第八章 第3单元 复合场中带电粒子的运动VIP免费

一、复合场1．定义：复合场是指电场、磁场、重力场并存，或其中某两种场并存，或分区域存在．2．三种场的比较力的特点功和能的特点重力场大小：G＝方向：重力做功与路径重力做功改变物体的mg竖直向下无关重力势能力的特点功和能的特点静电场大小：F＝方向：正电荷受力方向与场强方向；负电荷受力方向与场强方向电场力做功与路径W＝qU电场力做功改变电荷的磁场洛伦兹力F＝方向符合左手定则洛伦兹力不做功，不改变带电粒子的qE相同相反无关电势能动能qvBsinθ(1)当带电粒子所受合力为零时，将处于或状态．(2)当提供向心力，其余各力的合力为零时，带电粒子做匀速圆周运动．(3)当带电粒子所受合力大小与方向均变化时，将做非匀变速曲线运动．这类问题一般只能用能量关系来处理．静止匀速直线运动洛伦兹力3.带粒子在复合场中运动的几种情况分析带电粒子在复合场中的运动时，必须同时考虑各场的作用，全面正确地分析带电粒子的受力和运动特征，尤其是洛伦兹力会随粒子运动状态的改变而变化．二、带电粒子在复合场中运动的典型应用带电粒子在复合场中运动的重要应用，包括速度选择器、回旋加速器、磁流体发电机、电磁流量计等．1．速度选择器(如图8－3－1所示)(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相．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．图8－3－1(2)带电粒子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是，即v＝.垂直qE＝qvBEB2．回旋加速器(1)基本构造：回旋加速器的核心部分是放置在磁场中的两个D形的金属扁盒(如图8－3－2所示)，其基本组成为：①粒子源，②两个D形金属盒，③匀强磁场，④高频电源，⑤粒子引出装置．图8－3－2(2)工作原理①电场加速qU＝ΔEk.②磁场约束偏转qBv＝mv2r，v＝qBrm∝r.③加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期，即T电场＝T回旋＝.相同2πmqB3．磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能．图8－3－3(2)根据左手定则，如图8－3－3中的B是发电机．(3)磁流体发电机两极板间的距离为d，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则两极板间能达到的最大电势差U＝.正极Bvd4．电磁流量计工作原理：如图8－3－4所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场．当自由电荷所受的和平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB＝qE＝qUd，所以v＝UdB，因此液体流量Q＝Sv＝πd24·UBd＝πdU4B.电场力洛伦兹力5．质谱仪(1)用途：质谱仪是一种测量带电粒子质量和分离的仪器．(2)原理：如图8－3－5所示，离子源A产生质量为m、电荷量为q的正离子(所受重力不计)．离子出来时速度很小(可忽略不计)，经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期到达记录它的照相底片D上，测得它在D上的位置到入口处的距离为L，则qU＝12mv2－0，qBv＝mv2r，L＝2r.联立求解得m＝qB2L28U.图8－3－5同位素因此，只要知道q、B、L与U，就可计算出带电粒子的质量m.又因m∝L2，不同质量的同位素从不同处可得到分离，故质谱仪又是分离同位素的重要仪器．6．霍尔效应在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上图8－3－6出现了，这个现象称为霍尔效应．所产生的电势差称为霍尔电势差，其原理如图8－3－6所示．电势差1．如图8－3－7所示，在平行带电金属板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，质子、氘核、氚核沿平行于金属板方向以相同的动能射入两极板间，其中氘核沿直线运图8－3－7动，未发生偏转，质子和氚核发生偏转后射出，则：①偏向正极板的是质子；②偏向正极板的是氚核；③射出时动能最大的是质子；④射出时动能最大的是氚核．以上说法正确的是()A．①②B．②③C．③④D．①④解析：质子、氘核、氚核质量数和电荷数分别为11H,12H,13H，由于它们的动能相同，故质子的速度大于氘核速度，氚核速度小于氘核速度，而氘核未发生偏转，则氚核偏向电场力方向，质子偏向洛伦兹力方向．故正确答案为D.答案：D2．...