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1、0一. 速度选择器原理：其功能是选择的带电粒子设一束质量、电性、带电量、速度均不同的粒子束(重力不计)，从S1孔垂直磁场和电场方 向进入两板间，当带电粒子进入电场和磁场共存空间时，受至I 力和 作用当粒子的受力满足,即速度满足时，粒子匀速运动，不发生偏转，可以从S2孔飞出。由此可见，尽管有一束速度不同的粒子从S1孔进入，但能从S2 孔飞出的粒子只有一种速度，而与粒子的 无关.二. 质谱仪：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素1. 质谱仪的结构原理(1) 离子发生器A (发射出电量q、质量m的粒子从A中小孔S 飘出时速度大小不计)(2) 静电加速器：粒子从S1进入后，经电压为U的电场加速后，
2、从SJL以速度v飞出；1(3) 偏转磁场B：从偏转磁场边界挡板上的小孔S3进入，做半径为r的匀速圆周运动；3(4) 感光片F：粒子在偏转磁场中做半圆运动后，打在感光胶片的P点被记录，可以测得PS4间的距离L。2. 问题讨论：设粒子的质量为m、带电量为q (重力不计)，加速电场的电压为U，粒子经电场加速由 动能定理有：;磁场的磁感应强度为B，若测出粒子在偏转磁场的轨 道直径为L， 则L=， 所以同位素的荷质比和质量分别为 m=；q/m=。三. 霍尔效应1. 霍尔效应。金属导体板放在垂直于它的匀强磁 场中，当导体板中通过电流时，在平行于磁场且平行 于电流的两个侧面间会产生电势差，这种现象叫霍尔 效
3、应。2. 霍尔效应的解释。如图，截面为矩形的金属导体，在x方向通以电流I，在z方向加磁场B，导体中自由电子逆着电流方向运动。由左手定则可以判断，运动的电子在洛伦兹力作用下向 表面聚集，在导体的上表面A就会出现多余的电荷，形 表面电势高，表面电势 低的电势差，导体内部出现 场，电场方向由，以后运动的电子将同时受和 作用，随着表面电荷聚集，力增加，最终会使运动的电子达到受力平衡而匀速运动，此时导体上下两表面间就出现稳定的电势差。3. 霍尔效应中的结论设导体板厚度为h(y轴方向)、宽度为d、通入的电流为I，匀强磁场的磁感应强度为B，(1) 上下表面间的电势差为U。(2) 导体中单位体积内自由电子数为
4、n，电子的电量为e，定向移动速度大小为v，上 下表面间的电势差的表达式4、应用(1) .电磁流量计是利用霍尔效应来测量管道中液体 流量(单位时间内通过管内横截面的液体的体积)的一种 设备。其原理为：圆形管道直径为d (用非磁性材料制成)， 管道内有向左匀速流动的导电液体，在管道所在空间加一 垂直管道向里的匀强磁场，设磁感应强度为B；管道内随 液体一起流动的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用 下垂直磁场方向偏转，使管道上 ab两点间有电势差，管道内形成电场；当自由电荷时，ab间电势差就保持稳定，测出ab间电势差U的大小，则粒子运动的速度 v=, 故管道内液体的流量Q=(2) .磁流体发电机：就
5、是利用等离子体来发电。等离子体的产生：在高温条件下(例如2000K)气体发生电离，电离后的气体中含有离 子、电子和部分未电离的中性粒子，因为正负电荷的密度几乎相等，从整体看呈电中性，这 种高度电离的气体就称为等离子体，也有人称它为“物质的第四态”。工作原理：偏转，形成了电场，场强方向,以后进入极板间的带电粒子除受到洛伦兹力F 洛之外，还受到电场力F电的作用，只要F洛 F电，带电粒子就继续偏转，极板上就继续积累 电荷，使极板间的场强增加，直到带电粒子所受白 为止。此后带电粒子进入极板间不再偏转，极板上也就不再积累电荷而形成稳定的电势差电动势的计算：设两极板间距为d， 根据两极电势差达到最大值的条
6、 件，即v=，则磁流体发电机的电动势 E=四. 回旋加速器1932年美国物理学家劳伦斯发明的回旋加速器，是磁场和电场对运动电荷的作用规律在 科学技术中的应用典例.回旋加速器是用来加速带电粒子使之获得高能量的装置。因此，要使粒子每次经过窄缝时都能被加速的条件是：即高频电源的频率为f电=，才能实现回旋加速。(2)粒子加速后的最大动能EkmD形盒的半径R 一定，粒子圆周运动的最后半周的半径为心根据 可知， 粒子最终的速度v=,所以带电粒子的最大动能Ekm=(3) 加速次数加速一次获得的能量：;加速的次数。由此可知，加速电压的高低只会影响，并不影响(4) 粒子在加速器中运动的时间:一个周期内带电粒子被
7、加 次，所以粒子在磁场中运动的时间t=若计上粒子在电场中运动的时间，则粒子在两D形盒间的运动可视为初速度为零的匀加 速直线运动，设间隙为d，有：nd=i qu2 md1.回旋加速器的结构。回旋加速器的核心部分是两个D形盒(如图所示)，在两盒之间 留有一条窄缝，在窄缝中心附近放有粒子源0。D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大 的电磁铁的两极之间，匀强磁场方向垂直于D形盒的底面。把两个D形盒分别接到高频电源 的两极上。2. 工作原理。从粒子源0放射出的带电粒子，经两D形盒间的电场 后，垂直磁场方向进入某一 D形盒内，在洛伦兹力的作用下彳 运动，经磁场偏转个周期后又回到窄缝。此时窄缝间的电场方向恰
8、好.，带电粒子在窄缝中再一次被，以更大的速度进入另一D形盒做 ，这样，带电粒子不断 被加速，直至它在D形盒内沿螺线轨道运动逐渐趋于盒的边缘，当粒子达到预期的速率后， 用特殊装置将其引出。3. 问题讨论：加速电压为U，粒子的质量为m、带电量为q，所以，电,2nd 2 m BdR qU U故粒子在回旋加速器中运动的总时间为BR （2d +兀 R）2U因为R d，所以t磁t电，故粒子在电场中运动的时间可以忽略(1)高频电源的频率f电。带电粒子在匀强磁场中运动的周期T=。带电粒子运动时，每次经过窄缝都被电场加速，运动速度 ，在磁场中运动半 径，但粒子在磁场中每运动半周的时间不变。由于窄缝宽度很小，粒子通过电场窄 缝的时间很短，可以忽略不计，粒子运动的总时间只考虑它在磁场中运动的时间。
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