带电粒子在复合场中的运动实例分析.ppt

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1、带电粒子在复合场中的运动实例分析1、质谱仪思考：质谱仪的主要作用是什么？测定带电粒子的质量和分析同位素（1）这是丹普斯特(Dempster)设计的质谱仪的原理。mv2/2=qU(1)mv2/R=qvB(2)m=qB2R2／2U。(3)如果B、u和q是已知的，测出R后就可由(3)式算出带电粒子的质量。（2）班布瑞基(Bainbridge)设计的质谱仪的原理eE=evBR=mv/qBm=qBR/v如果B、V和q是已知的，测出R后就可算出带电粒子的质量。2、回旋加速器（1）有关物理学史知识和回旋加速器

2、的基本结构和原理回旋加速器（劳伦斯1939获Nobelprize）2、回旋加速器a、原理：磁场什么作用？使粒子在D形盒内________。电场什么作用？重复多次对粒子______.最终速度取决于什么量？b、条件：交变电压的周期等于粒子圆周运动的周期c、优点和缺点：两个D形金属盒做外壳的作用是什么?交变电压频率=粒子回旋频率2、作用：产生高速运动的粒子3、原理用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-~2.交变电场的周期和粒子的运动周期T相同----保证粒子每次经过交变电场时都被加速1.粒子在匀强磁场

3、中的运动周期不变回旋加速器问题归纳3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为5.粒子加速的最大速度由盒的半径决定问题归纳4、每一个周期加速两次6、电场加速过程中,时间极短,可忽略6、最终能量粒子运动半径最大为D形盒的半径R带电粒子经加速后的最终能量：由有所以最终能量为7、带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径是不等距分布的设粒子的质量为m，电荷量为q，两D形金属盒间的加速电压为U，匀强磁场的磁感应强度为B，粒子第一次进入D形金属盒Ⅱ，被电场加速1次，以后每次进入D形金属盒Ⅱ

4、都要被电场加速2次。粒子第n次进入D形金属盒Ⅱ时，已经被加速（2n-1）次。问题:带电粒子在D形金属盒内任意两个相邻的圆形轨道半径之比为多少?可见带电粒子在D形金属盒内运动时，轨道是不等距分布的，越靠近D形金属盒的边缘，相邻两轨道的间距越小。3．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，且有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,电

5、场E=.abcov0速度选择器：（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速通过速度选择器。否则将发生偏转。即有确定的入口和出口。（3）这个结论与粒子带何种电荷、电荷多少都无关。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v速度选择器：＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，

6、将向洛伦兹力方向偏转，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。4、霍尔效应1879年霍耳发现，把一载流导体放在磁场中，如果磁场方向与电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差，这一现象称之为霍耳现象。如图，导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中。当有电流I通过它时，由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转，结果在A、A’两侧分别聚集了正、负电荷，在导电板的A、A’两侧会产生一个电势差U。设导电板内运动电荷的平均定向速率为u，它们在磁场中受到的洛仑兹力为

7、：当导电板的A、A’两侧产生电势差后，运动电荷会受到电场力：导电板内电流的微观表达式为：由以上各式解得：其中叫霍尔系数5、磁流体发电机abLvBREq=Bqv电动势：E’=Ea电流：I=E’/（R+r）r=？流体为：等离子束目的：发电（2001年北京海淀区高考模拟题）目前世界上正在研究的一种新型发电机叫做磁流体发电机．这种发电机与一般发电机不同，它可以直接把内能转化为电能，它的发电原理是：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和带负电的微粒，而从整体来说呈中性）喷射人磁场，磁场中A、

8、B金属板上会聚集电荷，产生电压．设A、B两平行金属板的面积为S，彼此相距L，等离子体气体的导电率为P（即电阻率的倒数）喷入速度为v板问磁感应强度B与气流方向垂直，与板相连的电阻的阻值为R问流过R的电流I为多少？5、磁流体发电机6、电磁流量计abvd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(正负电荷)所受洛伦兹力的方向?正负电荷在洛伦兹力作用下将如何偏转?a、b间是否存在电势差?哪点的电势高?当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时a、b间的电