(磁场)现代五项技术的应用

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）求粒子从