高二物理：3.6《带电粒子在匀强磁场中的运动》课件（人教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 带电粒子在复合场中的运动 速度选择器 原理 霍尔效应 如图厚度为d 宽度为l的长方形导体放在匀强磁场中 导体通以沿x轴方向的电流I y轴方向有匀强磁场B 导体中以速率v定向移动的带电电子 载流子 受到洛仑兹力的作用 根据左手定则 载流子沿z轴运动 导体上 下表面A A 出现电荷堆积 产生电场 如载流子为正电荷 A表面的电势较高 如载流子为负电荷 A 表面的电势较高 这一电势差UH称为霍尔电压 分析 金属块内部产生竖直向上的的电场阻碍载流子沿z轴方向运动 当洛仑兹力 电场力平衡时Eq Bqv或者E vB由于UH El UH Bvl显然测量AA 的电势高低可判断载流子是正电荷还是负电荷 利用霍尔效应可以测量磁感应强度 设图示导体中载流子密度为n 则电流强度为I nqvs nqvld v I nqld 将v带入UH Bvl得UH BI ndq 令K 1 nq 则UH KIB dK称为霍尔系数 由导体材料决定 给导体通以恒定电流I 测出霍尔电压 就可以由UH KIB d求出B的值 例题 流体测速计原理 一种测量血管中血流速度仪器的原理如图所示 在动脉血管左右两侧加有匀强磁场 上下两侧安装电极并连接电压表 设血管的直径是2 0mm 磁场的磁感应强度为 0 080T 电压表侧出的电压为0 10mv求血流速度的大小 提示 血液是导电体 血液流动时 带电粒子在洛仑兹力的作用下偏转 解析 血液中带电粒子在洛仑兹力的作用下发生偏转 在血管中上下表面形成电势差U 最终带电粒子所受洛仑兹力和电场力达到动态衡血液流动速度 磁流体发电机 模型 磁流体发电机 分析 工作原理 磁流体发电机由燃烧室 发电通道和偏转磁场组成在2500K以上的高温下 燃料与氧化剂在燃烧室混合 燃烧后电离为导电的正负离子 即等离子体 并以每秒几百米的高速喷入磁场 在洛仑兹力的作用下 正负电荷而产生静电场 这时等离子体同时受到方向相反的洛仑兹力与电场力的作用 当f F时粒子继续发上偏转 两极电势差随之增大 当f F时 粒子匀速穿过磁场两极电势差达到最大值 即为电源电动势 电动势的计算 设两极间的距离为d 根据两板电势差达到最大值的条件f F得 所以磁流体发电机的电动势为 质谱仪 加速器 用什么方法可以加速带电粒子呢 可以利用电场 如右图 可以获得的动能 Ek 1 2mv2 qU 我们是不是可以多加几个电场来对粒子进行加速呢 这种加速器为直线加速器 利用电场加速带电粒子 通过多级加速获得高能粒子 将加速电场以外的区域静电屏蔽 采用交变电源提供加速电压 获得高能粒子的一台加速器应具备条件 电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件 我国1989年投入运行的高能粒子加速器 北京正负离子对撞机 全长200多米的直线加速器 它可使粒子的能量高达28亿电子伏特 直线加速器优点 可以获得相当高能量的粒子 缺点 占地面积太大 回旋加速器 构造 回旋加速器 原理 回旋加速器 分析 回旋加速器优点 体积小 缺点 带电粒子的能量不能很高 例题 例 回旋加速器是用来加速一群粒子使它获得很大动能的仪器 其核心部分是两个D形扁盒 两盒分别和一高频率电源两极接触 以便在盒间的窄缝中形成匀强电场 使粒子每穿过狭缝都得到加速 两盒放在匀强磁场中 磁场强度为B 磁场方向垂直于盒底面 离子源置于盒圆心附近 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Rm 其运动轨迹如图 问 盒内有无电场 离子在盒内做何种运动 所加交流电频率应是多大 离子角速度为多大 离子离开加速器时速度为多大 最大动运为多少 设两D形盒间电场的电势差为U 其电场均匀 粒子在电场中的加速时间可忽略 求加速到上述能量所需时间 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全