質(zhì)譜儀回旋加速器專題課件

1、 處理帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，處理帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，常見的三種關(guān)系：常見的三種關(guān)系： 1 1、偏向角、偏向角 = = 圓心角圓心角 = = 弦切角的弦切角的2 2倍。倍。 2 2、從、從同一邊界射入同一邊界射入的粒子，從的粒子，從同一邊界同一邊界射出射出時(shí)，時(shí)，速度與邊界的夾角相等。速度與邊界的夾角相等。 3 3、在、在圓形磁場(chǎng)區(qū)域圓形磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，沿內(nèi)，沿徑向射入徑向射入的粒子，的粒子，必沿必沿徑向射出徑向射出。（徑向：沿半徑方向）。（徑向：沿半徑方向）二、畫軌跡，找圓心二、畫軌跡，找圓心 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力分析時(shí)，應(yīng)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)受力分析時(shí)，應(yīng)注意重力是

2、否考慮：注意重力是否考慮： 電子、質(zhì)子等一般不計(jì)重力；帶電電子、質(zhì)子等一般不計(jì)重力；帶電小球、塵埃、液滴等帶電物體一般要考小球、塵埃、液滴等帶電物體一般要考慮重力。慮重力。 1 1、如圖所示，在半徑為、如圖所示，在半徑為R R 的圓的范圍內(nèi)，的圓的范圍內(nèi)，有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直圓所在平面向有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直圓所在平面向里一帶負(fù)電的質(zhì)量為里一帶負(fù)電的質(zhì)量為m m電量為電量為q q粒子，從粒子，從A A點(diǎn)沿半徑點(diǎn)沿半徑AOAO的方向射入，并從的方向射入，并從C C點(diǎn)射出磁點(diǎn)射出磁場(chǎng)場(chǎng)AOCAOC120120o o則此粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)行則此粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)行的時(shí)間的時(shí)間t t_( (不計(jì)重力不計(jì)重力)

3、) A AB BR RvvO120120CqBm360odBev2 2、如圖所示，一束電子（電量為、如圖所示，一束電子（電量為e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B、寬度為、寬度為d d的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)的入射方向的穿透磁場(chǎng)時(shí)的速度與電子原來(lái)的入射方向的夾角為夾角為30300 0。求電子的質(zhì)量。求電子的質(zhì)量m moMN 例例4一磁場(chǎng)寬度為一磁場(chǎng)寬度為L(zhǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度，磁感應(yīng)強(qiáng)度為為B，如圖，如圖3612所示，一電荷質(zhì)量為所示，一電荷質(zhì)量為m，帶電荷量為，帶電荷量為q，不計(jì)重力，以一速，不計(jì)重力，以一速度度(方向如圖方向如圖)射入磁

4、場(chǎng)。若不使其從右邊射入磁場(chǎng)。若不使其從右邊界飛出，則電荷的速度應(yīng)為多大？界飛出，則電荷的速度應(yīng)為多大？ 圖圖3612 思路點(diǎn)撥思路點(diǎn)撥電荷不從右邊界飛出的臨界條件是粒子電荷不從右邊界飛出的臨界條件是粒子到達(dá)右邊界時(shí)速度方向恰好與邊界平行。到達(dá)右邊界時(shí)速度方向恰好與邊界平行。 自學(xué)教材自學(xué)教材 1同位素同位素 原子序數(shù)原子序數(shù) 、原子質(zhì)量、原子質(zhì)量 的原子。的原子。 2質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 如圖如圖364所示。所示。 (1)P1P2之間的部分就是一個(gè)之間的部分就是一個(gè) ，粒子要?jiǎng)蛩?，粒子要?jiǎng)蛩偻ㄟ^狹縫應(yīng)有通過狹縫應(yīng)有v 。相同相同不同不同速度選擇器速度選擇器圖圖364勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)2圖圖365

5、是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。 帶電帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度 選擇器。速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng) 磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為分別為B和和E。平板。平板S上有可讓粒上有可讓粒 子通過的狹縫子通過的狹縫P和和記錄粒子位置的膠片記錄粒子位置的膠片A1A2。平板。平板S下方下方 有強(qiáng)度為有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述錯(cuò)誤的是的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述錯(cuò)誤的是 ()圖圖365A質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直

6、紙面向外C能通過狹縫能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于的帶電粒子的速率等于E/BD粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小，粒子的荷質(zhì)比越小D 自學(xué)教材自學(xué)教材 1構(gòu)造構(gòu)造 (1)核心部分：兩個(gè)核心部分：兩個(gè)D形盒，置于巨大磁形盒，置于巨大磁鐵之間的真空容器中，如圖鐵之間的真空容器中，如圖366所示。所示。 (2)粒子源：放于窄縫中心附近。粒子源：放于窄縫中心附近。 (3)磁場(chǎng)：方向垂直于金屬盒底面。磁場(chǎng)：方向垂直于金屬盒底面。 (4)電場(chǎng)：兩盒分別接在周期性變化的電場(chǎng)：兩盒分別接在周期性變化的 的兩極的兩極上，窄縫中形成方向可變的加速電場(chǎng)，方向垂直于窄縫

7、。上，窄縫中形成方向可變的加速電場(chǎng)，方向垂直于窄縫。 圖圖366交變電源交變電源 2工作原理及工作過程工作原理及工作過程 (1)工作原理：利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的工作原理：利用電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速加速作用和磁場(chǎng)對(duì)作用和磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的帶電粒子的 作用，實(shí)現(xiàn)通過多次加速獲得高能量的帶電粒作用，實(shí)現(xiàn)通過多次加速獲得高能量的帶電粒子。子。 (2)工作過程：從位于兩工作過程：從位于兩D形盒的縫隙中央處的粒子源放射形盒的縫隙中央處的粒子源放射出的帶電粒子，經(jīng)兩出的帶電粒子，經(jīng)兩D形盒間的電場(chǎng)形盒間的電場(chǎng) 后，垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)后，垂直磁場(chǎng)方向進(jìn)入某一入某一D形盒內(nèi)，在洛倫茲力的作用下做形盒內(nèi)，在洛倫茲力的作用下

8、做 ，經(jīng)磁，經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)半個(gè)周期后又回到縫隙。此時(shí)縫隙間的電場(chǎng)方向恰好改場(chǎng)偏轉(zhuǎn)半個(gè)周期后又回到縫隙。此時(shí)縫隙間的電場(chǎng)方向恰好改變，帶電粒子在縫隙中再一次被加速，以更大的速度進(jìn)入另一變，帶電粒子在縫隙中再一次被加速，以更大的速度進(jìn)入另一D形盒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)形盒做勻速圓周運(yùn)動(dòng)這樣，帶電粒子不斷地被加速，直這樣，帶電粒子不斷地被加速，直至帶電粒子在至帶電粒子在D形盒沿螺旋軌道逐漸趨于盒的邊緣，達(dá)到預(yù)期形盒沿螺旋軌道逐漸趨于盒的邊緣，達(dá)到預(yù)期的速率后，用特殊裝置把它們引出。的速率后，用特殊裝置把它們引出。偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)加速加速勻速圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng) 重點(diǎn)詮釋重點(diǎn)詮釋 3.(雙選雙選)1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái) 回旋加速器，其原理如圖回旋加速器，其原理如圖367所示。所示。 這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒形盒D1、D2構(gòu)成，構(gòu)成， 其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是其