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(共39张PPT)
第五讲 带电粒子在复合场中的实例
一、叠加场的实例
-
+
+
v
qE
qVB
若qE=qVB
粒子将以速度V做匀速直线
即V=
E
B
若V>
E
B
向右偏
+
v
qE
qVB
若V<
E
B
向左偏
粒子将以速度V做匀速直线
1.速度选择器:
规律：
V=
E
B
第五讲 带电粒子在复合场中的实例
一、叠加场的实例
-
+
-
v
qvB
qE
-
v
qE
qVB
V的大小、方向都选择
1.速度选择器:
规律：
V=
E
B
第四讲 带电粒子在复合场中的实例
一、叠加场的实例
[例1]　 带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以速度
v甲、v乙、v丙垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中，其轨迹
如图所示，则下列说法正确的是( 　 )
A．v甲>v乙>v丙
B．v甲C．甲的速度可能变大
D．丙的速度不一定变大
A
[针对训练]
1. (2021·北京等级考)如图所示，M为粒子加速器；N为速度选择器，两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。从S点释放一初速度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子，经M加速后恰能以速度v沿直线(图中平行于导体板的虚线)通过N。不计重力。
(1)求粒子加速器M的加速电压U；
(2)求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向；
(3)仍从S点释放另一初速度为0、质量为2m、电荷量为q的带正电粒子，离开N时粒子偏离图中虚线的距离为d，求该粒子离开N时的动能Ek。
1.速度选择器:
第五讲 带电粒子在复合场中的实例
一、叠加场的实例
2.磁流体发电机
等离子束
B
设等离子束的运动速度为v，单个带电荷量为q，磁场的磁感应强度为B，极板间距离为d。
当qvB＝qE
得:U＝Bdv
（U为电动势）
v
v
v
v
U
电源的内阻r=
B
A
qE
qVB
U会不断增大吗？
[例2]　(2022·天津静海区期末)(多选)如图所示为磁流体发电机的原理图，将一束等离子体垂直于磁场方向喷入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，两板间就会产生电压，如果射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，金属板的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，下列说法正确的是(　 )
ACD
[答案]　ACD
[针对训练]
2. (2021·河北高考)如图，距离为d的两平行金属板P、Q之间有一匀强磁场，磁感应强度大小为B1，一束速度大小为v的等离子体垂直于磁场喷入板间。相距为L的两光滑平行金属导轨固定在与导轨平面垂直的匀强磁场中，磁感应强度大小为B2，导轨平面与水平面夹角为θ，两导轨分别与P、Q相连。质量为m、电阻为R的金属棒ab垂直导轨放置，恰好静止。重力加速度为g，不计导轨电阻、板间电阻和等离子体中的粒子重力。下列说法正确的是( 　 )
B
答案：B
1.速度选择器:
第五讲 带电粒子在复合场中的实例
一、叠加场的实例
2.磁流体发电机
导电液体
+
+
+
+
V
3.磁流量计
流量Q＝Sv
U＝BDv
工业废水中还有大量的正负离子
[例3]　(2022·晋城模拟)某实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如图所示模型，废液内含有大量正、负离子，从直径为d的圆柱形容器右侧流入，左侧流出。流量值Q等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场，下列说法正确的是(　 )
A．带电离子所受洛伦兹力方向由M指向N
B．M点的电势高于N点的电势
C．污水流量计也可以用于测量不带电的液体的流速
D．只需要测量M、N两点间的电压就能够推算废液的流量
D
[答案]　D
[易错提醒]
(1)电磁流量计稳定时导电液体中的粒子所受的电场力和洛伦兹力平衡；
(2)依据左手定则来判定导电液体中正、负离子的偏转方向，从而确定电势的高低；
(3)流量Q的含义是单位时间内流过管道横截面的液体的体积。
[针对训练]3．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a和b以及磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b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，如图所示。由于血液中的正负离子随血液一起在磁场中运动，电极a、b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力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为3.0 mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160 μV，磁感应强度的大小为0.040 T。则血流速度的近似值和电极a、b的正负为( 　 )
A．1.3 m/s，a正、b负　 　　
B．2.7 m/s，a正、b负
C．1.3 m/s，a负、b正
D．2.7 m/s，a负、b正
A
答案：A
B
I
h
L
d
B
I
h
L
d
+
+
+
+
-
-
-
-
-
v
+
+
+
+
-
-
-
-
V
当qvB＝qE
得:U＝Bdv
4.霍尔元件
I＝nqvs
V
注意:①φ的高低跟载流子有关，
+
v
思考：若载流子里既有正离子也有负离子，哪个面的电势高？
+
v
若载流子为正负离子，则UH=0
一、叠加场的实例
②UH跟B方向上的距离成反比，跟BI成正比
由材料决定
I
h
L
d
-
v
-
-
-
-
V
+
+
+
+
B
UH＝
当qvB＝qE
得:U＝Bdv
4.霍尔元件
I＝nqvs
注意:①φ的高低跟载流子有关，
若载流子为正负离子，则UH=0
一、叠加场的实例
②UH跟B方向上的距离成反比，跟BI成正比
由材料决定
[例4]　笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压U，以此控制屏幕的熄灭。则元件的( 　 )
D
[答案]　D
[针对训练]4．(2022·德州模拟) 近年来海底通信电缆越来越多，海底电缆通电后产生的磁场可理想化为一无限长载流导线产生的磁场，科学家为了检测某一海域中磁感应强度的大小，利用图中一块长为a、宽为b、厚为c、单位体积内自由电子数为n的金属霍尔元件，放在海底磁场中，当有如图所示的恒定电流I(电流方向和磁场方向垂直)通过元件时，会产生霍尔电势差UH，通过元件参数可以求得此时海底的磁感应强度B的大小(地磁场较弱，可以忽略)。下列说法正确的是(提示：电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为I＝nevbc，其中e为电子的电荷量)(　 )
B
答案：B
第五讲 带电粒子在复合场中的实例
一、叠加场的实例
二、组合场的实例
1.质谱仪:
结论：
二、组合场的实例
1.质谱仪:
2.回旋加速器:
+
-
+
B
+
-
u
t
T
思考：带电粒子加速后速度增大,下一个周期需要改变吗
R
Vm=
思考：决定粒子加速后的最大速度或最大能量由什么因素决定？跟电压大小有关系吗？
①U周期T=
一个周期加速两次.
②最终半径r=
2.回旋加速器:
EKm=
那电压大小决定什么？
运行时间t和加速次数n.
思考：试求带电粒子在电场中和磁场中运行的总时间？
R
Vm
t电
Vm=
电场中的时间可以忽略不计
C
[答案]　C
D
[答案]　D
AC
答案：AC
2．[加速器](2021·广东高考)如图是一种花瓣形电子加速器简化示意图，空间有三个同心圆a、b、c围成的区域，圆a内为无场区，圆a与圆b之间存在辐射状电场，圆b与圆c之间有三个圆心角均略小于90°的扇环形匀强磁场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。各区磁感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外。电子以初动能Ek0从圆b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全程加速，已知圆a与圆b之间电势差为U，圆b半径为R，圆c半径为 R，电子质量为m，电荷量为e，忽略相对论效应，取tan 22.5°＝0.4。
(1)当Ek0＝0时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨迹的夹角θ均为45°，最终从Q点出射，运动轨迹如图中带箭头实线所示，求Ⅰ区的磁感应强度大小、电子在Ⅰ区磁场中的运动时间及在Q点出射时的动能；
8eU＝Ek
(2)已知电子只要不与Ⅰ区磁场外边界相碰，就能从出射区域出射。当Ek0＝keU时，要保证电子从出射区域出射，求k的最大值。
又Ek0＝keU

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