磁场的综合应用郑岩ppt课件.ppt

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1、美国费米实验室加速器教学目标：１．掌握速度选择器、质谱仪的工作原理２．掌握回旋加速器、磁流体发电机的工作原理３．理解电磁流量计、电磁血流计的工作原理，了解霍耳效应一、速度选择器的工作原理题：带电粒子（带正电）q以速度v垂直进入匀强电场，受电场力作用，运动方向将发生偏转，如图所示。若在匀强电场范围内再加一个匀强磁场，使该带电粒子的运动不偏转，求所加匀强磁场的方向和磁感应强度的大小。分析：电荷进入电场，受垂直向下的电场力作用而偏转，若使它不发生偏转，电荷受所加磁场的洛仑兹力方向一定与电场力方向相反，根据左手定则和洛

2、仑兹力方向确定磁场方向：垂直纸面、背向读者，如图所示。因为 f洛=F电qvB=Eq说明：若我们在该装置前后各加一块挡板，让电量相同的不同速度的带电粒子从前边挡板中小孔射入，经过匀强电场和磁场，只有其运动速度刚好满足f洛=F电的粒子运动轨迹不发生偏转，从第二块挡板上小孔中射出。改变匀强电场或匀强磁场的大小，就可以得到不同速度的带电粒子。这个装置就叫做速度选择器（v=E/B）问：若将一个能通过某速度选择器的正电荷换成一个电量相等速度不变的负电荷，它还能通过该速度选择器吗？为什么？答：能。因为虽然它所受电场力和洛仑兹

3、力方向都与正电荷方向相反，但大小仍然相等，其合力仍然为零，所以能通过。速度选择器：（1）任何一个正交的匀强磁场和匀强电场组成速度选择器。（2）带电粒子必须以唯一确定的速度（包括大小、方向）才能匀速（或者说沿直线）通过速度选择器。Eq=Bqv，即v=E/B.与它的电量和电性、质量均无关。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v若速度小于这一速度，电场力将大于洛伦兹力，带电粒子向电场力方向偏转，电场力做正功，动能将增大，洛伦兹力也将增大，粒子的轨迹既不是抛物线，也不是圆，而是一条复杂曲线；若大于这一速度，将向洛伦兹力方向偏转

4、，电场力将做负功，动能将减小，洛伦兹力也将减小，轨迹是一条复杂曲线。F洛F电二、质谱仪以下的两种装置都可以用来测定带电粒子的荷质比.也可以在已知电量的情况下测定粒子质量。⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径为r,则有：NUOMB可得⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有：MB2EB1NqE=qvB1可得：用途：分析同位素、测定质量．19．图是质谱仪工作原理的示意图

5、。带电粒子a、b经电压U加速（在A点初速度为零）后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则()A．若a与b有相同的质量，打在感光板上时，b的速度比a大B．若a与b有相同的质量，但a的电量比b的电量小C．若a与b有相同的电量，但a的质量比b的质量大D．若a与b有相同的电量，但a的质量比b的质量小062.北京市海淀区二模反馈题19xx1x2abBAUvSD解见下页三、加速器问题1：用什么方法可以加速带电粒子?三、加速器

6、问题1：用什么方法可以加速带电粒子?利用加速电场可以加速带电粒子三、加速器问题1：用什么方法可以加速带电粒子?+U+++利用加速电场可以加速带电粒子问题2：要使一个带正电粒子获得更大的速度(能量)?问题2：要使一个带正电粒子获得更大的速度(能量)?斯坦福大学的加速器三、回旋加速器三、回旋加速器2.原理?交变交变交变交变交变电压的周期TE=粒子在磁场中运动的周期TBDv=？UBDv=？UB解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径Dv=？UB解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半

7、径Dv=？UB解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的半径Dv=？UBDv=？UBDv=？UBDv=？UBDv=？UB问题7：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大，EK就可以无限制增大呢?用此装置可以将质子加速到约20MeV美国费米实验室加速器1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变三、回旋加速器小结1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变三、回旋加速器小结2.交变电场的周期和粒子的运动周期T相同----保证粒子每次经过交变电场时都被加速1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变三、回旋加速器小结3.带电粒子每经电

8、场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为每个周期经过电场两次，加速到最大动能的圈数为：4.决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素:t=nT=.=gk006.2008年高考物理广东卷44、1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列