湖南省长郡高中物理第三章第六节带电粒子在匀强磁场中的运动课件2新人教版选修3 1.pptxVIP

带电粒子在匀强磁场中的运动（2）;;关于质谱仪的分析计算方法;例1. 图所示是一种质谱仪的示意图，从离子源 S产生的正离子，经过S1和S2之间的加速电场，进入速度选择器，P1和P2间的电场强度为E，磁感应强度为B1，离子由S3射出后进入磁感应强度为B2的匀强磁场区域，由于各种离子的轨道半径R不同，而分别射到底片上不同的位置，形成谱线。 (1)若已知S1、S2间的加速电压为U，并且磁感应强度B2，半径R也是已知的，则离子的 比荷 为多少？;若已知速度选择器中的电场强度E 和磁感应强度B1，R和B2也知道，则离子的比荷为多少？ 要使氢的同位素氘和氚的正离子经 加速电场和速度选择器以相同的速度进入磁感应强度为B2的匀强磁场。(设进入加速电场时速度为零) ①若保持速度选择器的E和B1不变，则加速电场S1、S2间的电压比应为多少？ ②它们谱线位置到狭缝S3的距离之比为多少？;解析：;1931年，加利福尼亚大学的劳伦斯斯出了一个卓越的思想，通过磁场的作用迫使带电粒子沿着磁极之间做螺旋线运动，把长长的电极像卷尺那样卷起来，发明了回旋加速器，第一台直径为 27cm的回旋加速器投入运 行，它能将质子加速到 1Mev。1939年劳伦斯获诺贝尔物理奖。;（二） 回旋加速器;U;[例2]回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D 形盒的半径为R，用该回旋加速器加速质量为m 、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求： 粒子的回转周期是多大？ 高频电极的周期为多大？ 粒子的最大动能是多大？;[带电粒子的最终能量];;;;如图是磁流体发电机，其原理是： 等离子体喷入磁场B，正、 负离子在洛伦兹力作用下发生上下偏转而聚集到A、B板上，产生电势差。设板间距离为l，当等离子体以速度v匀速通过A、B板间时，A、 B板上聚集的电荷最多，板间电势差最大，即 为电源电动势。此时离子受力平衡：E场q=Bqv，即E场=Bv，故电源电动势E=E场l=Blv。;例3.目前世界上正在研 究新型发电机——磁流体发电机，它的原理图如图所 示，设想在相距为d的两平 行金属板间有磁感应强度为B的匀强磁场，两 板通过开关和灯泡相连。将气体加热到使之电离后，由于正、负离子一样多，且带电荷量均为q，??而称为等离子体，将其速度v喷入甲、乙两板之间，这时甲、乙两板就会聚集电荷，产生电压，这就是磁流体发电机的原理，它可以直接把内能转化为电能。试问：;(1)图中哪个极板是发电机的正极？ (2)发电机的电动势多大？ (3)设喷入两极间的离子流每立方米 有n个负电荷，离子流的横截面积为S，则发电机的最大功率多大？;解析：(1)等离子体从左侧射入磁场，正 离子受向上的洛伦兹力而偏向甲板，使甲板上积累正电荷，相应的乙板上积累负电荷，成为电源的正、负两极。甲板是发电机的正极。 (2)当开关断开时，甲、乙两板间的电压 即为电源的电动势，稳定时，甲、乙两板上积累的电荷不再增加，此时的等离子体所受的洛伦兹力与电场力恰好平衡，则有qU/d=qvB，即得电源的电动势U=Bdv。;(3)理想状态时，喷入两极间的离子 流全部流向两极板，这时电源达到最大功率。此时，电路中的最大电流为Imax=Nq/t，式中N为t时间内喷入两极板的正、负离子数的总和，即N=2nSvt，发电机的最大功 率为Pmax=UImax=ndqSBv2。;;例4.电磁流量计广泛 应用于测量可导电流体 (如污水)在管中的流量(在 单位时间内通过管内横截 面的流体的体积)。为了简化，假设流量计是 如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中a、b、c，流量计的两端与输送流体的管道相连(图中虚线)。图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料，现于流量计所在处加磁;感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面，当导电流体稳定地流经流量计 时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串联了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值，已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为();解析：