湖北省丹江口市高中物理 模塊綜合 復(fù)合場(chǎng)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(zhì)譜儀質(zhì)譜儀) )(1)(1)速度選擇部分：速度選擇部分： 路徑不發(fā)生偏轉(zhuǎn)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(zhì)量均無關(guān).(2)質(zhì)譜儀部分：質(zhì)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(cè)的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，不同荷質(zhì)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(zhì)譜儀、質(zhì)譜儀 構(gòu)造構(gòu)造 原理原理 作用：測(cè)比荷作用：測(cè)比荷.822dBUmq rmvqvBmvqU2221，將落在同一點(diǎn)，從上式可知，荷質(zhì)比相同的粒子如HHe21241 如圖

2、如圖5 所示，在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)所示，在正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的區(qū)域內(nèi)（磁場(chǎng)水平向內(nèi)），有一離子恰能沿直線飛過此區(qū)（磁場(chǎng)水平向內(nèi)），有一離子恰能沿直線飛過此區(qū)域（不計(jì)離子重力）域（不計(jì)離子重力） A若離子帶正電，若離子帶正電，E方向應(yīng)向下方向應(yīng)向下B若離子帶負(fù)電，若離子帶負(fù)電，E方向應(yīng)向上方向應(yīng)向上C若離子帶正電，若離子帶正電，E方向應(yīng)向上方向應(yīng)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(zhì)譜儀質(zhì)譜儀具有相同核電荷數(shù)而不同質(zhì)量數(shù)的具有相同核電荷數(shù)而不同質(zhì)量數(shù)的原子互稱同位素，質(zhì)譜儀是分離各原子互稱同位素，質(zhì)譜儀是分離各種元素的同位素并測(cè)量它們質(zhì)量的種元素

3、的同位素并測(cè)量它們質(zhì)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(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏等組成，它器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、顯示屏等組成，它的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。2如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電的粒子從靜止開始經(jīng)過電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)后進(jìn)入粒子速度選擇器，選擇器中存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)垂直MN進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一個(gè)以直線MN為邊界、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。帶電粒子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后，最終到達(dá)照相底片的H點(diǎn)?？蓽y(cè)量出G、H間的距離為L(zhǎng)。帶電粒子的重力可

4、忽略不計(jì)。求： （1）粒子從加速電場(chǎng)射出時(shí)速度v的大小。 （2）粒子速度選擇器中勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的大小和方向。 （3）偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的大小。2.磁流體發(fā)電機(jī)(霍爾效應(yīng))原理是：等離子氣體等離子氣體噴入磁場(chǎng)，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)而聚集到兩極板上，在兩極板上產(chǎn)生電勢(shì)差.E qqvB場(chǎng)EBv場(chǎng)EE lBlv場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)lrS電源內(nèi)阻IEBlvBlvSlRrRSlRRS中電流 3.電磁流量計(jì). 導(dǎo)電液體中的自由電荷在洛倫茲力作用下縱向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢(shì)差.當(dāng)自由電荷所受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡時(shí)，a、b間的電勢(shì)差就保持穩(wěn)定.原理：一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其

5、中有可以導(dǎo)電的液體向左流動(dòng).UBqvEqqdUvBd2QS44VdUdUvtBdB流量如圖是一種測(cè)量血管中血流速度的儀器的示意如圖是一種測(cè)量血管中血流速度的儀器的示意圖圖, ,在動(dòng)脈兩側(cè)分別安裝電極并加磁場(chǎng)在動(dòng)脈兩側(cè)分別安裝電極并加磁場(chǎng), ,電極的電極的連線與磁場(chǎng)垂直連線與磁場(chǎng)垂直. .設(shè)血管的直徑為設(shè)血管的直徑為2mm,2mm,磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.08T,0.08T,測(cè)得兩極間的電壓為測(cè)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(jì)四、電磁流量計(jì)qdUBqv BdUv 高考回顧高考回顧（2002年全國(guó)）年全國(guó)） 、電視機(jī)的

6、顯像管中，電子、電視機(jī)的顯像管中，電子束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為束的偏轉(zhuǎn)是用磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，如圖所示。的加速電場(chǎng)后，進(jìn)入一圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，如圖所示。磁場(chǎng)方向垂直于圓面。磁場(chǎng)區(qū)的中心為磁場(chǎng)方向垂直于圓面。磁場(chǎng)區(qū)的中心為O，半徑為，半徑為r。當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過當(dāng)不加磁場(chǎng)時(shí)，電子束將通過O點(diǎn)而打到屏幕的中心點(diǎn)而打到屏幕的中心M點(diǎn)。為了讓電子束射到屏幕邊緣點(diǎn)。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場(chǎng)，使電，需要加磁場(chǎng)，使電子束偏轉(zhuǎn)一已知角度子束偏轉(zhuǎn)一已知角度，此時(shí)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，此時(shí)的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)應(yīng)為多少？為

7、多少？P 解析解析：電子在磁場(chǎng)中沿圓?。弘娮釉诖艌?chǎng)中沿圓弧ab運(yùn)動(dòng)。圓心為運(yùn)動(dòng)。圓心為C，半，半徑為徑為R，如圖以，如圖以v表示電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。表示電子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度。M、e分分別表示電子的質(zhì)量和電量，則別表示電子的質(zhì)量和電量，則221tanemUrB 本題是一道關(guān)于帶電粒子在電場(chǎng)中加速和在磁場(chǎng)中受洛侖茲本題是一道關(guān)于帶電粒子在電場(chǎng)中加速和在磁場(chǎng)中受洛侖茲力的綜合題，關(guān)鍵要搞清電子束從加速電場(chǎng)出來后，進(jìn)入磁場(chǎng)力的綜合題，關(guān)鍵要搞清電子束從加速電場(chǎng)出來后，進(jìn)入磁場(chǎng)前及從磁場(chǎng)出來后是作勻速運(yùn)動(dòng)的。本題考查了粒子加速和圓前及從磁場(chǎng)出來后是作勻速運(yùn)動(dòng)的。本題考查了粒子加速和圓周運(yùn)動(dòng)問題又結(jié)合了

8、生活實(shí)際。周運(yùn)動(dòng)問題又結(jié)合了生活實(shí)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(yùn)動(dòng)的粒子、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2 2、原理、原理用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速用磁場(chǎng)控制軌道、用電場(chǎng)進(jìn)行加速+- +-回旋加速器加在D形盒內(nèi)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(yīng)強(qiáng)度B(2)氘核所達(dá)到的最大速率v是多少 例2已知回旋加速器中D形盒內(nèi)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(nèi)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(nèi)運(yùn)行的時(shí)間的最大可能值.3 3、注意、注意2)2)交變電場(chǎng)的往復(fù)變化周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期交變電場(chǎng)的往復(fù)變化周期和粒子的運(yùn)動(dòng)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(chǎng)這樣就可以保證粒子在每次經(jīng)過交變電場(chǎng)時(shí)都被加速時(shí)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(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期 跟運(yùn)動(dòng)速率和軌道半徑跟運(yùn)動(dòng)速率和軌道半徑無關(guān)無關(guān)qBmT23)3)帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)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(dòng)能為每次增加的動(dòng)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