第3单元带电粒子在复合场中的运动.doc

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1、第3单元带电粒子在复合场中的运动三种场力的特点1、重力的特点：其大小为mg，方向竖直向下；做功与路径无关，与带电粒子的质量及起、讫点的高度差有关2、电场力的特点：大小为qE，方向与E的方向及电荷的种类有关；做功与路径无关，与带电粒子的带电量及起、终点的电势差有关3、洛伦兹力的特点：大小与带电粒子的速度、磁感应强度、带电量及速度与磁感应强度间的夹角有关，方向垂直于B和V决定的平面；无论带电粒子在磁场中做什么运动，洛伦兹力都不做功一、速度选择器的原理U加速电场带电粒子束V◎◎＋－偏转电场E××××××××××××××××××××偏转磁

2、场B＋qS2S11、原理图＋VfF2、带电粒子的受力特点：电场力F与洛仑兹力f方向相反3、带电粒子匀速通过速度选择器的条件：带电粒子匀速通过速度选择器是指粒子从S1水平射入，沿直线匀速通过叠加场区，并从S2水平射出。从力的角度看，电场力F与洛仑兹力f平衡，即推出二．质谱仪——分离同位素测定荷质比的仪器经速度选择器的各种带电粒子，射入偏转磁场（B′），不同电性，不同荷质比的粒子就会沉积在不同的地方．由qE=qvB，s=2R，联立，得不同粒子的荷质比即与沉积处离出口的距离s成反比．三、磁流体发电机磁流体发电——高速的等离子流射入平行板

3、中间的匀强磁场区域，在洛仑兹力作用下使正、负电荷分别聚集在A、B两板，于是在板间形成电场．当板间电场对电荷的作用力等于电荷所受的洛仑兹力时，两板间形成一定的电势差．合上电键S后，就能对负载供电．由qvB=qE和U=Ed，得两板间的电势差（电源电动势）为ε=U=vBd．即决定于两板间距，板间磁感强度和入射离子的速度．d··ba×××××××××××××××导电液体四、电磁流量计如图所示为电磁流量计的示意图，直径为d的非磁性材料制成的圆形导管内，有可以导电的液体流动，磁感应强度为B的匀强磁场垂直液体流动方向而穿过一段圆形管道。若测得管

4、壁内a、b两点的电势差为U，试求管中液体的流量Q为多少m3/s解；得五、霍尔效应hdBIAA’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’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的B的关系为：式中的比例系数K称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成横向电场。横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力。当静电力与洛仑兹力达到

5、平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。设电流I是由电子定向移动形成的，电子平均定向速度为V，电量为e，回答下列问题：（1）稳定状态时，导体板侧面A的电势下侧面A’的电势（填高于、低于或等于）（2）电子所受洛仑兹力的大小为多少？（3）当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受的静电力为多少？（4）由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为。其中n代表导体板单位体积中电子的个数【解答】（1）低于（2）（3）或（4）电子受到横向静电力的洛仑兹力的作用，两力平衡时有得通过导体的电流强度为：（式中：n代表导体板单位体积中电子的

6、个数；代表长度；表横截面积）由，得：所以：六、测定电子的比荷阴极—阴极＋CABDE＋－·F在实验中，汤姆生采用了如图所示的阴极射线管，从电子枪C出来的电子经过A、B间的电场加速后，水平射入长度为L的D、E平行板间，接着在荧光屏F中心出现荧光斑。若在D、E间加上方向向下、场强为E的匀强电场，电子将向上偏转；如果再利用通电线圈在D、E电场区加上一垂直纸面的磁感应强度为B的匀强磁场（图中未画出）荧光斑恰好回到荧光屏中心。接着再去掉电场，电子向下偏转，偏转角为θ。试解决下列问题：（1）在图中画出磁场B的方向（2）根据L、E、B和θ，求出电

7、子的比荷〖解〗（1）磁场方向垂直纸面向里（2）当电子在D、E间做匀速直线运动时有：当电子在D、E间的磁场中偏转时有：同时又有：可得：七、回旋加速器（1）有关物理学史知识和回旋加速器的基本结构和原理1932年美国物理学家应用了带电粒子在磁场中运动的特点发明了回旋加速器，其原理如图所示。A0处带正电的粒子源发出带正电的粒子以速度v0垂直进入匀强磁场，在磁场中匀速转动半个周期，到达A1时，在A1A1/处造成向上的电场，粒子被加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以v1在磁场中匀速转动半个周期，到达A2/时，在A2/A2处造成向下的电场，粒

8、子又一次被加速，速率由v1增加到v2，如此继续下去，每当粒子经过AA/的交界面时都是它被加速，从而速度不断地增加。带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的周期为，为达到不断加速的目的，只要在AA/上加上周期也为T的交变电压就可以了。即T电=实际应用中，回旋