间时，求：(1)两板间电势差U？(2)通过R的电流I？带电粒子在电磁场中运动ab第11页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三 例4（江西省试题）：图-4为磁流体发电机的示意图。设两金属板间的距离为d，两极板间匀强磁场的磁感应强度为B。等离子体垂直进入磁场的速度为v,单个离子所带的电量为q。离子通道（即两极板内所围成空间）的等效电阻为r，负载电阻为R。求（1）该发电机的电动势；（2）发电机的总功率。答案（1）电动势E=Bdv (2)总功率第12页，共24页，20

6、22年，5月20日，5点14分，星期三电磁流量计根据霍尔效应其原理可解释为：所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动。导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b间出现电势差。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定。由qvB=Eq= ，可得v= ， 流量Q=sv=电磁流量计第13页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器。其原理可解为：如图-7所示，一块导体接上a、b、c、d四个电极，将导体放在匀强磁场之中，a、b间通以电流I，c、d间就会出现电势差，只要测出

7、c、d间的电势差U，就可测得B。霍尔效应（磁强计）第14页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三霍尔效应（磁强计）导体中通过电流时，在运动的电荷为电子，带负电；当电子所受电场力与洛仑兹力相等时，导体上、下侧电势差稳定。设c、d间电势差达到稳定，则U=EL，此时导电的自由电荷受到的电场力与洛伦兹力相平衡，Eq=qvB，式中v为自由电荷的定向移动速度。由此可知， 。设导体中单位体积内的自由电荷数为n，则电流I=nqsv，式中S为导体横截面积，S=Ld。因此，由此可知BU。这样只要将装置先在已知磁场中定出标度，就可通过测定U来确定B的大小了第15页，共24页，2022年，5月20日，

8、5点14分，星期三第16页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三第17页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三第18页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三回旋加速器名师1号P284第6、9题；P297第13题第19页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三第20页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三叠加场（电场、磁场、重力场中只少有两个同时出现在同一区域）速度选择器任何一个存在正交电场的磁场的空间都可看作速度选择器速度选择器只选择速度而不选择粒子的种类，只要v=E/B，粒子就能沿直线匀速通过选择器，而与粒子的电性

9、、电荷量、质量无关。（不计重力）对于确定的速度选择器有确定的入口与出口。如图所示，在平行金属板间有匀强电场和匀强磁场，方向如图，有一束正电荷沿中心线方向水平射入，却分成三束分别由a、b、c三点射出，问可以确定的是这三束带电粒子的什么物理量不相同?(重力不计)名师1号P283第3题第21页，共24页，2022年，5月20日，5点14分，星期三磁流体发电机、电磁流量计、霍尔效应（磁强计）磁流体发电机进入磁场的粒子带正、负电荷当Eq=Bqv时两板间电势差达到最大电磁流量计流动的导电液体含有正、负离子U=Bdv流量指单位时间内流过的体积：Q=Sv当液体内的自由电荷所受电场力与洛仑兹力相等时，a、b间的电势差稳定。名师1号P297第15题第22页，共24页，2022年，5月20日，