现代五项技术.ppt

1、现代五项技术,一、速度选择器,当Ff时，EqBqv即：vE/B时，粒子作曲线运动。,当F=f时，Eq=Bqv即：v=E/B时，粒子作匀速直线运动。,当FE/B时，粒子作曲线运动。,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= _。,a,c,b,o,v0,Bv0,qE,qvB,二、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。,例：如图所示是质谱仪的示意图。

2、已知速度选择器中的磁场B1=0.40T，电场E=1.00105N/C；偏转分离器中的匀强磁场B2=0.50T。现有带一个基元电荷电量的两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点A1、A2，测得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求两种铜离子的质量数。（已知e=1.6010-19C，mp=1.6710-27kg）,三.磁流体发电机： A、B组成一对平行电极，两极间距为d，内有磁感应强度为B的匀强磁场，一束等离子体不断地以速度v垂直喷射入磁场，两板间会产生电势差并达到一稳定值，即电源的电动势。（1）分析磁流体发电机的工作原理。（2）求发电机的电动势多大？,原理,B,正电荷,例题：磁流体发电机的

3、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?,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

4、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)所以发电机的输出功率P出=,四、磁流量计,原理：一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中可以导电的液体向左流动，导电流体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，ab间出现电势差，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，ab间的电势差就保持稳定。,例4、一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管的左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表。设血管的直径是d，

5、磁场的磁感强度为B，电压表测出的电压为U，则血流速度大小为多少？流量为多少？,由Eq=Bqv得： E=Bv,U=Ed=Bvd 得：v=U/Bd,流量：Q=Sv=dU/4B,一）直线加速器,五、回旋加速器,二）、回旋加速器,1、作用：产生高速运动的粒子,2、原理,1）、两D形盒中有匀强磁场无电场，盒间缝隙有交变电场。,2）、交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。,3）、粒子最后出加速器的速度大小由盒的半径决定。,已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度大小为B，D形盒的半径为r.今将质量为m、电量为q的质子从间隙中心处由静止释放，求粒子在加速器内加速后所能达到的最速度表达式.,1.周期

6、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,3、注意,1、带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径无关，对于一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的。,2、交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T相同，这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速。,3、由于侠义相对论的限制，回旋加速器只能把粒子加速到一定的能量 。 如果尽量增

7、强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：,（1） 粒子的回转周期是多大？,（2）高频电极的周期为多大？,（3） 粒子的最大动能是多大？,（4） 粒子在同一个D形盒中相邻两条轨道半径之比,(5)设D形盒的电压为U,盒间距离为d,求加速到最大动能所需时间,1931年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动,把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋 回速器投入运行，它能将质子 加速到1Mev。 1939年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。,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,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，