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文档简介

带电粒子在复合场中的运动 现代五项技术应用专题 莆田二中高三物理组 现代五项技术 磁流体发电机 质谱仪 电磁流量计 回旋加速器 速度选择器 一 速度选择器 功能是为了选择某种速度的带电粒子 1 原理 设一束质量 电性 带电量 速度均不同的粒子束 重力不计 从S1孔垂直磁场和电场方向进入两板间 同时受到电场力和洛伦兹力作用 要使粒子沿直线从S2飞出 须满足 qvoB qE即vo E B 由此可见 尽管有一束速度不同的粒子从S1孔进入 但能从S2孔飞出的粒子只有一种速度 而与粒子的质量 电性 电量无关 2 特点 如何保证F和f的方向始终相反 将v E B三者中任意两个量的方向同时改变 但不能同时改变三个或者其中任意一个的方向 否则将破坏速度选择器的功能 当粒子进入速度选择器时速度 粒子将因侧移而不能通过选择器 如图 设在电场方向侧移后粒子速度为v1 a 当时 粒子向f方向侧移 F做负功 粒子动能减少 电势能增加 有 b 当时 粒子向F方向侧移 F做正功 粒子动能增加 电势能减少 有 二 磁流体发电机 利用等离子体来发电 2 工作原理 3 电动势的计算 设两极板间距为d 根据两极电势差达到最大值的条件F洛 F电 即 则磁流体发电机的电动势 1 等离子体的产生 在高温条件下气体发生电离 电离后的气体中含有离子 电子和部分未电离的中性粒子 正负电荷的密度几乎相等 三 电磁流量计 利用霍尔效应来测量管道中液体流量 原理 当自由电荷受电场力和洛伦兹力平衡时 ab间电势差就保持稳定 测出ab间电势差的大小U 则 即可算出管道内液体的流量 四 质谱仪 用于测量带电粒子质量和分离同位素 1 离子发生器 发射出电量q 质量m的粒子 粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计 2 静电加速器C 静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S1 S2 粒子从S1进入后 经电压为U的电场加速后 从S2孔以速度v飞出 3 偏转磁场B 粒子从小孔S2射出后 从偏转磁场边界挡板上的小孔S4进入 做半径为r的匀速圆周运动 4 感光片F 粒子在偏转磁场中做半圆运动后 打在感光胶片的P点被记录 可以测得P与S4间的距离L 课堂练习P270 2 如图所示 电容器两极板相距为d 两端电压为U 极板间的匀强磁场为B1 一束电荷量为 q的粒子从图示方向射入 沿直线穿过电容器后进入另一匀强磁场B2 结果分别打在a b两点 两点间的距离为 R 求打在两点粒子质量差 m为多少 五 回旋加速器 用来加速带电粒子使之获得高能量 1932年 劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器 回旋加速器的工作原理如图所示 置于高真空中的D形金属盒半径为R 两盒间的狭缝很小 带电粒子穿过的时间可以忽略不计 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直 A处粒子源产生的粒子 质量为m 电荷量为 q 在加速器中被加速 加速电压为U 加速过程中不考虑相对论效应和重力作用 1 求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比 2 求

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