帶電粒子電磁場中運動常見幾種儀器

帶電粒子電磁場中運動常見幾種儀器第1頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月例1:如圖所示為一“濾速器”裝置示意圖。a、b為水平放置的平行金屬板，一束具有各種不同速率的電子沿水平方向經(jīng)小孔O進入a、b兩板之間。為了選取具有某種特定速率的電子，可在a、b間加上豎直方向的電壓，并沿垂直于紙面的方向加一勻強磁場，使所選電子仍能夠沿水平直線OO’運動，由O’射出，不計重力作用，可能達到上述目的的辦法有哪些？帶電粒子在電磁場中運動OabO'第2頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、基本原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進入同一勻強磁場，由于粒子動量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進而分析某元素中所含同位素的種類3、推導(dǎo)第4頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月例2:如圖所示，有a、b、c、d四個離子，它們帶等量同種電荷q,質(zhì)量關(guān)系：ma=mb＜mc=md，速度關(guān)系:υa<υb=υc<υd,進入磁感應(yīng)強度為B1電場強度為E的速度選擇器后，有兩個離子從速度選擇器中射出，進入B2磁場，由此可判定A1A2A3A4軌跡分別對應(yīng)什么離子？帶電粒子在電磁場中運動A3A1B1B2A2A4第6頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月例4:如圖所示，厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為B

的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時，在導(dǎo)體的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實驗表明：當(dāng)磁場不太強時，電勢差U，電流I和B的關(guān)系為：,式中的比例系數(shù)K稱為霍爾系數(shù)。設(shè)電流I是由電子的定向流動形成的，電子的平均定向速率為v,電荷量為-e,

問：(1)

(2)F洛=？(3)UA′A=

U時，F(xiàn)電=？(4)當(dāng)靜電力和洛倫茲力平衡時證明霍爾系數(shù)滿足：

帶電粒子在電磁場中運動（全國高考）第7頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月霍爾效應(yīng)可解釋如下：

外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場，橫向電場對電子施加與方向相反的靜電力，當(dāng)靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。第8頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月磁流體發(fā)電機的原理第9頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月dLS例3:等離子氣體噴入磁場，正、負離子在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)而聚集到a、b板上，產(chǎn)生電勢差。設(shè)a、b平行金屬板的長度為L，正對面積為S，相距d，等離子氣體的電阻率為ρ，噴入氣體速度為v，板間磁場的磁感應(yīng)強度為B，板外電阻為R，當(dāng)?shù)入x子氣體勻速通過a、b板間時，求：(1)兩板間電勢差U？(2)通過R的電流I？帶電粒子在電磁場中運動ab第11頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月

例4（江西省試題）：圖-4為磁流體發(fā)電機的示意圖。設(shè)兩金屬板間的距離為d，兩極板間勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B。等離子體垂直進入磁場的速度為v,單個離子所帶的電量為q。離子通道（即兩極板內(nèi)所圍成空間）的等效電阻為r，負載電阻為R。求（1）該發(fā)電機的電動勢；（2）發(fā)電機的總功率。答案（1）電動勢E=Bdv(2)總功率第12頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁流量計根據(jù)霍爾效應(yīng)其原理可解釋為：所示，一圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，其中有可以導(dǎo)電的液體向左流動。導(dǎo)電液體中的自由電荷（正負離子）在洛倫茲力作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差。當(dāng)自由電荷所受電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定。

由qvB=Eq=，可得v=，

流量Q=sv=電磁流量計第13頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月磁強計是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強度B的儀器。其原理可解為：如圖-7所示，一塊導(dǎo)體接上a、b、c、d四個電極，將導(dǎo)體放在勻強磁場之中，a、b間通以電流I，c、d間就會出現(xiàn)電勢差，只要測出c、d間的電勢差U，就可測得B?；魻栃?yīng)（磁強計）第14頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月霍爾效應(yīng)（磁強計）①導(dǎo)體中通過電流時，在運動的電荷為電子，帶負電；②當(dāng)電子所受電場力與洛侖茲力相等時，導(dǎo)體上、下側(cè)電勢差穩(wěn)定。設(shè)c、d間電勢差達到穩(wěn)定，則U=EL，此時導(dǎo)電的自由電荷受到的電場力與洛倫茲力相平衡，Eq=qvB，式中v為自由電荷的定向移動速度。由此可知，。設(shè)導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù)為n，則電流I=nqsv，式中S為導(dǎo)體橫截面積，S=Ld。因此，由此可知B∝U。這樣只要將裝置先在已知磁場中定出標度，就可通過測定U來確定B的大小了第15頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第17頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月第18頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月回旋加速器名師1號P284第6、9題；P297第13題第19頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月★第20頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵疊加場（電場、磁場、重力場中只少有兩個同時出現(xiàn)在同一區(qū)域）◆速度選擇器①任何一個存在正交電場的磁場的空間都可看作速度選擇器②速度選擇器只選擇速度而不選擇粒子的種類，只要v=E/B，粒子就能沿直線勻速通過選擇器，而與粒子的電性、電荷量、質(zhì)量無關(guān)。（不計重力）③對于確定的速度選擇器有確定的入口與出口。★如圖所示，在平行金屬板間有勻強電場和勻強磁場，方向如圖，有一束正電荷沿中心線方向水平射入，卻分成三束分別由a、b、c三點射出，問可以確定的是這三束帶電粒子的什么物理量不相同?(重力不計)名師1號P283第3題第21頁，課件共24頁，創(chuàng)作于2023年2月◆磁流體發(fā)電機、電磁流量計、霍爾效應(yīng)（磁強計）磁流體發(fā)電機①進入磁場的粒子帶正、負電荷②當(dāng)Eq=Bqv時兩板間電勢差達到最大電磁流量計①流動的導(dǎo)電液體含有正、負離子U=Bdv②流量指單位時間內(nèi)流過的體積：Q=Sv③當(dāng)液體內(nèi)的自由電荷所受電場力與洛侖茲力相等時，a、b間的電勢差穩(wěn)定。名師1號P297第15