1、第3講 帶電粒子在復(fù)合場中帶電粒子在復(fù)合場中運動的實際應(yīng)用運動的實際應(yīng)用 思考問題思考問題1：V V+q+q一電量為一電量為q q的帶正電的粒子以速度的帶正電的粒子以速度v v射入勻強(qiáng)電射入勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場相互正交的場區(qū)中，電場強(qiáng)度為場和勻強(qiáng)磁場相互正交的場區(qū)中，電場強(qiáng)度為E E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B，該帶電粒子可能做什么樣，該帶電粒子可能做什么樣的運動？的運動？( (重力不計）重力不計）一一. .速度選擇器速度選擇器【例例1】 某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點某帶電粒子從圖中速度選擇器左端由中點O以以速度速度v0向右射去，從右端中心向右射去，從右端中心a下方的下方的b點以速

2、度點以速度v1射出；射出；若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，該粒子將打到，該粒子將打到a點上方的點上方的c點，且點，且ac=ab，則該粒子帶，則該粒子帶_電；第二次射出時的速度為電；第二次射出時的速度為_.若要使粒子從若要使粒子從a 點射出點射出,則則B= .212022vvv正正E/V0B c a b如圖所示，一束正離子垂直射入正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)如圖所示，一束正離子垂直射入正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子仍保持原來的運動方向，電場區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子仍保持原來的運動方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場中，

3、發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束，對這些進(jìn)入另一強(qiáng)磁場中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束，對這些進(jìn)入另一磁場的離子，可得出結(jié)論（磁場的離子，可得出結(jié)論（ ）A A它們的動能一定各不相同它們的動能一定各不相同B B它們的電荷量一定各不相同它們的電荷量一定各不相同C C它們的質(zhì)量一定各不相同它們的質(zhì)量一定各不相同D D它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同訓(xùn)練訓(xùn)練1 1：D二質(zhì)譜儀二質(zhì)譜儀構(gòu)造構(gòu)造:主要主要由由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏 等組成等組成.如圖所示：帶電粒子注入器；加速電場（如圖所示：帶電粒子注入器；加速電場（U）；速）

4、；速度選擇器（度選擇器（B1、E）；偏轉(zhuǎn)磁場（）；偏轉(zhuǎn)磁場（B2）；照相底片。）；照相底片。作用作用: 測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素測定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素.【例例2】質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場和顯示屏等組成帶電粒子從容器下方的小孔磁場和顯示屏等組成帶電粒子從容器下方的小孔進(jìn)入加速電場，其初速度幾乎為零進(jìn)入加速電場，其初速度幾乎為零若帶電粒子最若帶電粒子最后打在照相底片的后打在照相底片的P點點,現(xiàn)測得現(xiàn)測得P到入口到入口S的距離為的距離為x,已知已知B1，B2，E，求該帶電粒子的，求該帶電粒子的比荷比荷(U未知未知)PSxBBEmq21

5、2答案答案:思考問題思考問題2 2：一束等離子體（由等量的一束等離子體（由等量的+q+q和和-q-q組成）以恒定速組成）以恒定速度度v v射入平行板電容器中，極板原來不帶電，板間射入平行板電容器中，極板原來不帶電，板間距為距為d,d,中間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感中間存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B B，帶電粒子將會如何運動？穩(wěn)定時上下，帶電粒子將會如何運動？穩(wěn)定時上下兩板的電勢差為多大？兩板的電勢差為多大？( (重力不計重力不計, ,設(shè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的設(shè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的離子都打在了極板上）離子都打在了極板上）+q +q -q -q V V平衡時：平衡時：Eq=Uq/d=BqvEq

6、=Uq/d=Bqv電動勢：電動勢：粒子源（流體）：粒子源（流體）：等離子束等離子束三、磁流體發(fā)電機(jī)三、磁流體發(fā)電機(jī)BdvBdv【例例3】 目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體目前世界上正在研究一種新型發(fā)電機(jī)叫磁流體發(fā)電機(jī)，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。如圖所發(fā)電機(jī)，它可以把氣體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能。如圖所示為它的發(fā)電原理圖將一束等離子體示為它的發(fā)電原理圖將一束等離子體( (即高溫下電離的即高溫下電離的氣體，含有大量帶正電或負(fù)電的微粒，從整體上來說呈氣體，含有大量帶正電或負(fù)電的微粒，從整體上來說呈電中性電中性) )射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場，磁場中有兩塊的勻強(qiáng)磁場，

7、磁場中有兩塊面積為面積為S S，相距為，相距為d d的平行金屬板與外電阻的平行金屬板與外電阻R R相連構(gòu)成一電相連構(gòu)成一電路設(shè)氣流的速度為路設(shè)氣流的速度為v v，氣體的電導(dǎo)率，氣體的電導(dǎo)率( (電阻率的倒數(shù)電阻率的倒數(shù)) )為為g g，則流過外電阻，則流過外電阻R R的電流強(qiáng)度的電流強(qiáng)度I I及電流方向為及電流方向為 ( )( ) D【例例4 4】如圖所示為一電磁流量計的示意圖，截面為如圖所示為一電磁流量計的示意圖，截面為正方形的非磁性管，其邊長為正方形的非磁性管，其邊長為d d，內(nèi)有導(dǎo)電液體流動，內(nèi)有導(dǎo)電液體流動，在垂直液體流動方向加一指向紙里的勻強(qiáng)磁場，磁感在垂直液體流動方向加一指向紙里的

8、勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為應(yīng)強(qiáng)度為B B現(xiàn)測得液體現(xiàn)測得液體a a、b b兩點間的電勢差為兩點間的電勢差為U U，求，求管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量Q Q（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）為多少？面的流體的體積）為多少？d流量：流量：Q=Sv=dU/BQ=Sv=dU/B四、電磁流量計四、電磁流量計流量：流量：Q=Sv=Q=Sv=dU/4BdU/4Bdba 導(dǎo)電導(dǎo)電液體液體例例5.5.（0909江蘇江蘇1414）19321932年，勞倫斯和利文年，勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理斯設(shè)計出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如圖所示，置于高

9、真空中的如圖所示，置于高真空中的D D形金屬盒半徑為形金屬盒半徑為R R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計。磁感應(yīng)強(qiáng)度為略不計。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直。的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直。A處粒子源產(chǎn)生的粒子，處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為質(zhì)量為m、電荷量為、電荷量為+q ，在加速器中被加速，加速在加速器中被加速，加速電壓為電壓為U。加速過程中不。加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作考慮相對論效應(yīng)和重力作用。用。五、回旋加速器五、回旋加速器（1）求粒子第）求粒子第2次和第次和第1次經(jīng)過兩次經(jīng)過兩D形盒間狹縫形盒間狹縫后軌道半徑之比；后軌道半徑之比；（2）求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時）求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時間間t；（3）實際使用中，磁感）實際使用中，磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率都有最大值的限制。若都有最大值的限制。若某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率的最大和加速電場頻率的最大值分別為值分別為Bm、fm，試討，試討