北京高考丨磁場丨速度選擇器
速度選擇器的原理
速度選擇器是帶電粒子在復合場中運動的一個典型的模型,它也是質(zhì)譜儀的一部分,質(zhì)譜儀是由粒子源、加速場、速度選擇器和偏轉(zhuǎn)場這四部分構(gòu)成。
當一個帶電粒子從粒子源飄出,經(jīng)過加速場獲得一定的速度,然后沿著中線進入速度選擇器,在速度選擇器中存在電場和磁場,相互垂直的電場和磁場,當粒子進入速度選擇器時,
如果它受力平衡,即受到的電場力和洛倫茲力相等時,做勻速直線運動,如果它受力不平衡,將會發(fā)生偏轉(zhuǎn)打到極板上。
當粒子在速度選擇器中做勻速直線運動時,受力平衡,他受到的洛倫茲力和電場力平衡,即Bqv=qE,
得到速度 v=E/B,可以通過調(diào)節(jié)E和B的大小來調(diào)節(jié)速度的大小,速度v=E/B 只與場有關,是與q無關的。
只有v=E/B這個速度的粒子能夠沿直線通過速度選擇器。
如果速度比它大,洛倫茲力大于電場力,就會發(fā)生偏轉(zhuǎn),不會作直線運動;
如果速度小的話,洛倫茲力小于電場力,他仍然不能受力平衡,還會發(fā)生偏轉(zhuǎn);
所以只有v=E/B這個速度的粒子能夠沿直線穿過。
通過的速度與q無關
只有速度 v=E/B的粒子能夠通過速度選擇器,速度v=E/B是與q無關的(與q的電量和電性都沒關系),
如果粒子原來是一個正電荷,把它換成一個負電荷,速度大小不變,仍然是可以直線通過的,因為他受到的洛倫茲力和電場力的方向都發(fā)生改變,仍然是受力平衡的。
如果把電量變?yōu)樵瓉淼?倍,洛倫茲力變?yōu)樵瓉淼亩叮妶隽σ沧優(yōu)樵瓉淼亩?,但仍然是受力平衡的,所以速度v=E/B與q的電性和電量沒有關系。
v=E/B雖然與電荷q無關,但是它與速度的方向有關,
反向進入能不能通過?
如果粒子從左到右能夠穿過速度選擇器,讓它從右到左運動就不能夠穿過速度選擇器,通過受力分析就可以得到,如果速度方向發(fā)生改變,它受到的洛倫茲力和電場力方向向同一個方向,粒子將不會受力平衡,會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
這個運動既不是類平拋運動,也不是圓周運動,而是一個相對復雜的一個曲線運動。
如果粒子不能直線運動,穿過速度選擇器時發(fā)生了偏轉(zhuǎn),要會分析在粒子復合場中的能量轉(zhuǎn)化的問題,
因為粒子只受到洛倫茲力和電場力兩個力作用,其中洛倫茲力始終垂直于速度方向是不做功的,
在粒子打到極板的過程當中,只有電場力做功,有動能定理可以求出達到極板的速度。
速度選擇器是一個相對比較簡單的模型,粒子做勻速直線運動時受力平衡,速度 v=E/B與q的電量和電性無關,
可以通過控制磁場和電場的強度來控制通過速度選擇器速度的大小,所以速度是可以選擇的,稱為速度選擇器。
今天我們的分享就到這里,謝謝大家,咱們明天繼續(xù)。
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