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课件网) 第4节 质谱仪与回旋加速器 在科学研究和工业生产中，常需要将不同的带电粒子分开，以便知道其中所含物质的成分，我们已经学习了带电粒子在电场和磁场中的受力情况与运动情况，那么，能不能设计一种装置将不同的带电粒子分开呢 例题：一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1 飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上 （1）求粒子进入磁场时的速率。 （2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。 先看例题 可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子 这就是质谱仪的工作原理 解：(1)带电粒子在S1和S2之间运动， 电场力做功获得动能 一、质谱仪原理分析 1、质谱仪：是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具。 2、工作原理：将质量不等、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速再垂直进入同一匀强磁场,由于粒子质量不同,引起轨迹半径不同而分开，进而分析某元素中所含同位素的种类。 质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素是存在。 ⑴带电粒子质量m,电荷量q,由电压U加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场,设轨道半径为r,则有： ⑵带电粒子质量m,电荷量q,以速度v穿过速度选择器(电场强度E，磁感应强度B1),垂直进入磁感应强度为B2的匀强磁场.设轨道半径为r,则有： 加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加。 二、粒子加速器 直线加速器 要了解原子核的内部情况，需要用高速粒子轰击原子核将其打开，这就需要用加速器对粒子进行加速。 如图所示是多级加速装置的原理图： 多级直线加速器 据 ，要获得速度足够快的粒子,必须有足够高的电压,但产生过高的电压在技术上很困难,于是,人们采用多级加速的方法. 多级直线加速器有什么缺点？ 1932年,美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器， 从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步。为此，劳伦斯荣获了1939年诺贝尔物理学奖。 回旋加速器 回旋加速器 问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗 问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。 交变 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB 回旋加速器 问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。 根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？ D v=？ U B 回旋加速器 问题4：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，求：从出口射出时，粒子的速度v= 解：当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=D形盒的半径 D v=？ U B 回旋加速器 问题5： 已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，求: (1)从出口射出时，粒子的动能Ek= (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施 回旋加速器 问题6：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢 不能！按照狭义相对论，粒子的质量随速度增大而增大， 而质量的变化会导致周期的变化，从而破坏了电场变化周期的同步。 实际上，回旋加速器加速的带电粒子，能量达到25~30MeV后，就很难再加速了 美国费米实验室加速器 2.交变电场的周期和粒子的运动周期T相同--保证粒子每次经过交变电场时都被加速 1. 粒子在匀强磁场中的运动周期不变 回旋加速器知识总结： 3.带电粒子每经电场加速一次,回旋半径就增大一次,每次增加的动能为 4.粒子加速的最大速度由盒的直径决定 5.粒子获得的最大动能 １.关于 ... ...
