帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用典例內(nèi)容全演示文稿

帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用典例內(nèi)容全演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的實(shí)際應(yīng)用典例內(nèi)容全當(dāng)前第2頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)思考問(wèn)題1：V+q一電量為q的帶正電的粒子以速度v射入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)相互正交的場(chǎng)區(qū)中，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，該帶電粒子可能做什么樣的運(yùn)動(dòng)？(重力不計(jì)）當(dāng)前第3頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)一.速度選擇器【例1】某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點(diǎn)O以速度v0向右射去，從右端中心a下方的b點(diǎn)以速度v1射出；若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，該粒子將打到a點(diǎn)上方的c點(diǎn)，且ac=ab，則該粒子帶___電；第二次射出時(shí)的速度為_(kāi)________.若要使粒子從a點(diǎn)射出,則B=

.正E/V0B

ca

b當(dāng)前第4頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)如圖所示，一束正離子垂直射入正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子仍保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)．如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束，對(duì)這些進(jìn)入另一磁場(chǎng)的離子，可得出結(jié)論（）A．它們的動(dòng)能一定各不相同B．它們的電荷量一定各不相同C．它們的質(zhì)量一定各不相同D．它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同訓(xùn)練1：D當(dāng)前第5頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)二．質(zhì)譜儀構(gòu)造:主要由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏

等組成.如圖所示：①帶電粒子注入器；②加速電場(chǎng)（U）；③速度選擇器（B1、E）；④偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（B2）；⑤照相底片。作用:測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素.當(dāng)前第6頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)【例2】質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和顯示屏等組成．帶電粒子從容器下方的小孔進(jìn)入加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零．若帶電粒子最后打在照相底片的P點(diǎn),現(xiàn)測(cè)得P到入口S的距離為x,已知B1，B2，E，求該帶電粒子的比荷(U未知)PS答案:當(dāng)前第7頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)思考問(wèn)題2：一束等離子體（由等量的+q和-q組成）以恒定速度v射入平行板電容器中，極板原來(lái)不帶電，板間距為d,中間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，帶電粒子將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？穩(wěn)定時(shí)上下兩板的電勢(shì)差為多大？(重力不計(jì),設(shè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子都打在了極板上）+q

-q

VU=Bdv+q

-q

當(dāng)前第8頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)

其等離子氣體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到兩極板上，在兩極板上產(chǎn)生電勢(shì)差.設(shè)等離子氣體的電阻率為，則電源的內(nèi)阻為：三、磁流體發(fā)電機(jī)原理：推理：設(shè)A、B平行金屬板的面積為S，相距L，噴入氣體速度為v，板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過(guò)A、B板間時(shí)，A、B板上聚集的電荷最多，板間電勢(shì)差最大，即為電源電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)離子受力平衡：∵

Eq＝Bqv電動(dòng)勢(shì)：ε＝EL＝BLv∴

E＝Bv則Ｒ中的電流為：rRI+e=LRSBLvSr+=當(dāng)前第9頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)【例3】

目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。如圖所示為它的發(fā)電原理圖．將一束等離子體(即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電或負(fù)電的微粒，從整體上來(lái)說(shuō)呈電中性)射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)中有兩塊面積為S，相距為d的平行金屬板與外電阻R相連構(gòu)成一電路．設(shè)氣流的速度為v，氣體的電導(dǎo)率(電阻率的倒數(shù))為g，則流過(guò)外電阻R的電流強(qiáng)度I及電流方向?yàn)?)D當(dāng)前第10頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)

如圖所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動(dòng)。

導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負(fù)離子）在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a,b間出現(xiàn)電勢(shì)差。原理：當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定。流量（Q）：四、電磁流量計(jì)qEqvB=QdUq×=BdUv=\SvQ=BdU2d2×p=）（B4dUp=當(dāng)前第11頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)例4：

電磁流量計(jì)的原理圖如圖所示，橫截面為長(zhǎng)方形的一段管道，其中空部分的長(zhǎng)、寬、高分別為圖中的a、b、c．流量計(jì)的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中的虛線）．圖中流量計(jì)的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料．現(xiàn)于流量計(jì)所在處加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于前后兩面．當(dāng)導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流過(guò)流量計(jì)時(shí)，在管道外將流量計(jì)上、下表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I

表示測(cè)得的電流值．已知流體的電阻率為ρ，不計(jì)電流表的內(nèi)阻，則可求得流量（流量等于單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)的體積）為（）A當(dāng)前第12頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)磁場(chǎng)的作用：交變電場(chǎng)以某一速度垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無(wú)關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場(chǎng)方向進(jìn)入電場(chǎng)加速。1、概述電場(chǎng)的作用：回旋加速器的的兩個(gè)D形盒之間的夾縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個(gè)D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速。交變電壓的作用：為保證粒子每次經(jīng)過(guò)夾縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，須在夾縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。五、回旋加速器當(dāng)前第13頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)3)若粒子的電量為q，最終能量為E，加速電壓為U，則回旋圈數(shù)為1)帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的變化周期，粒子每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，被電場(chǎng)加速多少次？2)設(shè)加速電壓為U，粒子的電量為q，則

每次加速增加的動(dòng)能為

4)若每次加速時(shí)的電壓為U，將帶電粒子在狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連接起來(lái)可看成什么運(yùn)動(dòng)？一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)2、粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)間當(dāng)前第14頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)5)D形盒的半徑為R，兩盒間距為d，質(zhì)子在電場(chǎng)中加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，加速電壓大小可視為不變，比較：質(zhì)子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間與質(zhì)子在D形盒中運(yùn)動(dòng)時(shí)間在D形盒中回旋時(shí)間為分析：設(shè)質(zhì)子最終速度為v，加速次數(shù)為nпп由于R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于d，故可忽略粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間比較：結(jié)論：粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)總時(shí)間為t總

=nT/2，n為加速次數(shù)在電場(chǎng)中加速時(shí)間為2、粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)間當(dāng)前第15頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)分析：對(duì)于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半徑是相同的（回旋的最大半徑等于D形盒的半徑），設(shè)最大半徑為R，最終能量為E。結(jié)論：粒子的最終能量與加速電壓無(wú)關(guān)，與回旋的最大半徑有關(guān)。加速電壓的高低只會(huì)影響加速次數(shù)，并不影響加速后的最大動(dòng)能思考：粒子的最終能量與加速電壓有關(guān)嗎？3、粒子最終能量當(dāng)前第16頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)例5：回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子流，D形盒間的交變電壓為U＝2×104V，靜止質(zhì)子經(jīng)電場(chǎng)加速后，進(jìn)入D形盒，其最大軌道半徑R＝1m，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.5T，質(zhì)子的質(zhì)量m＝1.67×10－27kg。問(wèn)：（1）質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動(dòng)能是多大？共加速了多少次？（2）交變電源的頻率是多大？當(dāng)前第17頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)IBdh六、霍爾效應(yīng)I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍爾系數(shù)當(dāng)前第18頁(yè)\共有19頁(yè)\編于星期六\5點(diǎn)例六、如圖所示．厚度為h，寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A’之間會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差．這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)．實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電勢(shì)差U、電流I和B的關(guān)系為U=kIB/d，式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)．