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带电粒子在复合场.doc

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带电粒子在复合场中的运动基础知识梳理一、带电粒子在复合场中的运动1.复合场:电场、磁场和重力场并存或两种场并存,或分区域并存.粒子在复合场运动时要考虑__________、__________和重力作用.2.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_______时,将处于静止状态或做匀速直线运动.(2)匀速圆周运动当带电粒子所受的______与__________大小相等、方向相反时,带电粒子在__________的作用下,在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周运动. (3)非匀变速曲线运动当带电粒子所受的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. 二、带电粒子在复合场中运动的实例分析1.质谱仪组成:离子源 O,加速场 U,速度选择器(E,B ) ,偏转场 B2,胶片.原理:加速场中 qU=½mv2 选择器中:v=E/B 1偏转场中:d=2r,qvB 2=mv 2/r 比荷: 12qEmd质量 作用:主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素.12BdqmE2.回旋加速器组成:两个 D 形盒,大型电磁铁,高频振荡交变电压,两缝间可形成电压 U作用:电场用来对粒子(质子、氛核,a 粒子等)加速,磁场用来使粒子回旋从而能反复加速.高能粒子是研究微观物理的重要手段.要求:粒子在磁场中做圆周运动的周期等于交变电源的变化周期.关于回旋加速器的几个问题:(1)回旋加速器中的 D 形盒,它的作用是静电屏蔽,使带电粒子在圆周运动过程中只处在磁场中而不受电场的干扰,以保证粒子做匀速圆周运动‘(2)回旋加速器中所加交变电压的频率 f,与带电粒子做匀速圆周运动的频率相等:12qBfTm(3)回旋加速器最后使粒子得到的能量,可由公式 来计算,在粒子电量,21KqBREmv、质量 m 和磁感应强度 B 一定的情况下,回旋加速器的半径 R 越大,粒子的能量就越大(4)决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素:带电粒子在回旋加速器内运动时间B~长短,与带电粒子做匀速圆周运动的周期有关,同时还与带电粒在磁场中转动的圈数有关。设带电粒子在磁场中转动的圈数为 n ,加速电压为 U。因每加速一次粒子获得能量为 qU,每圈有两次加速。结合 Ek n= 知,2nqU = ,因此 n= 。所以带电mrBqmrBqn2UrqBn42粒子在回旋加速器内运动时间 t =nT= . =n4qn3.速度选择器(如图所示)(1)平行板间电场强度 E 和磁感应强度 B 互相_____.这种装置能把具有一定_____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=________,即 v= .EB4.磁流体发电机(如图所示)(1)磁流体发电是一项新兴技术,它可以把___能直接转化为 ____能.(2)根据左手定则,如图中的 B 板是发电机_____.(3)磁流体发电机两极板间的距离为 d,等离子体速度为 v,磁场磁感应强度为 B,则两极板间能达到的最大电势差 U=_______.5.电磁流量计(1)如图所示,一圆形导管直径为 d,用非磁性材料制成,其中有可以导电的液体流过导管. (2)原理:导电液体中的自由电荷( 正、负离子)在_______作用下横向偏转,a、b 间出现________,形成电场.当自由电荷所受电场力和洛伦兹力______时,a、b 间的电势差就保持稳定.由 Bqv=Eq= q,可得 v= ,液体流Ud UBd量Q=Sv= · = .πd24 UBd πdU4B6.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出现了___________.这个现象称为霍尔效应,所产生的电势差称为___________或霍尔电压,其原理如图所示.
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