質(zhì)譜儀和回旋加速器 (2)

1、關(guān)于質(zhì)譜儀和回旋加速器 (2)第一頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片問題討論一：帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況問題討論一：帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況 - B v + + v B 思考：思考：1.1.如圖，帶點(diǎn)粒子沿磁感線進(jìn)如圖，帶點(diǎn)粒子沿磁感線進(jìn)入磁場(chǎng)（入磁場(chǎng)（vBvB），則它在磁場(chǎng)中），則它在磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？怎樣運(yùn)動(dòng)呢？2.2.若帶點(diǎn)粒子垂直于磁感線進(jìn)若帶點(diǎn)粒子垂直于磁感線進(jìn)入磁場(chǎng)（入磁場(chǎng)（vBvB），則它在磁場(chǎng)），則它在磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)第二頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片（1 1）當(dāng)）當(dāng)v vB B 時(shí)時(shí) ，洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系，洛倫茲力的方向與速度方向的關(guān)系?

2、?粒子運(yùn)動(dòng)的粒子運(yùn)動(dòng)的軌軌跡平面跡平面有何特點(diǎn)？有何特點(diǎn)？（2 2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？（3 3）洛倫茲力在粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如何變化？）洛倫茲力在粒子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如何變化？理論分析：理論分析：o o q qvFB-第三頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片問題討論一：帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況問題討論一：帶點(diǎn)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況 - B v + + v B 思考：思考：1.1.如圖，帶點(diǎn)粒子沿磁感線如圖，帶點(diǎn)粒子沿磁感線進(jìn)入磁場(chǎng)（進(jìn)入磁場(chǎng)（vBvB），則它在），則它在磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？2.2.帶點(diǎn)粒子垂直于磁感線

3、進(jìn)帶點(diǎn)粒子垂直于磁感線進(jìn)入磁場(chǎng)（入磁場(chǎng)（vBvB），則它在磁場(chǎng)），則它在磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？3.3.粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)有一夾粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)有一夾角，則它在磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢角，則它在磁場(chǎng)中怎樣運(yùn)動(dòng)呢？勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速直線運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)等距螺旋運(yùn)動(dòng)等距螺旋運(yùn)動(dòng)第四頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。1 1、軌道半徑、軌道半徑帶電粒子只受洛倫茲力，作圓周帶電粒子只受洛倫茲力，作圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲

4、力提供向心力：運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力：rvmqvB2qBmvr 解得解得：第五頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)一、帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)沿著與磁場(chǎng)垂直的方向射入磁場(chǎng)的帶電粒子，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。1 1、軌道半徑、軌道半徑qBmvr 2 2、運(yùn)行周期、運(yùn)行周期qBmvrT22（周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速（周期跟軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速率均無(wú)關(guān)）率均無(wú)關(guān)）第六頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片1.1.兩個(gè)相同的粒子兩個(gè)相同的粒子，速度大小不同，軌跡如速度大小不同，軌跡如圖所示。試分析兩軌跡圖所示。試分析兩軌跡對(duì)應(yīng)粒子速度的大

5、小關(guān)對(duì)應(yīng)粒子速度的大小關(guān)系系2.2.比較它們的周期大小比較它們的周期大小第七頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片.2s3s1s照相底片照相底片質(zhì)譜儀的示意圖質(zhì)譜儀的示意圖二、質(zhì)譜儀二、質(zhì)譜儀利用電場(chǎng)利用電場(chǎng)加速加速利用磁場(chǎng)利用磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)質(zhì)譜儀是一種分析同質(zhì)譜儀是一種分析同位素、測(cè)定帶電粒子位素、測(cè)定帶電粒子比荷及測(cè)定帶電粒子比荷及測(cè)定帶電粒子質(zhì)量的重要工具。質(zhì)量的重要工具。第八頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片212qUmv加速：mqUv2qmUBr21偏轉(zhuǎn)：qBmvr 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì)的，他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖的，他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖2020和氖和氖2222，證實(shí)了，證實(shí)了

6、同位素的存在。現(xiàn)在質(zhì)譜儀已經(jīng)是一種十分精同位素的存在?，F(xiàn)在質(zhì)譜儀已經(jīng)是一種十分精密的儀器，是密的儀器，是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和和分析同分析同位素位素的重要工具。的重要工具。第九頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片第十頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片三、回旋加速器三、回旋加速器1.1.加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加，電粒子的動(dòng)能增加，qU=qU= E Ek k2.2.直線加速器，多級(jí)加速直線加速器，多級(jí)加速 如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：如圖所示是多級(jí)加速裝置的原理圖：3.3.困難：技術(shù)上不能產(chǎn)生過(guò)高電壓；加速設(shè)備長(zhǎng)。困難：技術(shù)上不能產(chǎn)生過(guò)高電壓；加速設(shè)備長(zhǎng)。第十一頁(yè)，共14頁(yè)幻燈片三、回旋加速器三、回旋加速器 解決上述困難的解決上述困難的一個(gè)途徑是把加速一個(gè)途