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1、湖南省长沙市一中卫星远程学校第三章 磁场3.6 带电粒子带电粒子在匀强磁场中的运动在匀强磁场中的运动湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校二、质谱仪二、质谱仪湖南省长沙市一中卫星远程学校三、加速器三、加速器问题问题1：用什么方法可以加速带电粒子：用什么方法可以加速带电粒子?湖南省长沙市一中卫星远程学校三、加速器三、加速器问题问题1：用什么方法可以加速带电粒子：用什么方法可以加速带电粒子?利用加速电场可以加速带电粒子利用加速电场可以加速带电粒子湖南省长沙市一中卫星远程学校三、加速器三、加速器问题问题1：用什么方法可以加速带电粒子：用什么方法可以加速带电粒子?+U+利用加速电场可
2、以加速带电粒子利用加速电场可以加速带电粒子湖南省长沙市一中卫星远程学校问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大：要使一个带正电粒子获得更大的速度的速度(能量能量)?湖南省长沙市一中卫星远程学校问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大：要使一个带正电粒子获得更大的速度的速度(能量能量)?湖南省长沙市一中卫星远程学校问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大：要使一个带正电粒子获得更大的速度的速度(能量能量)?湖南省长沙市一中卫星远程学校问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大：要使一个带正电粒子获得更大的速度的速度(能量能量)?匀速匀速湖南省长沙市一中卫星远程学校问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大：要
3、使一个带正电粒子获得更大的速度的速度(能量能量)?加速加速匀速匀速湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器筒间加速筒间加速湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽利用电场加速电场加
4、速电场加速电场加速带电粒子；湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽利用电场加速电场加速电场加速电场加速带电粒子；通过多级加速多级加速多级加速多级加速获得高能粒子；湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽利用电场加速电场加速电场加速电场加速带电粒子；通过多级加速多级加速多级加速多级加速获得高能粒子；将加速电场以外的区域静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽；湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器
5、直线加速器多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽利用电场加速电场加速电场加速电场加速带电粒子；通过多级加速多级加速多级加速多级加速获得高能粒子；将加速电场以外的区域静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽；采用交变电源交变电源交变电源交变电源提供加速电压；湖南省长沙市一中卫星远程学校直线加速器直线加速器多级直线加速器应具备的条件：多级直线加速器应具备的条件：筒间加速筒间加速筒内静电屏蔽筒内静电屏蔽利用电场加速电场加速电场加速电场加速带电粒子；通过多级加速多级加速多级加速多级加速获得高能粒子；将加速电场以外的区域静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽静电屏蔽；
6、采用交变电源交变电源交变电源交变电源提供加速电压；电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件同步条件同步条件同步条件湖南省长沙市一中卫星远程学校斯斯坦坦福福大大学学的的加加速速器器湖南省长沙市一中卫星远程学校三、回旋加速器三、回旋加速器湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校三、回旋加速器三、回旋加速器湖南省长沙市一中卫星远程学校2.原理原理湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校?湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校交变交变湖南省长
7、沙市一中卫星远程学校交变交变湖南省长沙市一中卫星远程学校交变交变湖南省长沙市一中卫星远程学校交变交变交变电压的周期交变电压的周期TE=粒子在磁场中运动的周期粒子在磁场中运动的周期TB湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校湖南省长沙市一中卫星远程学校D Dv v=？U UB B湖南省长沙市一中卫星远程学校D Dv v=？U UB B解：解：解：解：当粒子从当粒子从当粒子从当粒子从D D形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，粒子的运动半径粒子的运动半径粒子的运动半径粒子的运动半径=D D形盒的半径形盒的半径形盒的半径形盒的半径
8、湖南省长沙市一中卫星远程学校D Dv v=？U UB B解：解：解：解：当粒子从当粒子从当粒子从当粒子从D D形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，粒子的运动半径粒子的运动半径粒子的运动半径粒子的运动半径=D D形盒的半径形盒的半径形盒的半径形盒的半径湖南省长沙市一中卫星远程学校D Dv v=？U UB B解：解：解：解：当粒子从当粒子从当粒子从当粒子从D D形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，形盒出口飞出时，粒子的运动半径粒子的运动半径粒子的运动半径粒子的运动半径=D D形盒的半径形盒的半径形盒的半径形盒的半径湖南省长沙市一中卫星远程学校DDv v=？U
9、 UB B湖南省长沙市一中卫星远程学校DDv v=？U UB B湖南省长沙市一中卫星远程学校DDv v=？U UB B湖南省长沙市一中卫星远程学校DDv v=？U UB B湖南省长沙市一中卫星远程学校DDv v=？U UB B湖南省长沙市一中卫星远程学校问题问题7：D越大，越大，EK越大，是不是只要越大，是不是只要D不断增不断增大，大，EK 就可以无限制增大呢就可以无限制增大呢?湖南省长沙市一中卫星远程学校美国美国费米实验室加速器费米实验室加速器湖南省长沙市一中卫星远程学校1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变粒子在匀强磁场中的运动周期不变 三、回旋加速器三、回旋加速器 小结小结湖南省长沙市一中卫
10、星远程学校1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变粒子在匀强磁场中的运动周期不变 三、回旋加速器三、回旋加速器 小结小结湖南省长沙市一中卫星远程学校2.交变电场的周期和粒子的运动周期交变电场的周期和粒子的运动周期T相同相同-保证粒子每次经过交变电保证粒子每次经过交变电场时都被加速场时都被加速1.粒子在匀强磁场中的运动周期不变粒子在匀强磁场中的运动周期不变 三、回旋加速器三、回旋加速器 小结小结湖南省长沙市一中卫星远程学校3.带电粒子每经电场加速一次带电粒子每经电场加速一次,回旋半回旋半径就增大一次径就增大一次,每次增加的动能为每次增加的动能为湖南省长沙市一中卫星远程学校3.带电粒子每经电场加速一次带
11、电粒子每经电场加速一次,回旋半回旋半径就增大一次径就增大一次,每次增加的动能为每次增加的动能为湖南省长沙市一中卫星远程学校3.带电粒子每经电场加速一次带电粒子每经电场加速一次,回旋半回旋半径就增大一次径就增大一次,每次增加的动能为每次增加的动能为各次半径之比为各次半径之比为湖南省长沙市一中卫星远程学校3.带电粒子每经电场加速一次带电粒子每经电场加速一次,回旋半回旋半径就增大一次径就增大一次,每次增加的动能为每次增加的动能为各次半径之比为各次半径之比为4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定粒子加速的最大速度由盒的半径决定湖南省长沙市一中卫星远程学校3.带电粒子每经电场加速一次带电粒子每经电场加速一
12、次,回旋半回旋半径就增大一次径就增大一次,每次增加的动能为每次增加的动能为各次半径之比为各次半径之比为4.粒子加速的最大速度由盒的半径决定粒子加速的最大速度由盒的半径决定速度选择器+BEv=E/BvE/BFfFf当Ff时，EqBqv即：vE/B时，粒子作曲线运动。当F=f时，Eq=Bqv即：v=E/B时，粒子作匀速直线运动。当Ff时，EqE/B时，粒子作曲线运动。vE/B例：如图所示是质谱仪的示意图。已知速度选择器中例：如图所示是质谱仪的示意图。已知速度选择器中的磁场的磁场B1=0.40T，电场，电场E=1.00105N/C；偏转分离器；偏转分离器中的匀强磁场中的匀强磁场B2=0.50T。现有
13、带一个基元电荷电量的。现有带一个基元电荷电量的两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点A1、A2，测得测得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求两种铜离子的质量。求两种铜离子的质量数。（已知数。（已知e=1.6010-19C，mp=1.6710-27kg）磁流体发电机磁流体发电机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成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成电能。其原理是将等离子体（高温下产生的等量的正、负离子电能。其原理是将等离子体（高温下产生的等量的正、负离子的气体）以某一速度的气体）以某一速度v v0 0射入磁场中，
14、正负离子向不同的极板偏转，射入磁场中，正负离子向不同的极板偏转，从而使两极板带上等量异号电荷。当两板间电压达到某一值时，从而使两极板带上等量异号电荷。当两板间电压达到某一值时，电荷不再偏转。此电压值即等于此磁流体发电机的电动势。设电荷不再偏转。此电压值即等于此磁流体发电机的电动势。设喷射等离子体的速度为喷射等离子体的速度为v v0 0，匀强磁场为，匀强磁场为B B，两极板间距离为，两极板间距离为d d，两，两极板长为极板长为L L，宽为，宽为a a，等离子体的电阻率为，等离子体的电阻率为 求：求：（1 1）该发电机的电动势。该发电机的电动势。（2 2）若在两极板间接入电阻）若在两极板间接入电阻
15、R R，求极板间的电压。，求极板间的电压。d原理原理B正电荷正电荷LRE,rBdII例：如图9-31所示为一电磁流量计的示意图，截面为正方形的非磁性管，其边长为d，内有导电液体流动，在垂直液体流动方向加一指向纸里的匀强磁场，磁感强度为B。现测得液体a、b两点间的电势差为 U（a、b为流量计上下表面的两点），求管内导电液体的流量Q。ab液体图9-31+_导电液体BE+_ _ _ _+_ _ _ _Uab医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极血流速度。电磁血流计由一对电极a和和b以及磁极以及磁极N和和S
16、构成，构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，图所示。由于血液中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为力的合力为零。在某次监测中，两触点的距离为3.0mm3.0mm，血管，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160160 V V，磁感应强度的，磁感应强度的大小为大小为0.040T0.040T。则血流速度的近似值和电极。则血流速度的近似值和电极a a、b b的正负为的正负为 （）A.1.3m/s，a正、正、b负负 B.2.7m/s，a正、正、b负负C.1.3m/s，a负、负、b正正 D.2.7m/s，a负、负、b正正A霍尔元件霍尔元件