第 3 讲 带电粒子在复合场中的运动及应用实例一、复合场 复合场是指电场、磁场和重力场并存，或其中某两场并存．从场的复合形式上一般可分为如下两种情况：1．组合场2．叠加场二、带电粒子在复合场中的运动分类1．静止或匀速直线运动当带电粒子在复合场中所受合外力为零时，将处于静止状态或匀速直线运动状态．2．匀速圆周运动当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动．3．较复杂的曲线运动当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动 ，这时粒子运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．4．分阶段运动带电粒子可能依次通过几个情况不同的复合场区域，其运动情况随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成．三、电场、磁场分区域应用实例1．质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成．(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式 mv2＝qU①粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式 qvB＝m②由①②两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷．r＝ ，m＝，＝.2．回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源．D 形盒处于匀强磁场中．(2)原理① 在电场中加速：qU＝m(v－v)＝ΔEk.② 在磁场中旋转：qvB＝m，得 R＝.③ 回旋加速条件：高频电源的周期 T 电场与带电粒子在 D 形盒中运动的周期 T 回旋相同，即 T 电场＝T 回旋＝.④ 最大动能的计算：由 R＝＝知，被加速粒子的最大动能为 Ek＝，由此可知，在带电粒子质量、电荷量被确定的情况下，粒子所获得的最大动能只与回旋加速器的半径 R 和磁感应强度 B 有关，与加速电压无关．四、带电粒子在叠加场中运动的实例分析1．速度选择器(如图)(1)平行板间电场强度 E 和磁感应强度 B 互相垂直．这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 qE＝qvB，即 v＝E / B .2．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能．(2)根据左手定则，如图中的 B 板是发电机正极．(3)磁流体发电机两极板间的距离为 d，等离子体速度为 v，磁场磁感应强度为 B，则两极板间能达到的最大电势差 U＝Bdv...
