带电粒子在复合场中的运动

3 带电粒子在复合场中的运动 一 速度选择器 在如图所示的平行板器件中 电场强度E和磁感应强度B相互垂直 具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同 这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来 匀速 或者说沿直线 通过 所以叫速度选择器 原理 在电 磁场中 若不计重力 则 Eq Bqv即v E B 速度选择器 1 速度选择器只选择速度 与电荷的正负无关 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 或者说沿直线 通过速度选择器 否则偏转 3 注意电场和磁场的方向搭配 v 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 若v E B时 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 5 若v E B时 练习 在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场 一个带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 BC 2 如图所示是粒子速度选择器的原理图 如果粒子所具有的速率v E B 那么 A 带正电粒子必须沿ab方向从左侧进入场区 才能沿直线通过B 带负电粒子必须沿ba方向从右侧进入场区 才能沿直线通过C 不论粒子电性如何 沿ab方向从左侧进入场区 都能沿直线通过D 不论粒子电性如何 沿ba方向从右侧进入场区 都能沿直线通过 c 二 磁流体发电机 磁流体发电是一项新兴技术 它可以把物体的内能直接转化为电能 右图是它的示意图 平行金属板A B之间有一个很强的磁场 将一束等粒子体 即高温下电离的气体 含有大量正 负带电粒子 喷入磁场 AB两板间便产生电压 如果把AB和用电器连接 AB就是一个直流电源的两个电极 原理 B 正电荷 Eq Bqv 磁流体发电机 Eq Bqv 电动势 E Ed Bvd 电流 I E R r 1 图中AB板哪一个是电源的正极 2 此发电机的电动势 两板距离为d 磁感应强度为B 等离子速度为v 电量为q B板 练习 如图所示是等离子体发电机的示意图 平行金属板间的匀强磁场的磁感应强度B 0 5T 两板间距离为20 要使AB端的输出电压为220V 则等离子垂直射入磁场的速度为多少 代入数据得v 2200m s 电流的方向如何 由B到A 磁流体发电机 原理是 等离子气体喷入磁场 正 负离子在洛仑兹力作用下发生偏转而聚集到A B板上 产生电势差 设A B平行金属板的面积为S 相距L 等离子体的电阻率为 喷入气体速度为v 板间磁场的磁感强度为B 板外电阻为R 当等离子气体匀速通过A B板间时 A B板上聚焦的电荷最多 板间电势差最大 即为电源电动势 此时通过R的电流是多大 R E r 电源内电阻r L s E场q BqV E场 BV 电动势E E场L BLV 图是电磁流量计的示意图 在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域 当管中的导电液体流过此磁场区域时 测出管壁上的ab两点间的电动势U 就可以知道管中液体的流量Q 单位时间内流过液体的体积 m3 s 已知管的直径为D 磁感应强度为B 试推出Q与U的关系表达式 流体为 导电液体 目的 测流量 三 电磁流量计 若管道为其他形状 如矩形呢 四 霍耳 E C Hall 效应 在一个通有电流的导体板上 垂直于板面施加一磁场 则平行磁场的两面出现一个电势差 这一现象是1879年美国物理学家霍耳发现的 称为霍耳效应 该电势差称为霍耳电势差 霍耳 霍尔元件 例 如图9 31所示为一电磁流量计的示意图 截面为正方形的非磁性管 其边长为d 内有导电液体流动 在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场 磁感强度为B 现测得液体a b两点间的电势差为U a b为流量计上下表面的两点 求管内导电液体的流量Q 09年宁夏卷 医生做某些特殊手术时 利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度 电磁血流计由一对电极a和b以及磁极N和S构成 磁极间的磁场是均匀的 使用时 两电极a b均与血管壁接触 两触点的连线 磁场方向和血流速度方向两两垂直 如图所示 由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动 电极a b之间会有微小电势差 在达到平衡时 血管内部的电场可看作是匀强电场 血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零 在某次监测中 两触点的距离为3 0mm 血管壁的厚度可忽略 两触点间的电势差为16