带电粒子在磁场中运动的实际应用资料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,v,0,向右射去，从右端中心,a,下方的,b,点以速度,v,1,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,B,2,，胶片。,原理：,加速场中,qU,=,mv,2,速度选择器中:,v=E/B,1,偏转磁场中:,d,2,r,，,qvB,2,mv,2,/,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,+,+,U,t,+,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、,E,k,=qU；E,k,=nqU,3、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,I,+,-,I =nqvS=nqv dh,f =qvB=IB/ndh,F=qU/h=IB/ndh,U=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；,F,洛,F,洛,v,F,洛,v,F,电,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,U,BA,=,E,E,场,q=qvB,E=Bdv,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？,U,O,M,P,电子束,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,=,mv,2,在磁场中由牛顿第二定律,evB=mv,2,/,R,又由几何关系 tan(,/2)=,r/R,C,a,b,v,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/s,2,，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=410,-5,kg，电量q=2.510,-5,C带正电的粒子，在xOy平面内做匀速直线运动，运动到原点O时，撤去磁场，经一段时间后，带电粒子运动到x轴上的P点。求：,（1）P点到原点O的距离；,（2）带电粒子由原点O运动到P点的时间,