1、带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动现代五项技术应用专题莆田二中高三物理组莆田二中高三物理组1现代五项技术现代五项技术 磁流体发电机 质谱仪 电磁流量计 回旋加速器 速度选择器2一一. .速度选择器：速度选择器：功能是为了选择某种速度的带电粒子功能是为了选择某种速度的带电粒子 1. 1.原理：原理：设一束质量、电性、带电量、速度均不同的粒子束（重力不计），从S1孔垂直磁场和电场方向进入两板间，同时受到电场力和洛伦兹力作用。要使粒子沿直线从S2飞出，须满足：qvoB=qE 即 vo=E/B由此可见，尽管有一束速度不同的粒子从S1孔进入，但能从S2孔飞出的粒子只有一种速度，而与粒子的质
2、量、电性、电量无关。32. 2.特点：特点：l 如何保证F和f的方向始终相反 -将v、E、B三者中任意两个量的方向同时改变， 但不能同时改变三个或者其中任意一个的方向， 否则将破坏速度选择器的功能。 BEv 当粒子进入速度选择器时速度 ， 粒 子将因侧移而不能通过 选择器。如图， 设在电场方向侧移后粒子速度为v1， a.当 时，粒子向f方向侧移, F做负功 粒子动能减少， 电势能增加， 有 BEv 2212121mvmvdqEb.当 时，粒子向F方向侧移, F做正功粒子动能增加， 电势能减少， 有 BEv 2212121mvmvdqE4二二. .磁流体发电机磁流体发电机: :利用等离子体来发电
3、利用等离子体来发电 BdvBdBEvBdBEv2 2工作原理工作原理: : 3 3电动势的计算电动势的计算: : 设两极板间距为d，根据两极电势差达到最大值的条件F洛=F电， 即 ， 则磁流体发电机的电动势 l1.等离子体的产生等离子体的产生 : :在高温条件下气体发生电离，电离后的气体中含有离子、电子和部分未电离的中性粒子，正负电荷的密度几乎相等。Bdv5三三. . 电磁流量计：电磁流量计：利用霍尔效应来测量管道中液体流量利用霍尔效应来测量管道中液体流量 dUqqvB BdUv F F电电F F洛洛V Vd dV Va ab b原理：原理：当自由电荷受电场力和洛伦兹力平衡时，ab间电势差就保
4、持稳定，测出ab间电势差的大小U， 则即可算出管道内液体的流量BdUSVQ46四四. .质谱仪质谱仪: :用于测量带电粒子质量和分离同位素用于测量带电粒子质量和分离同位素 A AS SC CS S1 1S S2 2S S3 3S S4 4V Vr rP PF FB BD DB B0 0V VU UM MN N（1）离子发生器（发射出电量q、质量m的粒子，粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计；）（2）静电加速器C：静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S1、S2，粒子从S1进入后，经电压为U的电场加速后，从S2孔以速度v飞出；（3）偏转磁场B：粒子从小孔S2射出后，从偏转磁场边界挡板上的小孔S4
5、进入，做半径为r的匀速圆周运动；（4）感光片F：粒子在偏转磁场中做半圆运动后，打在感光胶片的P点被记录，可以测得P与S4间的距离L。7课堂练习课堂练习P270.(2)l 如图所示，电容器两极板相距为d，两端电压为U，极板间的匀强磁场为B1，一束电荷量为+q的粒子从图示方向射入，沿直线穿过电容器后进入另一匀强磁场B2，结果分别打在a、b两点，两点间的距离为R.求打在两点粒子质量差m为多少?8O OB B五五. .回旋加速器：回旋加速器：用来加速带电粒子使之获得高能量用来加速带电粒子使之获得高能量 9101112 1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。（1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t； (3)若磁感应强度和电场频率的最大值为Bm,m,fm m,求讨论粒子的最大动能课堂练习课堂练习P270.(6)13/10/29
