湖北省丹江口市高中物理 模塊綜合 復合場中的特殊物理模型課件 新人教版選修31

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1、 1.1.帶電粒子速度選擇器帶電粒子速度選擇器( (質譜儀質譜儀) )(1)(1)速度選擇部分:速度選擇部分: 路徑不發(fā)生偏轉的離子的條件是 能通過速度選擇器的帶電粒子必是速度為該值(含方向)的粒子,與它帶多少電和電性、質量均無關.(2)質譜儀部分:質譜儀部分: 經(jīng)過速度選擇器后的相同速率的不同離子在右側的偏轉磁場中做勻速圓周運動,不同荷質比的離子軌道半徑不同.P位置為照相底片記錄粒子的位置EqqvBEvB即: 2 2、質譜儀、質譜儀 構造構造 原理原理 作用:測比荷作用:測比荷.822dBUmq rmvqvBmvqU2221,將落在同一點,從上式可知,荷質比相同的粒子如HHe21241 如圖

2、如圖5 所示,在正交的勻強電場和磁場的區(qū)域內所示,在正交的勻強電場和磁場的區(qū)域內(磁場水平向內),有一離子恰能沿直線飛過此區(qū)(磁場水平向內),有一離子恰能沿直線飛過此區(qū)域(不計離子重力)域(不計離子重力) A若離子帶正電,若離子帶正電,E方向應向下方向應向下B若離子帶負電,若離子帶負電,E方向應向上方向應向上C若離子帶正電,若離子帶正電,E方向應向上方向應向上D不管離子帶何種電,不管離子帶何種電,E方向都向下方向都向下 A B 質譜儀質譜儀具有相同核電荷數(shù)而不同質量數(shù)的具有相同核電荷數(shù)而不同質量數(shù)的原子互稱同位素,質譜儀是分離各原子互稱同位素,質譜儀是分離各種元素的同位素并測量它們質量的種元素

3、的同位素并測量它們質量的儀器,它由靜電加速器、速度選擇儀器,它由靜電加速器、速度選擇器、偏轉磁場、顯示屏等組成,它器、偏轉磁場、顯示屏等組成,它的結構原理如圖所示。的結構原理如圖所示。2如圖所示為質譜儀的原理示意圖,電荷量為q、質量為m的帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)過電勢差為U的加速電場后進入粒子速度選擇器,選擇器中存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場,勻強電場的場強為E、方向水平向右。已知帶電粒子能夠沿直線穿過速度選擇器,從G點垂直MN進入偏轉磁場,該偏轉磁場是一個以直線MN為邊界、方向垂直紙面向外的勻強磁場。帶電粒子經(jīng)偏轉磁場后,最終到達照相底片的H點。可測量出G、H間的距離為L。帶電粒子的重力可

4、忽略不計。求: (1)粒子從加速電場射出時速度v的大小。 (2)粒子速度選擇器中勻強磁場的磁感應強度B1的大小和方向。 (3)偏轉磁場的磁感應強度B2的大小。2.磁流體發(fā)電機(霍爾效應)原理是:等離子氣體等離子氣體噴入磁場,正、負離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉而聚集到兩極板上,在兩極板上產(chǎn)生電勢差.E qqvB場EBv場EE lBlv場電動勢lrS電源內阻IEBlvBlvSlRrRSlRRS中電流 3.電磁流量計. 導電液體中的自由電荷在洛倫茲力作用下縱向偏轉,a、b間出現(xiàn)電勢差.當自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時,a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定.原理:一圓形導管直徑為d,用非磁性材料制成,其

5、中有可以導電的液體向左流動.UBqvEqqdUvBd2QS44VdUdUvtBdB流量如圖是一種測量血管中血流速度的儀器的示意如圖是一種測量血管中血流速度的儀器的示意圖圖, ,在動脈兩側分別安裝電極并加磁場在動脈兩側分別安裝電極并加磁場, ,電極的電極的連線與磁場垂直連線與磁場垂直. .設血管的直徑為設血管的直徑為2mm,2mm,磁場的磁場的磁感應強度為磁感應強度為0.08T,0.08T,測得兩極間的電壓為測得兩極間的電壓為0.10mV,0.10mV,則血流速度為多少則血流速度為多少? ?四、電磁流量計四、電磁流量計qdUBqv BdUv 高考回顧高考回顧(2002年全國)年全國) 、電視機的

6、顯像管中,電子、電視機的顯像管中,電子束的偏轉是用磁偏轉技術實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為束的偏轉是用磁偏轉技術實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后,進入一圓形勻強磁場區(qū),如圖所示。的加速電場后,進入一圓形勻強磁場區(qū),如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O,半徑為,半徑為r。當不加磁場時,電子束將通過當不加磁場時,電子束將通過O點而打到屏幕的中心點而打到屏幕的中心M點。為了讓電子束射到屏幕邊緣點。為了讓電子束射到屏幕邊緣P,需要加磁場,使電,需要加磁場,使電子束偏轉一已知角度子束偏轉一已知角度,此時的磁場的磁感應強度,此時的磁場的磁感應強度B應應為多少?為

7、多少?P 解析解析:電子在磁場中沿圓弧:電子在磁場中沿圓弧ab運動。圓心為運動。圓心為C,半,半徑為徑為R,如圖以,如圖以v表示電子進入磁場時的速度。表示電子進入磁場時的速度。M、e分分別表示電子的質量和電量,則別表示電子的質量和電量,則221tanemUrB 本題是一道關于帶電粒子在電場中加速和在磁場中受洛侖茲本題是一道關于帶電粒子在電場中加速和在磁場中受洛侖茲力的綜合題,關鍵要搞清電子束從加速電場出來后,進入磁場力的綜合題,關鍵要搞清電子束從加速電場出來后,進入磁場前及從磁場出來后是作勻速運動的。本題考查了粒子加速和圓前及從磁場出來后是作勻速運動的。本題考查了粒子加速和圓周運動問題又結合了

8、生活實際。周運動問題又結合了生活實際。221mveU= 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:產(chǎn)生高速運動的粒子、作用:產(chǎn)生高速運動的粒子2 2、原理、原理用磁場控制軌道、用電場進行加速用磁場控制軌道、用電場進行加速+- +-回旋加速器加在D形盒內兩極的交變電壓的頻率為1.2107Hz,DD形盒的半徑為0.532m,求(1)加速氘核所需的磁感應強度B(2)氘核所達到的最大速率v是多少 例2已知回旋加速器中D形盒內勻強磁場的磁感應強度B=1.5 T,D形盒的半徑為R= 60 cm,兩盒間電壓u=2104 V,今將粒子從近于間

9、隙中心某處向D形盒內近似等于零的初速度,垂直于半徑的方向射入,求粒子在加速器內運行的時間的最大可能值.3 3、注意、注意2)2)交變電場的往復變化周期和粒子的運動周期交變電場的往復變化周期和粒子的運動周期T T相同相同, ,這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場時都被加速時都被加速五回旋加速器五回旋加速器1)1)帶電粒子在勻強磁場中的運動周期帶電粒子在勻強磁場中的運動周期 跟運動速率和軌道半徑跟運動速率和軌道半徑無關無關qBmT23)3)帶電粒子每經(jīng)電場加速一次帶電粒子每經(jīng)電場加速一次, ,回旋半徑就增大回旋半徑就增大一次一次, ,每次增加的動能為每次增加的動能為.321qUKE所以各次半徑之比為所以各次半徑之比為4)4)帶電粒子在回旋加速器中飛出的速度為帶電粒子在回旋加速器中飛出的速度為BRmqvmax

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