带电粒子在复合场中运动的实际应用

1、关于带电粒子在复合场中运动的实际应用第1页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三应用一：速度选择器1、由一个正交的匀强电场和匀强磁场构成2、带电粒子必须以一个唯一确定的速度（大小和方向）才能通过速度选择器，否则将发生偏转。演示 v第2页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三练习1：某带正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，则第二次射出时的速度为_。若要使粒子从a 点射出，电场E= _。 acbov0Bv0qEqvB第3页，共18页，2022

2、年，5月20日，23点44分，星期三练习2：在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带正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B CBE+ + + + + + + + + + + + qEqvB分析：动能减少，说明qvBqE 动能增加，说明qvBqE第4页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三abLvBR 应用二：磁流体发电机 流体：等离子束演示第5页，共18页，2022年，5月20日，2

3、3点44分，星期三磁流体发电机两极板间的距离为d,等离子束 以速度V射入，正负离子在洛伦兹力的作用下发生偏转而打到两极板上，从而使两极板带正负电荷出现匀强电场，当电场力与洛伦兹力达到平衡时，两极板间电压达到最大值qUdqvBU=Bdv第6页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三例题：磁流体发电机的原理图如图所示,设想在相距为d的两平行金属板间加一磁感应强度为B的匀强磁场,两板通过开关和灯泡相连.等离子体,由于正负离子一样多,且带电荷量均为q, 将其以速度v喷入甲乙两板之间,这时甲乙两板就会聚集电荷,产生电压, 它可以直接把内能转化为电能,试问: (1) 图中哪个极板是发电机的

4、正极? (2) 发电机的电动势多大? (3) 设灯泡的电阻为R,极板间电离气 体的等效电阻为r，则发电机的输 出功率多大?第7页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三解析: (1) 等离子体从左侧射入磁场,正离子受向上的洛伦兹力而偏向甲板,使甲板上积累正电荷,相应的乙板上积累负电荷,成为电源的正负两极.甲板是发电机的正极. (2) 当开关断开时,甲乙两板间的电压即为电源的电动势.稳定时,甲乙两板上积累的电荷不再增加,此时的等离子体所受的洛伦兹力与电场力恰好平衡,则有 即得电源的电动势为E=Bdv. (3) 由闭合电路欧姆定律得：I=E/（R+r)=Bdv/(R+r)所以发电机

5、的输出功率P出= 第8页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三应用三：质谱仪 具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素，质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器，它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成，它的结构原理如图所示。演示第9页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三练习：如图为质谱仪的原理图，加速器的电 压为U1，选择器的磁感应强度为B1， 板间距离为d，分离器的磁感应强度 为B2，有一质量为m，带电量为e的 正电子，经加速后该粒子恰好能通过 速度选择器，进入分离器后做匀速圆 周运动。求：（1）粒子的速度为多少？（2）速度选择器

6、的电压 U2为多少？（3）粒子在B2中做圆周 运动的半径为多少？第10页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三 （1）加速电场 (2) 速度选择器 （3）匀速圆周解析：根据题意可知第11页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三应用四：回旋加速器由两个D形盒构成，两D形盒的缝隙处接交 流电源，两D形盒空间加垂直的匀强磁场。演示第12页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三有关回旋加速器的几个特征量：1.周期和频率：可根据粒子的质量和电量调整磁感应强度和交流电压的频率使 或T圆周= T交变2.最大速度：当B、m、q一定时，粒子能获得的最大速度决

7、定于盒半径。因为R最大=R盒所以 可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B与 D形盒半径R决定，与加速电压无关.f 圆周= f 交变第13页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三 练习1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是( ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速 圆周运动CD第14页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三练习2：一回旋加速器，在外加磁场一定时，可把质子（ ）加速到使它获得最大动能为EK，若用这一加速器加速粒子。求：(1)加速 粒子的交流电频率与加速质子的交流电频率之比为多少？(2)能把粒子（ ）加速到的最大速度为 质子的多少倍？(3)能使粒子获得的最大动能为多少？第15页，共18页，2022年，5月20日，23点44分，星期三f 圆周= f 交变分析:（1）