湖北省丹江口市高中物理 模块综合 复合场中的特殊物理模型课件 新人教版选修3-1

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1、 1.1.带电粒子速度选择器带电粒子速度选择器(质谱仪质谱仪)(1)(1)速度选择部分：速度选择部分：路径不发生偏转的离子的条件是 能通过速度选择器的带电粒子必是速度为该值(含方向)的粒子，与它带多少电和电性、质量均无关.(2)质谱仪部分：质谱仪部分：经过速度选择器后的相同速率的不同离子在右侧的偏转磁场中做匀速圆周运动，不同荷质比的离子轨道半径不同.P位置为照相底片记录粒子的位置EqqvBEvB即：2 2、质谱仪、质谱仪 构造构造 原理原理 作用：测比荷作用：测比荷.822dBUmq rmvqvBmvqU2221，将落在同一点，从上式可知，荷质比相同的粒子如HHe21241 如图如图5 所示，

2、在正交的匀强电场和磁场的区域内所示，在正交的匀强电场和磁场的区域内（磁场水平向内），有一离子恰能沿直线飞过此区（磁场水平向内），有一离子恰能沿直线飞过此区域（不计离子重力）域（不计离子重力）A若离子带正电，若离子带正电，E方向应向下方向应向下B若离子带负电，若离子带负电，E方向应向上方向应向上C若离子带正电，若离子带正电，E方向应向上方向应向上D不管离子带何种电，不管离子带何种电，E方向都向下方向都向下 A B 质谱仪质谱仪具有相同核电荷数而不同质量数的具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素，质谱仪是分离各原子互称同位素，质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的种元素的同位素并测量它

3、们质量的仪器，它由静电加速器、速度选择仪器，它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成，它器、偏转磁场、显示屏等组成，它的结构原理如图所示。的结构原理如图所示。2如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E、方向水平向右。已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点。可测量出G、H间的距离为L。带电粒子的重力可忽略不计。求：（

4、1）粒子从加速电场射出时速度v的大小。（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向。（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小。2.磁流体发电机(霍尔效应)原理是：等离子气体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两极板上，在两极板上产生电势差.E qqvB场EBv场EE lBlv场电动势lrS电源内阻IEBlvBlvSlRrRSlRRS中电流 3.电磁流量计.导电液体中的自由电荷在洛伦兹力作用下纵向偏转，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.原理：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

5、动.UBqvEqqdUvBd2QS44VdUdUvtBdB流量如图是一种测量血管中血流速度的仪器的示意如图是一种测量血管中血流速度的仪器的示意图图,在动脉两侧分别安装电极并加磁场在动脉两侧分别安装电极并加磁场,电极的电极的连线与磁场垂直连线与磁场垂直.设血管的直径为设血管的直径为2mm,2mm,磁场的磁场的磁感应强度为磁感应强度为0.08T,0.08T,测得两极间的电压为测得两极间的电压为0.10mV,0.10mV,则血流速度为多少则血流速度为多少?四、电磁流量计四、电磁流量计qdUBqv BdUv 高考回顾高考回顾（2002年全国）年全国）、电视机的显像管中，电子、电视机的显像管中，电子束的

6、偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为束的偏转是用磁偏转技术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为磁场方向垂直于圆面。磁场区的中心为O，半径为，半径为r。当不加磁场时，电子束将通过当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射到屏幕边缘点。为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度子束偏转一已知角度，此时的磁场的磁感应强度，此时的磁场的磁感应强度B应应为多少？为多少？P 解析解析：电子在磁场中沿圆弧：电

7、子在磁场中沿圆弧ab运动。圆心为运动。圆心为C，半，半径为径为R，如图以，如图以v表示电子进入磁场时的速度。表示电子进入磁场时的速度。M、e分分别表示电子的质量和电量，则别表示电子的质量和电量，则221tanemUrB 本题是一道关于带电粒子在电场中加速和在磁场中受洛仑兹本题是一道关于带电粒子在电场中加速和在磁场中受洛仑兹力的综合题，关键要搞清电子束从加速电场出来后，进入磁场力的综合题，关键要搞清电子束从加速电场出来后，进入磁场前及从磁场出来后是作匀速运动的。本题考查了粒子加速和圆前及从磁场出来后是作匀速运动的。本题考查了粒子加速和圆周运动问题又结合了生活实际。周运动问题又结合了生活实际。22

8、1mveU=Rmv2evB=Rr2又有又有tan 由以上各式解得由以上各式解得五、回旋加速器五、回旋加速器1 1、作用：产生高速运动的粒子、作用：产生高速运动的粒子2 2、原理、原理用磁场控制轨道、用电场进行加速用磁场控制轨道、用电场进行加速+-+-回旋加速器加在D形盒内两极的交变电压的频率为1.2107Hz,DD形盒的半径为0.532m,求(1)加速氘核所需的磁感应强度B(2)氘核所达到的最大速率v是多少 例2已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T，D形盒的半径为R=60 cm，两盒间电压u=2104 V，今将粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径

9、的方向射入，求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.3 3、注意、注意2)2)交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期交变电场的往复变化周期和粒子的运动周期T T相同相同,这样就可以保证粒子在每次经过交变电场这样就可以保证粒子在每次经过交变电场时都被加速时都被加速五回旋加速器五回旋加速器1)1)带电粒子在匀强磁场中的运动周期带电粒子在匀强磁场中的运动周期 跟运动速率和轨道半径跟运动速率和轨道半径无关无关qBmT23)3)带电粒子每经电场加速一次带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大回旋半径就增大一次一次,每次增加的动能为每次增加的动能为.321qUKE所以各次半径之比为所以各次半径之比为4)4)带电粒子在回旋加速器中飞出的速度为带电粒子在回旋加速器中飞出的速度为BRmqvmax