1、质谱仪与回旋加速器4第一章 安培力与洛伦兹力人教物理选择性必修22.结构：如图所示一 质谱仪1.应用：测量带电粒子质量和分析同位素。3.原理加速电场U1：速度选择器E,B：mqUvmvqU121221mqUBEv121220122UrqBmqBmqUmqBmvr 偏转磁场B0：不同粒子偏转半径不同m不同，r 就不同 加速器是对物理粒子进行加速，从而对其他粒子实加速器是对物理粒子进行加速，从而对其他粒子实现高速撞击后借以研究物质内部结构的设备现高速撞击后借以研究物质内部结构的设备. . 因为直线加速的长度可能导致加速器长度太大无法因为直线加速的长度可能导致加速器长度太大无法建造，所以出现了回旋加
2、速器，也就是把一个直的轨道建造，所以出现了回旋加速器，也就是把一个直的轨道弯曲起来。弯曲起来。1.应用：使带电粒子动能增加，从而获得高能粒子2.结构：两个D形金属盒，如图所示二 回旋加速器1） E：使粒子加速2） B：使粒子偏转，速率不变3.原理接高频电源接高频电源v0v4v1v5v3v2回旋加速器原理回旋加速器原理粒子源粒子源交变交变电场电场磁场磁场电场电场4） 粒子最大动能：离开半径与金属盒半径相同qBmvRRmvBqvmmm 2mRBqmvEmkm2212222 粒子q、m及B一定，粒子获得的最大动能与回旋加速器的半径R有关，R越大，Ek越大。3） 加速条件：qBmTT2回旋回旋电场电场
3、6） 粒子加速次数7） 粒子运动的总时间tUqEnkm电场：t1磁场：qBmnTnt ）（1-1- 22因为t2t1，所以认为t t2.5）回旋加速器不可无限加速。qBmT 2粒子速度v接近光速c时，质量变大，磁场中运动周期改变，与交变电场周期不同步.改进：课堂小结一 质谱仪二 回旋加速器1）应用2）结构：主要部分：速度选择器3）原理：质量不同偏转半径不同 E：加速 B：偏转1）应用2）结构：D形金属盒，加电场和磁场3）原理：1.判断(1)因不同原子核的质量不同，所以同位素在质谱仪中的轨迹半径不同。()(2)利用质谱仪可以用来测算粒子的比荷。()(3)相比于多级直线加速器，回旋加速器的优点是占
4、用空间小。()(4)随着粒子速度的增加，回旋加速器两盒间电势差的正负改变应该越来越快，以便使粒子经过盒缝处刚好被加速。()2.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比值约为()DA11 B12 C121 D1442.回旋加速器的工作原理如图1所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被
5、加速粒子的质量为m、电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图2所示，电压值的大小为U0，周期T 。一束该种粒子在t0时刻从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用。求：qBm 2解:(1)粒子在磁场中的运动半径为R时， ，且 ，解得 RvmBqvmm2 221mmmvE mRBqEm2222 (1)出射粒子的动能Em；(2)设粒子被加速n次达到动能Em则EmnqU0，解得0222mURqBn 粒子在狭缝间的运动可等效成匀加速直线运动，设n次经过狭缝的总时间为t根据匀变速直线运动的规律有解得由解得则加速度mdqUa0 221tand 0UBRdt tTnt 210qBmUBRdBRt 02022感谢观看感谢观看
