帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)質(zhì)譜儀第課時(shí)

1、第三章 磁場(chǎng)3.6 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)1二、質(zhì)譜儀2三、加速器問題1：用什么方法可以加速帶電粒子? 3三、加速器問題1：用什么方法可以加速帶電粒子? 利用加速電場(chǎng)可以加速帶電粒子4三、加速器問題1：用什么方法可以加速帶電粒子? +U+利用加速電場(chǎng)可以加速帶電粒子5問題2：要使一個(gè)帶正電粒子獲得更大的速度(能量)? 6問題2：要使一個(gè)帶正電粒子獲得更大的速度(能量)? 7問題2：要使一個(gè)帶正電粒子獲得更大的速度(能量)? 8問題2：要使一個(gè)帶正電粒子獲得更大的速度(能量)? 勻速9問題2：要使一個(gè)帶正電粒子獲得更大的速度(能量)? 加速勻速1011直線加速器12直線加速器筒間加速13直線

2、加速器筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽14直線加速器多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽15直線加速器多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽利用電場(chǎng)加速帶電粒子；16直線加速器多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽利用電場(chǎng)加速帶電粒子；通過多級(jí)加速獲得高能粒子；17直線加速器多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽利用電場(chǎng)加速帶電粒子；通過多級(jí)加速獲得高能粒子；將加速電場(chǎng)以外的區(qū)域靜電屏蔽；18直線加速器多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽利用電場(chǎng)加速帶電粒子；通過多級(jí)加速獲得高能粒子；將加速電場(chǎng)以外的區(qū)域靜電屏蔽；采用交變電源提供加速電壓；19直線加速

3、器多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：筒間加速筒內(nèi)靜電屏蔽利用電場(chǎng)加速帶電粒子；通過多級(jí)加速獲得高能粒子；將加速電場(chǎng)以外的區(qū)域靜電屏蔽；采用交變電源提供加速電壓；電場(chǎng)交替變化與帶電粒子運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足同步條件20斯坦福大學(xué)的加速器21三、回旋加速器2223三、回旋加速器242.原理25?26交變27交變28交變29交變交變電壓的周期TE = 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期TB30Dv=？UB31Dv=？UB解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的半徑32Dv=？UB解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的半徑33Dv=？UB解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的半徑34D

4、v=？UB35Dv=？UB36Dv=？UB37Dv=？UB38Dv=？UB39問題7：D越大，EK越大，是不是只要D不斷增大， EK 就可以無限制增大呢?40美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室加速器411. 粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期不變 三、回旋加速器 小結(jié)421. 粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期不變 三、回旋加速器 小結(jié)432.交變電場(chǎng)的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期T相同-保證粒子每次經(jīng)過交變電場(chǎng)時(shí)都被加速1. 粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)周期不變 三、回旋加速器 小結(jié)443.帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為453.帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為463.帶電粒子每經(jīng)

5、電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為各次半徑之比為473.帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為各次半徑之比為4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定483.帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為各次半徑之比為4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定49速度選擇器+BEv=E/BvE/BFfFf當(dāng)Ff時(shí)，EqBqv即：vE/B時(shí)，粒子作曲線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)F=f時(shí)，Eq=Bqv即：v=E/B時(shí)，粒子作勻速直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)Ff時(shí)，EqE/B時(shí)，粒子作曲線運(yùn)動(dòng)。vE/B50例：如圖所示是質(zhì)譜儀的示意圖。已知速度選擇器中的磁場(chǎng)B1=0.40T，電場(chǎng)E=1.0

6、0105N/C；偏轉(zhuǎn)分離器中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2=0.50T?，F(xiàn)有帶一個(gè)基元電荷電量的兩種銅離子，在感光底片上得到兩個(gè)感光點(diǎn)A1、A2，測(cè)得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求兩種銅離子的質(zhì)量數(shù)。（已知e=1.6010-19C，mp=1.6710-27kg）51磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化成電能。其原理是將等離子體（高溫下產(chǎn)生的等量的正、負(fù)離子的氣體）以某一速度v0射入磁場(chǎng)中，正負(fù)離子向不同的極板偏轉(zhuǎn)，從而使兩極板帶上等量異號(hào)電荷。當(dāng)兩板間電壓達(dá)到某一值時(shí)，電荷不再偏轉(zhuǎn)。此電壓值即等于此磁流體發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)。設(shè)噴射等離子體的速度為v0，勻強(qiáng)磁場(chǎng)為B，兩極

7、板間距離為d，兩極板長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為a，等離子體的電阻率為 求：（1）該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)。（2）若在兩極板間接入電阻R，求極板間的電壓。52d原理B正電荷53LRE, rBdII54例：如圖9-31所示為一電磁流量計(jì)的示意圖，截面為正方形的非磁性管，其邊長(zhǎng)為d，內(nèi)有導(dǎo)電液體流動(dòng)，在垂直液體流動(dòng)方向加一指向紙里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B?，F(xiàn)測(cè)得液體a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為 U（ a、b為流量計(jì)上下表面的兩點(diǎn)），求管內(nèi)導(dǎo)電液體的流量Q。 ab液體圖9-31+_導(dǎo)電液體BE+_+_Uab55醫(yī)生做某些特殊手術(shù)時(shí)，利用電磁血流計(jì)來監(jiān)測(cè)通過動(dòng)脈的血流速度。電磁血流計(jì)由一對(duì)電極a和b以及磁極N和S構(gòu)成，磁極間的磁場(chǎng)是均勻的。使用時(shí)，兩電極a、b均與血管壁接觸，兩觸點(diǎn)的連線、磁場(chǎng)方向和血流速度方向兩兩垂直，如圖所示。由于血液中的正負(fù)離子隨血流一起在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，電極a、b之間會(huì)有微小電勢(shì)差。在達(dá)到平衡時(shí)，血管內(nèi)部的電場(chǎng)可看作是勻強(qiáng)電場(chǎng)，血液中的離子所受的電場(chǎng)力和磁場(chǎng)力的合力為零。在某次監(jiān)測(cè)中，兩觸點(diǎn)的距離為3.0mm，血管壁的厚度可忽略，兩觸點(diǎn)間的電勢(shì)差為