2023學(xué)年完整公開課版實(shí)際應(yīng)用

3.6帶電粒子在磁場中運(yùn)動的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)譜儀、回旋加速器前面我們學(xué)習(xí)了帶電粒子在有界磁場中的運(yùn)動主要有:a.直線邊界磁場（進(jìn)出磁場具有對稱性）b.平行邊界磁場（幾個角度問題:速度偏向角，圓心角，弦切角）c.圓形邊界磁場（特殊情況：沿半徑方向射入，一定沿半徑方向射出）今天我們來學(xué)習(xí)質(zhì)譜儀與回旋加速器，首先請大家觀察下列圖片并思考問題問題1：不同帶電粒子的徑跡半徑為什么不一樣？粒子的質(zhì)量、速度、帶電多少不一樣，造成徑跡半徑不一樣問題2:同一條徑跡上為什么半徑會越來越小有些帶電粒子在運(yùn)動過程中能量降低（比如受到阻力），所以半徑就減小，徑跡呈螺旋形

一、質(zhì)譜儀1.結(jié)構(gòu)：加速電場，偏轉(zhuǎn)磁場，照相底片等構(gòu)成2.原理：加速電場：使帶電粒子加速V=偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)：使帶電粒子軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并被拍照偏轉(zhuǎn)半徑R=mv/qB=這樣的儀器叫質(zhì)譜儀，從粒子打在底片上的位置可以測出圓周的半徑R,進(jìn)而可以算出粒子的比荷或質(zhì)量最初設(shè)計(jì)者:阿斯頓，他用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖20和氖22，證實(shí)了同位素的存在現(xiàn)在質(zhì)譜儀是一種精密儀器，是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具背景材料問題：要認(rèn)識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”，才能把它打開，那么怎樣才能產(chǎn)生這些高能炮彈呢？產(chǎn)生高能“炮彈”的“工廠”各種各樣的粒子加速器

直線加速器

粒子加速器的種類

回旋加速器二、直線加速器（多級加速器）1.加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，qU=Ek．如圖所示是多級加速裝置的原理圖：2.由動能定理得帶電粒子經(jīng)n極的電場加速后增加的動能為：3.直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制．問題：有沒有辦法讓帶電粒子在加速后又轉(zhuǎn)回來被第二次加速，如此反復(fù)“轉(zhuǎn)圈圈”式地被加速，這樣加速器裝置所占的空間不是會大大縮小嗎？三、回旋加速器1.結(jié)構(gòu)如下圖所示，回旋加速器主要由以下幾部分組成：①粒子源；②兩個D形盒；③勻強(qiáng)磁場；④高頻電源；⑤粒子引出裝置；⑥真空容器2.原理：a.兩D形盒中有勻強(qiáng)磁場無電場，盒間縫隙有交變電場b.交變電場的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動的周期，均與粒子的速度、半徑無關(guān)c.帶電粒子的最終能量：可知，增強(qiáng)B和增大R可提高加