大學(xué)物理：10-8 帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)

1、 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系10.8 帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng) 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系emFFFqEqvB 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程d(mv )q( EvB )dt 帶電粒子所受合力帶電粒子所受合力帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)二、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8作勻速直線運(yùn)動(dòng)作勻速直線運(yùn)動(dòng)1）0,

2、/00BqFBm洛侖茲力提供向心力，洛侖茲力提供向心力，作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)2）向心FFBm,0qBmR0vqBmRT220vmqBTf21RmBq200vv回旋半徑和回旋頻率回旋半徑和回旋頻率頻率與半頻率與半徑無關(guān)徑無關(guān) 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系回旋加速器原理圖回旋加速器原理圖NSB2D1DON B BB BmqBf2頻率與半徑無關(guān)頻率與半徑無關(guān)mqBR0vmRBqmE22120222kv到到半圓盒半圓盒邊緣時(shí)邊緣時(shí)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物

3、 理理 系系此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量，的能量，為此為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的D型室型室.帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系 我國于我國于1994年建年建成的第一成的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速器子加速器 ，可產(chǎn)生數(shù)可產(chǎn)生數(shù)十種中短十種中短壽命放射壽命放射性同位素性同位素 .帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.

4、8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系vvv/sinvv cosvv/qBmT2qBmRvqBmd2cosvTv/螺距螺距3）角，成任意與B0作作螺旋線運(yùn)動(dòng)。螺旋線運(yùn)動(dòng)。帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系 應(yīng)用應(yīng)用 電子光學(xué)電子光學(xué) , , 電子顯微鏡等電子顯微鏡等 . 磁聚焦磁聚焦 在均勻磁場中某點(diǎn)在均勻磁場中某點(diǎn) A 發(fā)射一束初速相發(fā)射一束初速相差不大的帶電粒子差不大的帶電粒子, ,它們的它們的 與與 之間的夾角之間的夾角 不盡相同不盡相同, ,但都較小但都

5、較小, ,這些粒子沿半徑不同的螺旋線這些粒子沿半徑不同的螺旋線運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), , 因螺距近似相等因螺距近似相等, , 都相交于屏上同一點(diǎn)都相交于屏上同一點(diǎn), , 此此現(xiàn)象稱磁聚焦現(xiàn)象稱磁聚焦 . .0vB帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系 以速度以速度置入一帶電量為置入一帶電量為 q 的粒子，粒子受到電場和磁場的粒子，粒子受到電場和磁場的共同作用。的共同作用。+-E E速度選擇器速度選擇器F Fef fLB B 當(dāng)粒子速度較小時(shí)，電場力大于洛倫茲力，粒子當(dāng)粒子速度較小時(shí)，電場力大于洛倫茲力，粒子

6、向左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。向左偏轉(zhuǎn)被左極板吸收。(1)質(zhì)譜儀的工作原理質(zhì)譜儀的工作原理質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 當(dāng)粒子速度較大時(shí)，電場力小于洛倫茲力，粒子向當(dāng)粒子速度較大時(shí)，電場力小于洛倫茲力，粒子向右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。右偏轉(zhuǎn)被右極板吸收。 當(dāng)粒子速度滿足電場力等于洛倫茲力時(shí)，當(dāng)粒子速度滿足電場力等于洛倫茲力時(shí)，,LefF , qvBqE BEv 粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)穿過狹縫進(jìn)入下方磁場粒子豎直向下運(yùn)動(dòng)穿過狹縫進(jìn)入下方磁場B B；v通過調(diào)整通過調(diào)整E E 和和 可選擇可選擇粒子速度。粒子速度。B帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用

7、 物物 理理 系系RB B+-v vE E速度選擇器速度選擇器F Fef fLB BqBBmEqBmvR 在在 B B中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為：中作圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為：RBBERBvmq 離子荷質(zhì)比離子荷質(zhì)比帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系(2)同位素同位素 有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，但中子數(shù)不同的元素。有相同的質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)，但中子數(shù)不同的元素。它們的化學(xué)性質(zhì)相同，無法用化學(xué)的方向?qū)⑺鼈兎蛛x它們的化學(xué)性質(zhì)相同，無法用化學(xué)的方向?qū)⑺鼈兎蛛x開。開。由由 知知:qBmR 質(zhì)量大的同位素粒子，軌道半徑質(zhì)量大的同位素粒子，軌道半徑大，質(zhì)量小的同位素粒子，軌道大，質(zhì)量小的同位素粒子，軌道半徑小。不同質(zhì)量的粒子在膠片半徑小。不同質(zhì)量的粒子在膠片屏上留下不同的質(zhì)譜線。屏上留下不同的質(zhì)譜線。根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出同根據(jù)質(zhì)譜線的位置，可推出同位素的質(zhì)量。位素的質(zhì)量。7072 73 74 76鍺的質(zhì)譜鍺的質(zhì)譜帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)帶電粒子在電場或磁場中的運(yùn)動(dòng)10.810.8 南南 京京 理理 工工 大大 學(xué)學(xué) 應(yīng)應(yīng) 用用 物物 理理 系系帶電粒