1、 書式設定,書式設定,第,2,第,3,第,4,第,5,ks5u精品课件,*,质谱仪,原理分析,1,、质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具,2,、基本原理,将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场，由于粒子动量不同，引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类,3,、,推导,ks5u精品课件,1,加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，,qU,=,E,k,2,直线加速器，多级加速,如图所示是多级加速装置的原理图：,加速器,（一）、直线加速器,ks5u精品课件,由动能定理得带电粒子经,n,极的电场加速后增加的动能为：,3,直线加
2、速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制,ks5u精品课件,二、回旋加速器,1,1932,年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速,2,工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件,两个,D,形盒和其间的窄缝内完成。,ks5u精品课件,U,二、回旋加速器,ks5u精品课件,（,1,）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关，带电粒子每次进入,D,形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进
3、入电场中加速,（,2,）电场的作用：回旋加速器的两个,D,形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两,D,形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速,（,3,）交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在,D,形盒中运动周期相同的交变电压,ks5u精品课件,带电粒子的最终能量,当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由,r=,mv/qB,得,v=,rqB/m,，若,D,形盒的半径为,R,，,则带电粒子的最终动能：,所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度,B,和,D,形盒的半径,R,ks5u精品课件,为什么带电粒子经
4、回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？,解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在,D,形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在,D,形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由,可知，增强,B,和增大,R,可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关,ks5u精品课件,小结：,回旋加速器利用两,D,形盒窄缝间的电场使带电粒子加速，利用,D,形盒内的磁场使带电粒子偏转，带电粒子所能获得的最终能量与,B,和,R,有关，与,U,无关,ks5u精品课件,如果尽量增强回旋加速器的磁场或加
5、大,D,形盒半径，我们是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量吗？,思考,ks5u精品课件,I,B,d,h,霍尔效应,ks5u精品课件,1,、如图所示，在第一象限有磁感应强度为,B,的匀强磁场，一个质量为,m,，带电量为,+q,的粒子以速度,v,从,O,点射入磁场，,角已知，求粒子在磁场中飞行的时间和飞离磁场的位置（粒子重力不计）,ks5u精品课件,2,、如图所示，在半径为,R,的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为,m,电量为,q,粒子，从,A,点沿半径,AO,的方向射入，并从,C,点射出磁场,AOC,120,o,则此粒子在磁场中运行的时间,t,_,(,不计重力,),
6、A,B,R,v,v,O,120,C,ks5u精品课件,3,、氘核和,粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动,.,则这两个粒子的动能之比为多少？轨道半径之,比,为多少？周期之比为多少？,ks5u精品课件,4,、,垂直纸面向外的匀强磁场仅限于宽度为,d,的条形区域内，磁感应强度为,B,一个质量为,m,、,电量为,q,的粒子以一定的速度垂直于磁场边界方向从,点垂直飞入磁场区，如图所示，当它飞离磁场区时，运动方向,偏转,角试求粒子的,运动速度,v,以及在磁场中,运动的时间,t,ks5u精品课件,临界问题,5,、长为,L,的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如图所示，磁感强度为,B,，,板间距离也为,L,，,板不带电，现有质量为,m,，,电量为,q,的带正电粒子（不计重力），从左边极板间中点处垂直磁感线以速度,v,水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，求粒子的速度,的范围。,使粒子的速度,v,5,BqL,/4,m,ks5u精品课件,本课小结：,一、带电粒子在磁场中的运动,平行磁感线进入：做匀速直线运动,垂直磁感线进入：做匀速圆周运动,半径：,R,mv,qB,周期：,T,2m,qB,二、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的装置,由加速电场、速度选择器、偏转磁场组成,三、回旋加速器：使带电粒子获得高能量的装置,由,D,形盒、高频交变电场等组成,
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