带电粒子在磁场中运动的实际应用资料

带电粒子在磁场中运动的实际应用 带电粒子在混合场中的运动速度选择器正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器 带电粒子必须以唯一确定的速度 包括大小 方向 才能沿直线匀速通过速度选择器 否则将发生偏转 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 1 质谱仪结构 离子源O 加速电场U 速度选择器 E B 偏转磁场B2 胶片 原理 加速场中qU mv2速度选择器中 v E B1偏转磁场中 d 2r qvB2 mv2 r 作用 主要用于测量粒子的比荷 质量 分析同位素 比荷 带电粒子在磁场和电场中运动的实际应用 2 加速器 1 直线加速器 2 回旋加速器 回旋加速器 为什么让粒子在D形盒内运转 交流电的周期是多少 粒子的回旋周期相同吗 忽略缝隙 r mv qB 粒子的最大速度多大 粒子每次经过加速电场动能增加相同吗 总结1 回旋周期 交流周期2 Ek qU Ek nqU3 最大速度受R限制 d I 已知B I d 单位体积内自由电子数n 1 上下表面电势差 2 哪个面电势高 3 霍耳效应 I nqvS nqvdhf qvB IB ndhF qU h IB ndhU IB nqd上表面带负电 2 若A B两板相距为d 板间的磁场按匀强磁场处理 磁感应强度为B 等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场 该发电机的电动势是多大 2 如图所示 磁流体发电机是一项新兴技术 它可以把物体的内能直接转化为电能 平行金属板A B之间有一个很强的磁场 将一束等离子体 即高温下电离的气体 含有大量正 负带电粒子 喷入磁场 A B两板间便产生电压 如果把A B和用电器连接 A B就是一个直流电源的两个电极 1 图中A B板哪一个是发电机的正极 N S N S N S N S 正 负电荷在F洛作用下分别向B A板聚集 K断开时 A B间建立电场 有电势差 电荷受F洛同时 还受F电 随电荷增多 电场增强 电势差增大 F电增大 v K断开时 当F电 F洛时 电荷不再偏转 AB间电势差稳定 又 外电路断路 此时UBA E E场q qvB v K闭合时 通过R的电流竖直向上 AB上电荷减少 E场 F电 电荷受力不平衡 继续偏转补充 达动态平衡 电视机显像管中电子束的偏转是用磁偏转技术实现的 电子束经电压为U的加速电场加速后 进入一圆形磁场区 如图所示 磁场方向垂直圆面 磁场区的中心为O 半径为r 当不加磁场时 电子束将通过O点而打到屏幕中心M点 为了使电子束射到屏幕边缘P 需要加磁场 使电子束偏转一已知角度 此时磁场的磁感应强度B为多大 4 电视机显像管 解析 电子在磁场中沿圆弧ab运动如图所示 圆心为C 半径为R 以v表示电子进入电场的速度 m e分别表示电子质量和电荷量 则 在电场中由动能定理eU mv2在磁场中由牛顿第二定律evB mv2 R又由几何关系tan 2 r R 联立解得 训练1图是科学史上一张著名的实验照片 显示一个带电粒子在云室中穿过某种金属板运动的径迹 云室放置在匀强磁场中 磁场方向垂直照片向里 云室中横放的金属板对粒子的运动起阻碍作用 分析此径迹可知粒子 A 带正电 由下往上运动B 带正电 由上往下运动C 带负电 由上往下运动D 带负电 由下往上运动 总结 处理带电粒子在电场和磁场中运动问题的方法 1 带电粒子在匀强电场和匀强磁场共存区域内运动时 往往既要受到电场力作用 又要受到洛仑兹力作用 这两个力的特点是 电场力是恒力 而洛仑兹力的大小 方向随速度变化 1 若二力平衡 则粒子做匀速直线运动 2 若二力不平衡 则带电粒子所受合外力不可能为恒力 因此带电粒子将做复杂曲线运动 解决粒子做复杂曲线运动问题时 必须用动能定理或能量关系处理要抓住电场力做功与电势能变化的特点 及洛仑兹力永远不做功 2 若匀强电场和匀强磁场是分开的独立的区域 则带电粒子在其中运动时 分别遵守在电场和磁场中运动规律运动 处理这类问题时要注意分阶段求解 1 一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中运动 已知电场强度为E 方向竖直向下 磁感应强度为B 方向如图所示 若此液滴在垂直于磁感应强度的平面内 做半径为R的匀速圆周运动 设液滴质量为m 空气浮力和阻力忽略不计 问 液滴的速度大小 绕行方向如何 2 如图所示 质量为0 04kg的小球a 带有0 1C的正电荷 a球从半径为R 0 8m的光滑圆弧顶端由静止滚下 通过光滑的水平桌面MP 进入互相正交的电磁场区域内运动 轨迹如图虚线 且有PQ QH 匀强电场方向竖直向上 匀强磁场方向水平指向读者 设电场强度大小E 4 0N C 磁感应强度B 0 5T 取g 10m s2 试求 1 水平桌面的高度 2 a在复合场中运动的时间 3 在整个过程中 a的机械能损失多少 3 如图所示 在xOy平面内 有场强E 12N C 方向沿x轴正方向的匀强电场和磁感应强度大小为B 2T 方向垂直xOy平面指向纸里的匀强磁场 一个质量m