磁场中几种基本模型的分析

1、教学目标：掌握磁场中几种基本模型原理和解题方法,一、速度选择器,二、质谱仪,三、回旋加速器,练习,练习,练习,四、电磁流量计,五、磁流体发电机,六、霍尔效应,练习,练习,练习,一、速度选择器,二、质谱仪,质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具,原理图如图所示.从离子源发射出某种离子,离子从S1出来时速度很小,可以看作是静止的,后经S1与S2间的加速电场加速后,沿垂直于磁场边界的方向从S3进入有界匀强磁场,最后到达照相底片上的P点.,三、回旋加速器,回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形

2、成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的离子电量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm,粒子最终获得的最大速度：,四、电磁流量计,电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量Q（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为S的一段管道，管道处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液体稳定地流经流量计时， 测出上下两个侧面的电压为U,五、磁流体发电机,六、霍尔效应,以下三种情况，电流I都是向右，磁场B垂直纸面向外。,若是由正电荷定向移动形成的电流，

3、由左手定则，正电荷受力向下，下表面电势高,若是由负电荷定向移动形成的电流（例如金属导体），由左手定则，负电荷受力也向下，则下表面电势低,若是由正负电荷共同定向移动形成的电流（例如电解液），由左手定则，正负电荷受力都向下，则上下表面不会产生电势差,霍尔效应是电磁效应的一种，是美国物理学家霍尔于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应应使用左手定则判断。,下一题,1.如图所示,平行正对的金属板间有竖直向下的匀强电场,同时还有垂

4、直纸面向里的匀强磁场.一束质量为m、电荷量为q的正粒子从左侧以平行于极板的速度v射入,能沿直线穿越此区域.则: A.质量为m、电荷量为q的负粒子,从左侧以速度v沿平行于极板的方向射入,也能沿直线穿越此区域. B.质量大于m、电荷量大于q的正粒子,从左侧以速度v沿平行于极板的方向射入,也能沿直线穿越此区域. C.质量为m、电荷量为q的正粒子,从左侧以大于v的速度沿平行于极板的方向射入,也能沿直线穿越此区域. D.质量为m、电荷量为q的正粒子,从右侧以速度v沿平行于极板的方向射入,也能沿直线穿越此区域.,返回,（AB）,返回,2.一束正离子垂直射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里,结果发现有些离子保

5、持原来的运动方向,未发生任何偏转.如果让这些不发生偏转的离子进入另一匀强磁场中,发现这些离子又分裂成几束,如图15-9-2所示.对这些进入另一磁场的离子,可得出结论: A.它们的动能各不相同. B.它们的电荷量各不相同. C.它们的质量各不相同. D.它们的电量与质量之比各不相同,（D）,1.用质谱仪研究一束离子(其中可能含有各种不同离子)的组成情况(参看图15-8-2),实验中测得P点到入口处S3的距离为X,那么: A.若X有唯一值,则离子束中各种离子的质量一定相同. B.若X有唯一值,则离子束中各种离子的比荷一定相同. C.若组成离子束的是某种元素的几种同位素,则质量越大的同位素对应的X值

6、越大. D.若组成离子束的是某种元素的几种同位素,则质量越大的同位素对应的X值越小.,下一题,返回,（BC）,2.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的工具,原理图如图15-8-2所示.从离子源发射出某种离子,离子从S1出来时速度很小,可以看作是静止的,后经S1与S2间的加速电场加速后,沿垂直于磁场边界的方向从S3进入有界匀强磁场,最后到达照相底片上的P点. 某次实验中,已知加速电压是600V,磁感应强度是0.02T,测得P点到S3的距离是0.4m.求离子的比荷.,返回,7.5*107C/kg,1.用回旋加速器对质量是m、电荷量是q的粒子加速,已知D形盒内匀强磁场的磁感应强度为B,加速电压

7、是如图15-8-1所示的方波电压,则该电压的变化周期是T= .,下一题,返回,2m/qB,2.用同一回旋加速器(D形盒半径确定,D形盒内匀强磁场的磁感应强度确定)分别对质子和氘核加速,这两种粒子 运动的周期之比为_; 加速电场的所加高频电压周期之比_； 从D形盒飞出时的速度之比为_; 获得的最大动能之比是 . 获得上述能量所需时间之比为_.,返回,1:2,1:2,2:1,2:1,2:1,电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c，流量计

8、的两端与输送液体的管道相连接（图中虚线）。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。当导电液体稳定地流经流量计时， 测出上下两个侧面的电压为U,求流量Q,返回,(U/c)q=qvB v=U/cB Q=(bc)vt t=1 =Ub/B,目前世界上正在研究的新型发电机的原理如图所示，设想在相距为d，且足够长的甲乙两金属板间加有垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，两板通过电键和灯泡相连，将气体加热到使之高度电离的温度，气体电离后由于正、负电荷一样多，且带电量均为e，因而称为等离子体，将其以速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲

9、、乙两板就会聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机与一般发电机不同之处，它可以直接把内能转化为电能，试问：,1、图中哪个极板是发电机的正极？ 2、发电机的电动势是多大？ 3、设喷入两极板间的离子流每立方米有n个负电荷，离子流的横截面为S，则发电机的功率多大？,返回,P=IE=(nvse)(Bdv)=nedSBv2,如图所示，将一块长方体金属块放在匀强磁场中，前后两表面与磁场方向垂直，在金属块中通入如图所示的电流，此时金属块的上下两个表面将产生电势差，这种现象称为霍尔效应。 已知磁场的磁感应强度为B，电子电量e，定向运动速度为v，上下两个侧面间的距离为a，前后两个侧面间的距离为b，求： （1）上下