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1、9 9、带电粒子在复合场中的实际应用、带电粒子在复合场中的实际应用1).速度选择器（如图 A-11-52-1）速度选择器的条件：带电粒子从小孔 S1水平射入，匀速通过叠加场，并从小孔 S2水平射出，电场与洛伦兹力平衡 即0BqvqE BEv 0使粒子匀速通过选择器的两种途径当 v0一定时，调节 E 和 B 的大小当 E 和 B 一定时，调节加速电压 U 的大小，根据功能关系和匀速运动条件，有所以，加速电压应为 220)(21 21 BEmmvqU2)(2BE qmU 2).质谱仪质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离同位素同位素的仪器。如图 A-11-52-2 所示，离子源 S 产生质量为 m，电
2、荷量为 q 的正离子（所受重力不计） 。离子出来时速度很小（可忽略不计） ，经过电压为 U 的电场加速后进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片 P 上，测得它在 P 上的位置到入口处的距离为 L，则联立求解得.rLrvmqBvmvqU2, 02122ULqBm822 因此，只要知道 q、B、L 与 U，就可计算出带电粒子的质量 m。又因L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重m要仪器。3).回旋加速器回旋加速器的工作原理如图 A-11-52-3 所示，设离子源中放出的是带正电的粒子，带正电的粒子以一定的初速度 v0进入下方
3、 D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，运动半周后回到窄缝的边缘，这时在 A1、A1间加一向上的电场，粒子将在电场作用下被加速，速率由 v0变为 v1,然后粒子在上方 D 形盒的匀强磁场中做圆周运动，经过半个周期后到达窄缝的边缘 A2，这时在 A2、A2间加一向下的电场，使粒子又一次得到加速，速率变为 v2，这样使带电粒子每通过窄缝时被加速，又通过盒内磁场的作用使粒子回旋到窄缝，通过反复加速使粒子达到很高的能量。图 A-11-52-1图 A-11-52-2图 A-11-52-3带电粒子在磁场中运动的半径为，所以粒子被加速后回旋半径一次比一次增大；qBmvR 而带电粒子在磁场中运动的周期，所以粒子
4、在磁场中运动的周期始终保持不变，这qBmT2样只要加在两个电极上的高频电源的周期与带电粒子在磁场中运动的周期相同，就可以保证粒子每经过电场边界 AA 和 AA时正好赶上合适的电场方向而被加速。4).磁流体发电机如图 A-11-52-4 是磁流体发电机，其原理是等离子气体喷入磁场，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到 A、B 板上，产生电势差，设 A、B 平行金属板的面积为 S，相距 L，等离子体的电阻率为 ，喷入气体速度为 v，板间磁场的磁感应强度为 B，板外电阻为 R，当等离子气体匀速通过 A、B 板间时，A、B 板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即为电源电动势，此时离子受力平衡
5、：，电动势BvBqvqE，场场 E，电源内电阻，所以 R 中电流。BLvLEE场SLrLRSBLvSSLRBLv rREI 5).电磁流量计电磁流量计原理可解释为：如图 A-11-52-5 所示，一圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体向左流动。导电液体中的自由电荷（正负离子）在洛伦兹力作用下横向偏转，a、b 间出现电势差。当自由电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，a、b 间的电势差就保持稳定。由，BdUvqdUEqBqv可得,流量。BdU BdUdSvQ442图 A-11-52-4图 A-11-52-5Oxyv3如图 11-5 所示，甲是一个带正电的小物块，乙是一个不带电的绝缘
6、物块，甲、乙叠放在一起静置于粗糙的水平地板上，地板上方空间有水平方向的匀强磁场。现用水平恒力拉乙物块，使甲、乙无相对滑动地一起水平向左加速运动，在加速运动阶段（ ）A乙物块与地之间的摩擦力不断增大 B甲、乙两物块间的摩擦力不断增大C甲、乙两物块间的摩擦力大小不变。D甲、乙两物块间的摩擦力不断减小5.5. 20102010上海物理上海物理1313 如图，长为2l的直导线拆成边长相等，夹角为60o的V形，并置于与其所在平面相垂直的匀强磁场中，磁感应强度为B，当在该导线中通以电流强度为I的电流时，该V形通电导线受到的安培力大小为（A）0 （B）0.5BIl （C）BIl（D）2BIl8.8.（070
7、7 天津理综）天津理综）19.19.如图所示，在x轴上方存在着垂直于纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场。一个不计重力的带电粒子从坐标原点O处以速度v进入磁场，粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与x轴正方向成 120角，若粒子穿过y轴正半轴后在磁场中到x轴的最大距离为a，则该粒子的比荷和所带电荷的正负是( )A3 2v aB正电荷 B2v aB正电荷 C3 2v aB负电荷 D2v aB负电荷1111江苏省泰州市三所重点高中江苏省泰州市三所重点高中 20102010 届高三期末届高三期末如图所示，圆形区域内有垂直纸面的匀强磁场，三个质量和电荷量都相同的带电粒子 a、b、c，以不同的速率对准圆心 O 沿着 AO 方向射入磁场，其运动轨迹如图。若带电粒子只受磁场力的作用，则下列说法正确的是（ ）Aa 粒子动能最大Bc 粒子速率最大Cb 粒子在磁场中运动时间最长 D它们做圆周运动的周期Ta0）的粒子 从 P 点瞄准 N0点入射，最后又通过 P 点。不计重力。求粒子入射速度的所有可能值。
