(磁场)现代五项技术的应用
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E B
时，粒子向f方向侧移, F做负功
——粒子动能减少， 电势能增加， 有
2 2 1 qEd 1 mv mv 1 2 2
b.当 v
E B
时，粒子向F方向侧移, F做正功
——粒子动能增加， 电势能减少， 有
2 2 1 qEd 1 mv mv 1 2 2
二.磁流体发电机:利用等离子体来发电
1.等离子体的产生 :在高温条件下气体发生电离，电离后的气体中含 有离子、电子和部分未电离的中性粒子，正负电荷的密度几乎相等。
2．工作原理:
Bdv
v
E B
Bd
3．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 的条件F洛=F电， 即 v E B Bd ， 则磁流体发电机的电动势
五.回旋加速器：用来加速带电粒子使之获得高能量
B
OБайду номын сангаас
课堂练习P270.(6)
1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工 作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的 狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的 匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量 为+q，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对 论效应和重力作用。 （1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比； （2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t； (3)若磁感应强度和电场频率的最大值为Bm,fm,求讨论粒子的最大 动能
A
S
M U N D F P r B
B0
S1
C
S2
V
S3
S4
V
课堂练习P270.(2)
如图所示，电容器两极板相距为d，两端电压为U，极板间的匀强磁场 为B1，一束电荷量为+q的粒子从图示方向射入，沿直线穿过电容器后 进入另一匀强磁场B2，结果分别打在a、b两点，两点间的距离为ΔR. 求打在两点粒子质量差Δm为多少?
带电粒子在复合场中的运动
—现代五项技术应用专题
莆田二中高三物理组
现代五项技术
速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计 质谱仪 回旋加速器
一.速度选择器：功能是为了选择某种速度的带电粒子
1.原理：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，同时受到电场力和洛伦兹力作用。 要使粒子沿直线从S2飞出，须满足：
Bdv
三. 电磁流量计：利用霍尔效应来测量管道中液体流量
原理：当自由电荷受电场力和洛伦兹力平衡 时，ab间电势差就保持稳定，测出ab间电势 差的大小U， 则
F 电
a
d
V
V
qvB q
U d
v
U Bd
F 洛 b
即可算出管道内液体的流量
dU Q SV 4 B
四.质谱仪:用于测量带电粒子质量和分离同位素
（1）离子发生器（发射出电量q、质量m的粒 子，粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计；） （2）静电加速器C：静电加速器两极板M和 N的中心分别开有小孔S1、S2，粒子从S1进 入后，经电压为U的电场加速后，从S2孔以 速度v飞出； （3）偏转磁场B：粒子从小孔S2射出后，从 偏转磁场边界挡板上的小孔S4进入，做半径 为r的匀速圆周运动； （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 P与S4间的距离L。
qvoB=qE 即 vo=E/B 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，而与粒子的质量、电性、电量无关。
2.特点：
⑴如何保证F和f的方向始终相反 --将v、E、B三者中任意两个量的方向 同时改变， 但不能同时改变三个或者其中任意一个的方向， 否则将破坏 速度选择器的功能。 ⑵当粒子进入速度选择器时速度 v E B ， 粒 子将因侧移而不能通过 选择器。如图， 设在电场方向侧移后粒子速度为v1， a.当 v
时，粒子向f方向侧移, F做负功
——粒子动能减少， 电势能增加， 有
2 2 1 qEd 1 mv mv 1 2 2
b.当 v
E B
时，粒子向F方向侧移, F做正功
——粒子动能增加， 电势能减少， 有
2 2 1 qEd 1 mv mv 1 2 2
二.磁流体发电机:利用等离子体来发电
1.等离子体的产生 :在高温条件下气体发生电离，电离后的气体中含 有离子、电子和部分未电离的中性粒子，正负电荷的密度几乎相等。
2．工作原理:
Bdv
v
E B
Bd
3．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 的条件F洛=F电， 即 v E B Bd ， 则磁流体发电机的电动势
五.回旋加速器：用来加速带电粒子使之获得高能量
B
OБайду номын сангаас
课堂练习P270.(6)
1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工 作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的 狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的 匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量 为+q，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对 论效应和重力作用。 （1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比； （2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t； (3)若磁感应强度和电场频率的最大值为Bm,fm,求讨论粒子的最大 动能
A
S
M U N D F P r B
B0
S1
C
S2
V
S3
S4
V
课堂练习P270.(2)
如图所示，电容器两极板相距为d，两端电压为U，极板间的匀强磁场 为B1，一束电荷量为+q的粒子从图示方向射入，沿直线穿过电容器后 进入另一匀强磁场B2，结果分别打在a、b两点，两点间的距离为ΔR. 求打在两点粒子质量差Δm为多少?
带电粒子在复合场中的运动
—现代五项技术应用专题
莆田二中高三物理组
现代五项技术
速度选择器 磁流体发电机 电磁流量计 质谱仪 回旋加速器
一.速度选择器：功能是为了选择某种速度的带电粒子
1.原理：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，同时受到电场力和洛伦兹力作用。 要使粒子沿直线从S2飞出，须满足：
Bdv
三. 电磁流量计：利用霍尔效应来测量管道中液体流量
原理：当自由电荷受电场力和洛伦兹力平衡 时，ab间电势差就保持稳定，测出ab间电势 差的大小U， 则
F 电
a
d
V
V
qvB q
U d
v
U Bd
F 洛 b
即可算出管道内液体的流量
dU Q SV 4 B
四.质谱仪:用于测量带电粒子质量和分离同位素
（1）离子发生器（发射出电量q、质量m的粒 子，粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计；） （2）静电加速器C：静电加速器两极板M和 N的中心分别开有小孔S1、S2，粒子从S1进 入后，经电压为U的电场加速后，从S2孔以 速度v飞出； （3）偏转磁场B：粒子从小孔S2射出后，从 偏转磁场边界挡板上的小孔S4进入，做半径 为r的匀速圆周运动； （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 P与S4间的距离L。
qvoB=qE 即 vo=E/B 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，而与粒子的质量、电性、电量无关。
2.特点：
⑴如何保证F和f的方向始终相反 --将v、E、B三者中任意两个量的方向 同时改变， 但不能同时改变三个或者其中任意一个的方向， 否则将破坏 速度选择器的功能。 ⑵当粒子进入速度选择器时速度 v E B ， 粒 子将因侧移而不能通过 选择器。如图， 设在电场方向侧移后粒子速度为v1， a.当 v