速度選擇器、磁流體發(fā)電機專題

常見的復合場1.速度選擇器在電、磁場中，若不計重力，則：在如圖所示的平行板器件中，電場強度E和磁感應強度B相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子射入后發(fā)生偏轉的情況不同。

這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來，勻速（或者說沿直線）通過,所以叫速度選擇器。思考：其他條件不變，把粒子改為負電荷，能通過嗎？電場、磁場方向不變，粒子從右向左運動，能直線通過嗎？Eq=Bqv即v=E/B速度選擇器：

1.速度選擇器只選擇速度，與電荷的正負無關；

2.

帶電粒子必須以唯一確定的速度（包括大小、方向）才能勻速（或者說沿直線）通過速度選擇器。否則偏轉。3.注意電場和磁場的方向搭配。＋＋＋＋＋＋＋－－－－―――v

將向洛倫茲力方向偏轉，電場力將做負功，動能將減小，洛倫茲力也將減小，軌跡是一條復雜曲線。若速度小于這一速度？電場力將大于洛倫茲力，帶電粒子向電場力方向偏轉，電場力做正功，動能將增大，洛倫茲力也將增大；若大于這一速度？速度選擇器—+BEv=E/Bv>E/BFfFf當F>f時，Eq>Bqv即：v<E/B時，粒子作曲線運動。當F=f時，Eq=Bqv即：v=E/B時，粒子作勻速直線運動。當F<f時，Eq<Bqv即：v>E/B時，粒子作曲線運動。v<E/B1.在兩平行金屬板間有正交的勻強電場和勻強磁場，一個帶電粒子垂直于電場和磁場方向射入場中，射出時粒子的動能減少了，為了使粒子射出時動能增加，在不計重力的情況下，可采取的辦法是：A.增大粒子射入時的速度B.減小磁場的磁感應強度C.增大電場的電場強度D.改變粒子的帶電性質BC2．如圖所示是粒子速度選擇器的原理圖，如果粒子所具有的速率v=E/B，那么:()A．帶正電粒子必須沿ab方向從左側進入場區(qū)，才能沿直線通過B.帶負電粒子必須沿ba方向從右側進入場區(qū)，才能沿直線通過C．不論粒子電性如何，沿ab方向從左側進入場區(qū)，都能沿直線通過D.不論粒子電性如何，沿ba方向從右側進入場區(qū)，都能沿直線通過c3：正交的勻強磁場和勻強電場的磁感應強度和電場強度分別為B和E，一帶電的粒子，以速度v1垂直射入，而以速度v2射出，則（）A.v1=E/B

v2＜v1

B.v1＞E/B,v2＜v1

C.v1＜E/B

v2＞v1D.v1＞E/B.v2＞v1

BCqBvEqqBvEq2.磁流體發(fā)電機磁流體發(fā)電是一項新興技術，它可以把物體的內能直接轉化為電能，右圖是它的示意圖，平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場，將一束等粒子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）噴入磁場，AB兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把AB和用電器連接，AB就是一個直流電源的兩個電極。流體：等粒子體目的：發(fā)電d原理B正電荷Eq=Bqv磁流體發(fā)電機Eq=Bqv1、圖中AB板哪一個是電源的正極？2、此發(fā)電機的電動勢？（兩板距離為d，磁感應強度為B，等離子速度為v，電量為q）B板練習：如圖所示是等離子體發(fā)電機的示意圖，平行金屬板間的勻強磁場的磁感應強度B=0.5T，兩板間距離為20㎝，要使AB端的輸出電壓為220V，則等離子垂直射入磁場的速度為多少？

代入數(shù)據(jù)得v=2200m/s電流的方向如何？由B到A圖是電磁流量計的示意圖，在非磁性材料做成的圓管道外加一勻強磁場區(qū)域，當管中的導電液體流過此磁場區(qū)域時，測出管壁上的ab兩點間的電動勢U，就可以知道管中液體的流量Q---單位時間內流過液體的體積（m3/s）。已知管的直徑為D，磁感應強度為B，試推出Q與U的關系表達式。流體為：導電液體目的：測流量3、電磁流量計Bqv=Eq=qu/d得v=U/Bd流量：Q=Sv=πdU/4Bd··ba×××××××××××××××導電液體若管道為其他形狀,如矩形呢?例：如圖9-31所示為一電磁流量計的示意圖，截面為正方形的非磁性管，其邊長為d，內有導電液體流動，在垂直液體流動方向加一指向紙里的勻強磁場，磁感強度為B?，F(xiàn)測得液體a、b兩點間的電勢差為U（a、b為流量計上下表面的兩點），求管內導電液體的流量Q。ab液體圖9-31+_導電液體BE++++____++++____Uab4、霍耳（E.C.Hall)效應

在一個通有電流的導體板上，垂直于板面施加一磁場，則平行磁場的兩面出現(xiàn)一個電勢差，這一現(xiàn)象是1879年美國物理學家霍耳發(fā)現(xiàn)的，稱為霍耳效應。該電勢差稱為霍耳電勢差

。霍耳霍爾元件質譜儀是一種分析同位素、測定帶電粒子比荷及測定帶電粒子質量的重要工具。5、質譜儀.......................................................照相底片質譜儀的示意圖5、質譜儀利用電場加速利用磁場偏轉例題：一個質量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上（圖3.6-4）。⑴求粒子進入磁場時的速率。⑵求粒子在磁場中運動的軌道半徑。質譜儀最初是由湯姆生的學生阿斯頓設計的，他用質譜儀發(fā)現(xiàn)了氖20和氖22，證實了同位素的存在?，F(xiàn)在質譜儀已經(jīng)是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的質量和分析同位素的重要工具。帶電粒子在汽泡室運動徑跡的照片。有的粒子運動過程中能量降低，速度減小，徑跡就呈螺旋形。

例7、質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，到達記錄它的照相底片P上，設離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷

A、若離子束是同位素，則x越大，離子質量越大

B、若離子束是同位素，則x越大，離子質量越小

C、只要x相同，則離子質量一定相同

D、只要x相同，則離子的荷質比一定相同例8、如圖所示，一質量為m，電荷量為q的粒子從容器A下方小孔S1飄入電勢差為U=800V的加速電場，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B=0.40T的勻強磁場中，最后打到底片D上.測得粒子在磁場中運動的軌道半徑為r=5cm。求帶電粒子的比荷是多少？答案：6、回旋加速器1.加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=Ek．2.直線加速器，多級加速如圖所示是多級加速裝置的原理圖：（一）直線加速器3.困難：技術上不能產(chǎn)生過高電壓；加速設備長。三、回旋加速器（一）直線加速器（二）回旋加速器解決上述困難的一個途徑是把加速電場“卷起來”，用磁場控制軌跡，用電場進行加速?；匦铀倨鞯暮诵牟糠质牵男谓饘俸?，兩Ｄ形盒之間留有窄縫，中心附近放置離子源(如質子、氘核或粒子源等)。在兩Ｄ形盒間接上交流電源于是在縫隙里形成一個交變電場。Ｄ形盒裝在一個大的真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強大磁場中，這磁場的方向垂直于Ｄ形盒的底面。V0V1V2V3V4V5

1、電場、磁場在粒子運動過程中起什么作用？

2、粒子回旋一周需要多長時間？思考電場——加速作用磁場——偏轉作用T=2πm/qB同步條件T圓周＝Ｔ交流6、回旋加速器回旋加速器的局限性（1）D形盒半徑不能無限增大（2）受相對論效應制約，質量隨速度而增大，周期T變化。

練習：回旋加速器中磁場的磁感應強度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質