磁場儀器課件

與磁場有關(guān)的儀器一、質(zhì)譜儀原理分析1、質(zhì)譜儀:是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具2、工作原理將質(zhì)量不等、電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場加速再垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，由于粒子質(zhì)量不同，引起軌跡半徑不同而分開，進(jìn)而分析某元素中所含同位素的種類可見半徑不同意味著比荷不同，意味著它們是不同的粒子這就是質(zhì)譜儀的工作原理質(zhì)譜儀的兩種裝置⑴帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,由電壓U加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場,設(shè)軌道半徑為r,則有：NUOMB可得⑵帶電粒子質(zhì)量m,電荷量q,以速度v穿過速度選擇器(電場強(qiáng)度E，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1),垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場.設(shè)軌道半徑為r,則有：MB2EB1NqE=qvB1可得：均可測定荷質(zhì)比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(dòng)能增加。二.加速器直線加速器+U+++2．直線加速器（多級加速）如圖所示是多級加速裝置的原理圖：二.加速器直線加速器～直線加速器粒子在每個(gè)加速電場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等，因?yàn)榻蛔冸妷旱淖兓芷谙嗤本€加速器利用加速電場對帶電粒子做正功,使帶電的粒子動(dòng)能增加，即qU=ΔEk②直線加速器的多級加速：教材圖3.6-5所示的是多級加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級的電場加速后增加的動(dòng)能，ΔEk=q（U1+U2+U3+U4+…Un）③直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。P1圖3.6-5多級加速器P2P3P4P5P6一級二級三級n級…①加速原理：回旋加速器回旋加速器回旋加速器1、作用：產(chǎn)生高速運(yùn)動(dòng)的粒子2、原理用磁場控制軌道、用電場進(jìn)行加速+-+-~回旋加速器回旋加速器交變回旋加速器交變電壓的周期TE=粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期TBDv=？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形盒的半徑回旋加速器Dv=？UB回旋加速器問題6：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?回旋加速器2.交變電場的周期和粒子的運(yùn)動(dòng)周期T相同----保證粒子每次經(jīng)過交變電場時(shí)都被加速1.粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)周期不變

回旋加速器問題歸納3.帶電粒子每經(jīng)電場加速一次,回旋半徑就增大一次,每次增加的動(dòng)能為4.粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定問題歸納周期與速度和軌道半徑無關(guān)帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式,帶電粒子的周期在q、m、B不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)。因而圓運(yùn)動(dòng)周長也將與v成正比例地增大，如果其他因素(q、m、B)不變,則當(dāng)速率v加大時(shí),得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與v成正比例地增大,由因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間（周期）仍將保持原值。最終能量粒子運(yùn)動(dòng)半徑最大為D形盒的半徑R帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：由有所以最終能量為討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？回旋加速器加速的帶電粒子,能量達(dá)到25MeV～30MeV后，就很難再加速了。在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng),周期不變每一個(gè)周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)周期相同電場一個(gè)周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場加速過程中,時(shí)間極短,可忽略結(jié)論１.關(guān)于回旋加速器的工作原理，下列說法正確的是：A、電場用來加速帶電粒子，磁場則使帶電粒子回旋B、電場和磁場同時(shí)用來加速帶電粒子C、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由加速電壓決定D、同一加速器，對某種確定的粒子，它獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B決定和加速電壓決定(A)06年廣東東莞中學(xué)高考模擬試題88．回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強(qiáng)電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速．兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，設(shè)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形金屬盒的半徑為R，狹縫間的距離為d，勻強(qiáng)電場間的加速電壓為U，要增大帶電粒子（電荷量為q質(zhì)量為m，不計(jì)重力）射出時(shí)的動(dòng)能，則下列方法中正確的是：()A．增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓B．減小狹縫間的距離 C．增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度D．增大D形金屬盒的半徑dRBU解：CD四、霍爾效應(yīng)1879年霍耳發(fā)現(xiàn)，把一載流導(dǎo)體放在磁場中，如果磁場方向與電流方向垂直，則在與磁場和電流二者垂直的方向上出現(xiàn)橫向電勢差，這一現(xiàn)象稱之為霍耳現(xiàn)象。四、霍爾效應(yīng)如圖，導(dǎo)電板高度為b厚度為d放在垂直于它的磁場B中。當(dāng)有電流I通過它時(shí)，由于磁場使導(dǎo)體內(nèi)移動(dòng)的電荷發(fā)生偏轉(zhuǎn)，結(jié)果在A、A’兩側(cè)分別聚集了正、負(fù)電荷，在導(dǎo)電板的A、A’兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢差U。設(shè)導(dǎo)電板內(nèi)運(yùn)動(dòng)電荷的平均定向速率為u，它們在磁場中受到的洛侖茲力為：當(dāng)導(dǎo)電板的A、A’兩側(cè)產(chǎn)生電勢差后，運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)受到電場力：導(dǎo)電板內(nèi)電流的微觀表達(dá)式為：由以上各式解得：其中叫霍爾系數(shù)

例12、霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場的洛侖茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場對電子施加與洛侖茲力方向相反的靜電力。當(dāng)靜電子與洛侖茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢差。設(shè)電流I是由電子的定向流動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e?；卮鹣铝袉栴}：（1）達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢_____下側(cè)面的電勢（填高于、低于或等于）。（2）電子所受洛侖茲力的大小為______。（3）當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時(shí)，電子所