带电粒子在复合场中运动的实际应用(典例内容全)课件

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

思考问题1：V+q一电量为q的带正电的粒子以速度v射入匀强电场和匀强磁场相互正交的场区中，电场强度为E，磁感应强度为B，该带电粒子可能做什么样的运动？(重力不计）思考问题1：V+q一电量为q的带正电的粒子以速度v射入匀强电一.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,则B=

.正E/V0B

ca

b一.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，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，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（）A．它们的动能一定各不相同B．它们的电荷量一定各不相同C．它们的质量一定各不相同D．它们的电荷量与质量之比一定各不相同训练1：D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，结二．质谱仪构造:主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏

等组成.如图所示：①带电粒子注入器；②加速电场（U）；③速度选择器（B1、E）；④偏转磁场（B2）；⑤照相底片。作用:测定带电粒子的质量和分析同位素.二．质谱仪构造:主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示【例2】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进入加速电场，其初速度几乎为零．若带电粒子最后打在照相底片的P点,现测得P到入口S的距离为x,已知B1，B2，E，求该带电粒子的比荷(U未知)PS答案:【例2】质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转磁场和显示屏等组思考问题2：一束等离子体（由等量的+q和-q组成）以恒定速度v射入平行板电容器中，极板原来不带电，板间距为d,中间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，带电粒子将会如何运动？稳定时上下两板的电势差为多大？(重力不计,设发生偏转的离子都打在了极板上）+q

-q

VU=Bdv+q

-q

思考问题2：一束等离子体（由等量的+q和-q组成）以恒定速度

其等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差.设等离子气体的电阻率为，则电源的内阻为：三、磁流体发电机原理：推理：设A、B平行金属板的面积为S，相距L，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。此时离子受力平衡：∵

Eq＝Bqv电动势：ε＝EL＝BLv∴

E＝Bv则Ｒ中的电流为：rRI+e=LRSBLvSr+=其等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生【例3】

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。如图所示为它的发电原理图．将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电或负电的微粒，从整体上来说呈电中性)射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积为S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路．设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g，则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为()D【例3】目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它

如图所示，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）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差。原理：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。流量（Q）：四、电磁流量计qEqvB=QdUq×=BdUv=\SvQ=BdU2d2×p=）（B4dUp=如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中例4：

电磁流量计的原理图如图所示，横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c．流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中的虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电液体稳定地流过流量计时，在管道外将流量计上、下表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I

表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量（流量等于单位时间内流过的体积）为（）A例4：电磁流量计的原理图如图所示，横截面为长方形的一段管磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。1、概述电场的作用：回旋加速器的的两个D形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。交变电压的作用：为保证粒子每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。五、回旋加速器磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向1、概述3)若粒子的电量为q，最终能量为E，加速电压为U，则回旋圈数为1)带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速多少次？2)设加速电压为U，粒子的电量为q，则

每次加速增加的动能为

4)若每次加速时的电压为U，将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来可看成什么运动？一个初速度为零的匀加速直线运动2、粒子在回旋加速器中运动时间3)若粒子的电量为q，最终能量为E，1)带电粒子在两D形5)D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与回旋半周的次数相同，加速电压大小可视为不变，比较：质子在电场中的加速时间与质子在D形盒中运动时间在D形盒中回旋时间为分析：设质子最终速度为v，加速次数为nпп由于R远远大于d，故可忽略粒子在电场中运动时间比较：结论：粒子在加速器中运动总时间为t总

=nT/2，n为加速次数在电场中加速时间为2、粒子在回旋加速器中运动时间5)D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与分析：对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋的最大半径等于D形盒的半径），设最大半径为R，最终能量为E。结论：粒子的最终能量与加速电压无关，与回旋的最大半径有关。加速电压的高低只会影响加速次数，并不影响加速后的最大动能思考：粒子的最终能量与加速电压有关吗？3、粒子最终能量分析：对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋例5：回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒间的交变电压为U＝2×104V，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径R＝1m，磁场的磁感应强度B＝0.5T，质子的质量m＝1.67×10－27kg。问：（1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加速了多少次？（2）交变电源的频率是多大？例5：回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒间的交变电压IBdh六、霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍尔系数IBdh六、霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evB例六、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，在导体板的上侧面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U=kIB/d，式中的比例系数K称为霍尔系数．霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑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洛仑兹力方向相反的静电力．当静电力与洛仑兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是电子的定向流动形成的，电子的平均定向速度为v，电量为e．回答下列问题：例六、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（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势

下侧面A’的电势（填：高于、低于或等于）。(2)电子所受的洛仑兹力的大小为

。(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为

。(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数．∵U=IB/ned=kIB/d低于eU/hBev∴k=1/ne（1）达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势∵U=IB/ned带电粒子在复合场中运动的实际应用(典例内容全)课件

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

思考问题1：V+q一电量为q的带正电的粒子以速度v射入匀强电场和匀强磁场相互正交的场区中，电场强度为E，磁感应强度为B，该带电粒子可能做什么样的运动？(重力不计）思考问题1：V+q一电量为q的带正电的粒子以速度v射入匀强电一.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,则B=

.正E/V0B

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b一.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，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，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（）A．它们的动能一定各不相同B．它们的电荷量一定各不相同C．它们的质量一定各不相同D．它们的电荷量与质量之比一定各不相同训练1：D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，结二．质谱仪构造:主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏

等组成.如图所示：①带电粒子注入器；②加速电场（U）；③速度选择器（B1、E）；④偏转磁场（B2）；⑤照相底片。作用:测定带电粒子的质量和分析同位素.二．质谱仪构造:主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示【例2】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进入加速电场，其初速度几乎为零．若带电粒子最后打在照相底片的P点,现测得P到入口S的距离为x,已知B1，B2，E，求该带电粒子的比荷(U未知)PS答案:【例2】质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转磁场和显示屏等组思考问题2：一束等离子体（由等量的+q和-q组成）以恒定速度v射入平行板电容器中，极板原来不带电，板间距为d,中间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，带电粒子将会如何运动？稳定时上下两板的电势差为多大？(重力不计,设发生偏转的离子都打在了极板上）+q

-q

VU=Bdv+q

-q

思考问题2：一束等离子体（由等量的+q和-q组成）以恒定速度

其等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到两极板上，在两极板上产生电势差.设等离子气体的电阻率为，则电源的内阻为：三、磁流体发电机原理：推理：设A、B平行金属板的面积为S，相距L，喷入气体速度为v，板间磁场的磁感应强度为B当等离子气体匀速通过A、B板间时，A、B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势。此时离子受力平衡：∵

Eq＝Bqv电动势：ε＝EL＝BLv∴

E＝Bv则Ｒ中的电流为：rRI+e=LRSBLvSr+=其等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生【例3】

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。如图所示为它的发电原理图．将一束等离子体(即高温下电离的气体，含有大量带正电或负电的微粒，从整体上来说呈电中性)射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块面积为S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电路．设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为g，则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为()D【例3】目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体发电机，它

如图所示，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）在洛伦兹力作用下纵向偏转，a,b间出现电势差。原理：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。流量（Q）：四、电磁流量计qEqvB=QdUq×=BdUv=\SvQ=BdU2d2×p=）（B4dUp=如图所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中例4：

电磁流量计的原理图如图所示，横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c．流量计的两端与输送液体的管道相连接（图中的虚线）．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电液体稳定地流过流量计时，在管道外将流量计上、下表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I

表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量（流量等于单位时间内流过的体积）为（）A例4：电磁流量计的原理图如图所示，横截面为长方形的一段管磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在q、m、B不变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。1、概述电场的作用：回旋加速器的的两个D形盒之间的夹缝区域存在周期性变化的并垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。交变电压的作用：为保证粒子每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在夹缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。五、回旋加速器磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向1、概述3)若粒子的电量为q，最终能量为E，加速电压为U，则回旋圈数为1)带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速多少次？2)设加速电压为U，粒子的电量为q，则

每次加速增加的动能为

4)若每次加速时的电压为U，将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来可看成什么运动？一个初速度为零的匀加速直线运动2、粒子在回旋加速器中运动时间3)若粒子的电量为q，最终能量为E，1)带电粒子在两D形5)D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与回旋半周的次数相同，加速电压大小可视为不变，比较：质子在电场中的加速时间与质子在D形盒中运动时间在D形盒中回旋时间为分析：设质子最终速度为v，加速次数为nпп由于R远远大于d，故可忽略粒子在电场中运动时间比较：结论：粒子在加速器中运动总时间为t总

=nT/2，n为加速次数在电场中加速时间为2、粒子在回旋加速器中运动时间5)D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与分析：对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋的最大半径等于D形盒的半径），设最大半径为R，最终能量为E。结论：粒子的最终能量与加速电压无关，与回旋的最大半径有关。加速电压的高低只会影响加速次数，并不影响加速后的最大动能思考：粒子的最终能量与加速电压有关吗？3、粒子最终能量分析：对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋例5：回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒间的交变电压为U＝2×104V，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径R＝1m，磁场的磁感应强度B＝0.5T，质子的质量m＝1.