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1、第3讲 带电粒子在复合场中 运动的实际应用 思考问题1： V +q 一电量为q的带正电的粒子以速度v射入匀强电 场和匀强磁场相互正交的场区中，电场强度为 E，磁感应强度为B，该带电粒子可能做什么样 的运动？(重力不计） 一.速度选择器 【例1】 某带电粒子从图中速度选择器左端由中点O以 速度v0向右射去，从右端中心a下方的b点以速度v1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ac=ab，则该粒子带_电；第二次射出时的速度为 _.若要使粒子从a 点射出,则B= . 正 E/V0 B c a b 如图所示，一束正离子垂直射入正交的匀强磁场和匀强 电场区域，结果发现有些离子仍保持
2、原来的运动方向， 未发生任何偏转如果让这些不偏转的离子进入另一匀 强磁场中，发现这些离子又分成几束，对这些进入另一 磁场的离子，可得出结论（ ） A它们的动能一定各不相同 B它们的电荷量一定各不相同 C它们的质量一定各不相同 D它们的电荷量与质量之比一定各不相同 训练1： D 二质谱仪 构造:主要由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏 等组成. 如图所示：带电粒子注入器；加速电场（U）；速 度选择器（B1、E）；偏转磁场（B2）；照相底片。 作用: 测定带电粒子的质量和分析同位素. 【例2】质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转 磁场和显示屏等组成带电粒子从容器下方的小孔 进入加速电场，其初
3、速度几乎为零若带电粒子最 后打在照相底片的P点,现测得P到入口S的距离为x, 已知B1，B2，E，求该带电粒子的比荷(U未知) PS 答案: 思考问题2： 一束等离子体（由等量的+q和-q组成）以恒定速 度v射入平行板电容器中，极板原来不带电，板间 距为d,中间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感 应强度为B，带电粒子将会如何运动？稳定时上下 两板的电势差为多大？(重力不计,设发生偏转的 离子都打在了极板上） +q -q V 平衡时：Eq=Uq/d=Bqv 电动势： 粒子源（流体）：等离子束 三、磁流体发电机 Bdv 【例3】 目前世界上正在研究一种新型发电机叫磁流体 发电机，它可以把气体的内能直
4、接转化为电能。如图所 示为它的发电原理图将一束等离子体(即高温下电离的 气体，含有大量带正电或负电的微粒，从整体上来说呈 电中性)射入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场中有两块 面积为S，相距为d的平行金属板与外电阻R相连构成一电 路设气流的速度为v，气体的电导率(电阻率的倒数)为 g，则流过外电阻R的电流强度I及电流方向为 ( ) D 【例4】如图所示为一电磁流量计的示意图，截面为 正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动 ，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁 感应强度为B现测得液体a、b两点间的电势差为U， 求管内导电液体的流量Q（在单位时间内通过管内横 截面的流体的体积）为多
5、少？ d 流量：Q=Sv=dU/B 四、电磁流量计 流量：Q=Sv=dU/4B d b a 导电 液体 例5.（09江苏14）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。 五、回旋加速器 （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）实
6、际使用中，磁感 应强度和加速电场频率 都有最大值的限制。若 某一加速器磁感应强度 和加速电场频率的最大 值分别为Bm、fm，试讨 论粒子能获得的最大动 能E。 总 结 对联系实际的应用问题: 弄清原理, 建构模型 找准关键, 注意条件 灵活选用规律解题。 5 5、电磁流量计、电磁流量计 如图所示，一圆形导如图所示，一圆形导 管直径为管直径为d d，用非磁性材，用非磁性材 料制成，其中有可以导电料制成，其中有可以导电 的液体向左流动。的液体向左流动。 导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转，导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下纵向偏转， a,ba,b间出现电势差。间
7、出现电势差。 原理：原理： 当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a a、b b间的电势差就保间的电势差就保 持稳定。持稳定。 流量（流量（Q Q）：）： 其等离子气体喷入磁场，正其等离子气体喷入磁场，正 、负离子在洛伦兹力作用下发生、负离子在洛伦兹力作用下发生 上下偏转而聚集到两极板上，在上下偏转而聚集到两极板上，在 两极板上产生电势差两极板上产生电势差. . 设等离子气体的电阻率为 设等离子气体的电阻率为 ， 则电源的内阻为：则电源的内阻为： 6 6、磁流体发电机、磁流体发电机 原理：原理： 设设A A、B B平行金属板的面积为平行金属板的面积为S S，相距，相距 L L，喷入气体速度为，喷入气体速度为v v，板间磁场的磁感，板间磁场的磁感 应强度为应强度为B B 当等离子气体匀速通过当等离子气体匀速通过A A、B B板间板间 时，时，A A、B B板上聚集的电荷最多，板间板上聚集的电荷最多，板间 电势差最大，即为电源电动势。电势差最大，即为电源电动势。 此时离子受力平衡：此时离子受力平衡： EqEqBqvBqv 电动势：电动势：ELELBLvBLv E EBvBv 则中的电流为：则中的电流为：
