质谱仪和回旋加速器教学内容.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.6,带电粒子在匀强磁场中的运动,问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况,-,B,v,+,v,B,思考：,1.,如图，带点粒子沿磁感线进入磁场（,vB,），则它在磁场中怎样运动呢？,2.,若带点粒子垂直于磁感线进入磁场（,vB,），则它在磁场中怎样运动呢？,匀速直线运动,（,1,）当,v,B,时，洛伦兹力的方向与速度方向的关系,?,粒子运动的,轨迹平面,有何特点？,（,2,）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？,（,3,）洛伦兹力在粒子运动过程中如何变化？,理论分析：,o,q,-,问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况,-,B,v,+,v,B,思考：,1.,如图，带点粒子沿磁感线进入磁场（,vB,），则它在磁场中怎样运动呢？,2.,带点粒子垂直于磁感线进入磁场（,vB,），则它在磁场中怎样运动呢？,3.,粒子运动方向与磁场有一夹,角，则它在磁场中怎样运动呢？,匀速直线运动,匀速圆周运动,等距螺旋运动,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,1,、轨道半径,带电粒子只受洛伦兹力，作圆周运动，洛伦兹力提供向心力：,解得：,一、带电粒子在匀强磁场中的运动,沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在匀强磁场中做匀速圆周运动。,1,、轨道半径,2,、运行周期,（周期跟轨道半径和运动速率均无关）,1.,两个相同的粒子,，速度大小不同，轨迹如图所示。试分析两轨迹对应粒子速度的大小关系,2.,比较它们的周期大小,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,照相底片,质谱仪的示意图,二、质谱仪,利用电场加速,利用磁场偏转,质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子比荷及测定带电粒子质量的重要工具。,偏,转,：,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,，证实了同位素的存在。现在质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是,测量带电粒子的质量,和,分析同位素,的重要工具。,三、回旋加速器,1.,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，,qU=,E,k,2.,直线加速器，多级加速,如图所示是多级加速装置的原理图：,（一）直线加速器,3.,困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。,三、回旋加速器,（一）直线加速器,（二）回旋加速器,解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来”，用磁场控制轨迹，用电场进行加速。,三、回旋加速器,原理：,电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。,回旋周期：,，与半径、速度的大小无关。,离盒时粒子的最大动能：,与加速电压无关，由半径决定。,