1、 第 4讲 带电粒子在复合场中运动的实际应用 知识梳理 一、速度选择器 在如图所示的平行板器件中 ,电场强度 E与磁感应强度 B相互垂直 ,具有 不同水平速度的带电粒子射入平行板器件后发生的偏转情况不同 ,从 左 侧射入 ,能把初速度大小 v= 的粒子选择出来。这个速度 与粒子的 电性 、 电荷量 、 质量 均无关。 EB二、质谱仪 质量为 m、电荷量为 q的粒子 ,从容器下方的小孔 S1飘入电势差为 U的加 速电场 ,其初速度几乎为零 ,从 S2射出电场时的速度 v= ,然后 2qUm经过 S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为 B的匀强磁场中 ,最后 打到照相底片 D上某点 ,则 S3与
2、该点的距离 d= ,跟带电粒 子 比荷的平方根 成反比。 2 2mUq回旋加速器是利用 电场 对电荷的加速作用和 磁场 对运动 电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置。由于带电粒子在匀强磁场中 做匀速圆周运动的周期 T= 与速率无关 ,所以只要交变电场 的变化周期等于 粒子的运动周期 ,就可以使粒子每次通过电场时 都能得到加速。粒子通过 D形金属盒时 ,由于金属盒的静电屏蔽作用 ,盒 内空间的电场极弱 ,所以粒子只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动 ,设 D 形盒的半径为 r,则粒子获得的最大动能为 。 2 mqB?2 2 22B q rm三、回旋加速器 四、磁流体发电机 (1)磁流体发电是一项新兴技
3、术 ,它可以把 内 能直接转化为 电能 。 (2)根据左手定则 ,如图所示中的 B是发电机的 正极 。 (3)磁流体发电机两极板间的距离为 d,等离子体速度为 v,磁感应强度 为 B,则两极板间能达到的最大电势差 U= Bdv 。 工作原理 :如图所示 ,圆形导管直径为 d,用非磁性材料制成 ,导电液体在 管中向左流动 ,导电液体中的自由电荷 (正、负离子 )在洛伦兹力的作用 下偏转 ,a、 b间出现电势差 ,形成电场 ,当自由电荷所受的 电场力 和 洛伦兹力 平衡时 ,a、 b间的电势差就保持稳定 ,即 :qvB=qE=q ,所以 v= ,因此液体流量 Q=Sv= = 。 UdUBd24d?
4、UBddUB五、电磁流量计 工作原理 :如图所示 ,厚度为 h、宽度为 d的导体板放在垂直于它的磁感 应强度为 B的匀强磁场中 ,当电流通过导体板时 ,在导体板的上侧面 A和 下侧面 A之间会产生电势差 ,这种现象称为霍尔效应。实验表明 ,当磁 场不太强时 ,电势差 U、电流 I和 B的关系为 U=k ,式中的比例系数 k称 为霍尔系数。 IBd六、霍尔效应 1.(多选 )如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速 后 ,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度 和匀强电场的电场强度分别为 B和 E。平板 S上有可让粒子通过的狭缝 P和记录粒子位置的胶片 A1A2。平板 S下方有磁感应强度为 B0的匀强磁 场。下列表述正确的是 ( ) A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C.能通过狭缝 P的带电粒子的速率等于 E/B D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P,粒子的比荷越小 ABC
