第3节 带电粒子在复合场中的运动
知识点一| 带电粒子在复合场中的应用实例
1．质谱仪
(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。
(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，有qU＝mv2。
粒子在磁场中做匀速圆周运动，有qvB＝m。
由以上两式可得r＝， m＝， ＝。
2．回旋加速器
(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。
(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由qvB＝，得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径r决定，与加速电压无关。
3．速度选择器
(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直。这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器(如图所示)。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是qE＝qvB，即v＝。
4．磁流体发电机
(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能。
(2)根据左手定则，图中的B是发电机正极。
(3)磁流体发电机两极板间的距离为L，等离子体速度为v，磁场的磁感应强度为B，则由qE＝q＝qvB得两极板间能达到的最大电势差U＝BLv。
5．电磁流量计
工作原理：如图所示，圆形导管直径为d，用非磁性材料制成，导电液体在管中向左流动，导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力的作用下横向偏转，a、b间出现电势差，形成电场，当自由电荷所受的电场力和洛伦兹力平衡时，a、b间的电势差就保持稳定，即：qvB＝qE＝q，所以v＝，因此液体流量Q＝Sv＝·＝。
6．霍尔元件
如图所示，高度为h、厚度为d的导体板放在垂直于它且磁感应强度为B的匀强磁场中。当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝RH，式中的比例系数RH称为霍尔系数。
由受力平衡可得
qvB＝qE，得E＝Bv
电势差U＝Eh＝Bhv
又I＝nqSv
导体的横截面积S＝hd，得v＝
所以U＝Bhv＝＝RH，其中RH＝，即霍尔系数。
