带电粒子磁场中的运动二 - 副本

1、1 1、速度选择器、速度选择器2 2、质谱仪、质谱仪3 3、回旋加速器、回旋加速器4 4、磁流体发电机、磁流体发电机5 5、霍尔效应、霍尔效应6 6、电磁流量计、电磁流量计（二）带电粒子在电磁（二）带电粒子在电磁场中运动的应用场中运动的应用 例例1、几种离子先沿垂直于电场和磁场方向射几种离子先沿垂直于电场和磁场方向射入速度选择器，经速度选择器筛选后，又射入匀入速度选择器，经速度选择器筛选后，又射入匀强磁场，轨迹分别为强磁场，轨迹分别为a、b、c、d四种，如图所四种，如图所示，下列判断正确的是（示，下列判断正确的是（ ） A、abcd一定都是不同一定都是不同种离子种离子 B、abc可能是同一种可

2、能是同一种离子离子 C、abcd可能都是带正可能都是带正电的离子电的离子 D、cd一定不是同一种一定不是同一种离子离子 B BD D课本课本P98： 3不同粒子不同粒子打到底片上的位置不同打到底片上的位置不同（二）质谱仪（二）质谱仪例题例题2 2：如图所示，一质量为如图所示，一质量为m m，电荷量为，电荷量为q q的粒的粒子从容器子从容器A A下方小孔下方小孔S S1 1飘入电势差为飘入电势差为U U的加速电场，的加速电场，然后让粒子垂直进入磁感应强度为然后让粒子垂直进入磁感应强度为B B的磁场中，的磁场中，最后打到底片最后打到底片D D上。求：上。求：(1)(1)粒子进入磁场时的速率。粒子进

3、入磁场时的速率。(2)(2)求粒子在磁场中运动的轨道半径。求粒子在磁场中运动的轨道半径。解：解：（1）设粒子进入磁场时）设粒子进入磁场时的速度为的速度为v，根据动能定理：，根据动能定理：2mv21qU 解得：解得：m2qUv （2）粒子进入磁场后：）粒子进入磁场后：rvmqvB2解得：解得：qBmvr q2mUB1结论分析：结论分析：q2mUB1r 或或UqrBm2221、 在在U、B确定的情况下，粒子进入磁场后做确定的情况下，粒子进入磁场后做圆周运动的半径与圆周运动的半径与 有关。若粒子有关。若粒子电荷量相同，质量不同，则质量越大的，其圆周电荷量相同，质量不同，则质量越大的，其圆周运动半径越

4、运动半径越 ，打到底片上的位置就越，打到底片上的位置就越 。质量质量m m、电量、电量q q大大远远2、若研究未知粒子，可以通过底片上记录的位、若研究未知粒子，可以通过底片上记录的位置置 ，进而算出，进而算出 。测出圆周的半径测出圆周的半径粒子的质量粒子的质量3、质谱仪质谱仪是一种精密仪器，是测定是一种精密仪器，是测定粒子质量粒子质量和和分析同位素分析同位素的重要工具。的重要工具。 例例3、沿水平方向以速度沿水平方向以速度V流动的完全电离的气流动的完全电离的气体（由正、负离子组成，也叫等离子体），通过体（由正、负离子组成，也叫等离子体），通过两水平放置的金属平板间的空间，金属平板的面两水平放置

5、的金属平板间的空间，金属平板的面积为积为S，两板间的距离为，两板间的距离为d，两板间存在一沿水，两板间存在一沿水平方向的匀强磁场，磁感强度为平方向的匀强磁场，磁感强度为B，方向与，方向与V垂垂直，定值电阻直，定值电阻R接在两板之间，如图所示，设电接在两板之间，如图所示，设电离气体充满两板间的空间，其电阻率为离气体充满两板间的空间，其电阻率为，求：，求：K断开时，两金属板之断开时，两金属板之间的最大电压。间的最大电压。K闭合后，通过电阻闭合后，通过电阻R的电流。的电流。K闭合后，两板之间的闭合后，两板之间的电压。电压。课本课本P98： 4同步训练同步训练P75： 31、了解：直线加速器了解：直线

6、加速器加速原理：动能定理加速原理：动能定理缺点：直线加速，则加速装置要很长很长，缺点：直线加速，则加速装置要很长很长，占有的空间很大，在有限的空间内制造直线加速占有的空间很大，在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制。器受到一定的限制。 （四）回旋加速器（四）回旋加速器U U U U UEK1 EK2 EK3 EK4 EK5 m,q 分析： qU =EK1-0 qU = EK2-EK1 qU = EK3-EK2 qU = EKn-EKn-1各式相加得：nqU = EKn2 2、回旋加速器、回旋加速器D型型盒盒交变电压交变电压劳伦斯设计劳伦斯设计思考思考1：粒子在磁场中做圆周运动的粒子在磁场中

7、做圆周运动的周期周期T与那些量有关？与那些量有关？qBm2212TtqBmm, qm, q，B B思考思考3：若控制夹缝若控制夹缝AA之间电场的方向可以使粒子每之间电场的方向可以使粒子每经过电场都加速，这样粒子运动的速度会越来越大，经过电场都加速，这样粒子运动的速度会越来越大，那么在磁场中走过半圆的时间会不会越来越短？那么在磁场中走过半圆的时间会不会越来越短？思考思考4：为什么粒子每经过一次加速，轨道半径变大？为什么粒子每经过一次加速，轨道半径变大？不会不会qBmvrqBm2T qBm2212TtqBm思考思考6：粒子最终的动能有什么因素决定？粒子最终的动能有什么因素决定？qBmvR2mRBq

8、mv21E2222KUtoTTT思考思考5：要使粒子每次经过要使粒子每次经过电场都被加速，电场都被加速，AA之间的之间的电场需要每隔多长时间变化电场需要每隔多长时间变化一次？一次？课本课本P102： 4 例例4、如图所示，回旋加速器有两个如图所示，回旋加速器有两个D型盒组成，在型盒组成，在两两D型盒的缝隙处加一交变电压型盒的缝隙处加一交变电压U，在两，在两D型盒内加磁型盒内加磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场，磁场方向与的匀强磁场，磁场方向与D型盒面垂直，型盒面垂直，从从O点射入的带电粒子，经电场加速和磁场偏转交替进点射入的带电粒子，经电场加速和磁场偏转交替进行，最终从行，最终从D型盒的边缘射

9、出。已知交变电压的频率与型盒的边缘射出。已知交变电压的频率与粒子在磁场回转频率相等，粒子经过两粒子在磁场回转频率相等，粒子经过两D型盒缝隙的时型盒缝隙的时间可忽略不计，若要增大粒子射出的动能间可忽略不计，若要增大粒子射出的动能E，下列说法，下列说法中正确的是（中正确的是（ ） A、增大电压、增大电压UB、增大、增大D型盒的半径型盒的半径C、增大磁场的磁感应强度、增大磁场的磁感应强度D、增大、增大D型盒之间的缝隙型盒之间的缝隙BC同步训练同步训练P78: 3（五）霍尔效应（五）霍尔效应1879年美国科学家霍尔发现：年美国科学家霍尔发现： 在匀强磁场中放置的一个矩形截面的通电在匀强磁场中放置的一个

10、矩形截面的通电导体（载流导体），如图所示。导体（载流导体），如图所示。 导体在与磁场和电导体在与磁场和电流都垂直的方向上出现流都垂直的方向上出现了电势差。了电势差。见课本见课本P103：图图1思考：思考：若导体为金属（自若导体为金属（自由电子导电）由电子导电）这种现象这种现象霍尔效应霍尔效应进一步的定量分析：进一步的定量分析： 若单位体积内载流子数为若单位体积内载流子数为n，载流子的电量为，载流子的电量为q，截，截面尺寸如图（导体平行磁面尺寸如图（导体平行磁场的厚度为场的厚度为d，垂直磁场方，垂直磁场方向厚度为向厚度为L）再设载流子定向移动的速度为再设载流子定向移动的速度为V则：则：nqLdV

11、IqLUBqV 所以：所以：InqdB1U KBI下表面电势高下表面电势高例例5、两面平行的金属导体，水平放置在磁两面平行的金属导体，水平放置在磁感应强度为感应强度为B的匀强磁场中，当导体中通有如的匀强磁场中，当导体中通有如图所示的电流图所示的电流I I时：时： （2）若金属导体在垂直电流（或磁场）方向若金属导体在垂直电流（或磁场）方向的厚度为的厚度为d d，电子定向移动的速率为，电子定向移动的速率为V V，上下表，上下表面的电压面的电压U U多大？多大？U=BdV（1）金属板哪个面电势高？）金属板哪个面电势高？edUBeV（六）电磁流量计（六）电磁流量计例例6、与液体输送管路串联，安装在管路

12、上的与液体输送管路串联，安装在管路上的 “电磁流量计电磁流量计”的原理如图所示。若设：流量的原理如图所示。若设：流量计中磁感应强度为计中磁感应强度为B，流量计的截面为正方形，流量计的截面为正方形，边长为边长为L，当液体流过时，与上、下表面连接的，当液体流过时，与上、下表面连接的电压表示数为电压表示数为U，求：管路中输送液体的流量，求：管路中输送液体的流量Q（即：每秒流过液体体积）。（即：每秒流过液体体积）。BLVUBULLBLUVL22Q同步训练同步训练P76: 5 8 例例7、空间中同时存在斜向上且空间中同时存在斜向上且方向相同的匀强电场和匀强磁场，方向相同的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场

13、强为匀强电场的场强为E，匀强磁场的，匀强磁场的磁感应强度为磁感应强度为B，一个质量为，一个质量为m，带正电带正电q的小球，在该空间中做匀的小球，在该空间中做匀速直线运动，求：速直线运动，求： 小球的速度小球的速度V 电场（或磁场）的方向电场（或磁场）的方向答案：答案： 方向水平且与电场、磁场垂直方向水平且与电场、磁场垂直 电场（或磁场）的方向与水平电场（或磁场）的方向与水平方向成方向成BqqEgmV2222mgEqarcSin例题例题7：在光滑绝缘的水平面上，存在竖直向下的匀在光滑绝缘的水平面上，存在竖直向下的匀强磁场，绝缘轻绳连着的带电小球绕强磁场，绝缘轻绳连着的带电小球绕O点逆时针做匀点逆

14、时针做匀速圆周运动，如图所示（自上而下的俯视图）。当绳速圆周运动，如图所示（自上而下的俯视图）。当绳子突然剪断后，下列判断可能正确的是（子突然剪断后，下列判断可能正确的是（ ）A、小球仍逆时针匀速圆周运动，、小球仍逆时针匀速圆周运动，半径增大，周期也增大。半径增大，周期也增大。B、小球仍逆时针匀速圆周运动，、小球仍逆时针匀速圆周运动，半径不变，周期也不变。半径不变，周期也不变。C、小球改做顺时针匀速圆周运动，、小球改做顺时针匀速圆周运动，半径增大，周期也增大。半径增大，周期也增大。D、小球改做顺时针匀速圆周运动，、小球改做顺时针匀速圆周运动，半径不变，周期也不变。半径不变，周期也不变。课时训练课时训练 2若小球带若小球带正正电：电：存在存在两种两种可能性可能性绳断开后，绕行方向仍绳断开后，绕行方向仍为为逆时针逆时针，半径增大半径增大。绳断开后，绕行方向仍绳断开后，绕行方向仍为为逆时针逆时针，半径不变半径不变。绳子有拉力时绳子有拉力时绳子拉力恰好为绳子拉力恰好为0时时若小球带若小球带负负电：电：存在存在三种三种可能性可能性原来：原来：rVmFT2洛绳断后：