带电粒子在复合场中运动的实际应用.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,带电粒子在复合场中的运动,(,二,),实际应用,榆树一中 张磊,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,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,v,0,向右射去，从右端中心,a,下方的,b,点以速度,v,1,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,v,0,B,v,0,qE,qvB,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 C,B,E,+,qE,qvB,分析：动能减少，说明,qvBqE,动能增加，说明,qvB,qE,a,b,L,v,B,R,应用二：磁流体发电机,流体：等离子束,演示,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,q,U,d,q,v,B,U=,Bdv,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,=,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,练习：,如图为质谱仪的原理图，加速器的电,压为,U,1,，选择器的磁感应强度为,B,1,，,板间距离为,d,，分离器的磁感应强度,为,B,2,，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,）速度选择器的电压,U,2,为多少？,（,3,）粒子在,B,2,中做圆周,运动的半径为多少？,（,1,）加速电场,(2),速度选择器,（,3,）匀速圆周,解析：,根据题意可知,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,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,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,E,K,，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？,f,圆周,=f,交变,分析,:,（,1,）,（,2,）,（,3,）,感谢您的光临和指导,