带电粒子2好z课件.ppt

三、质谱仪 １、电场和磁场都能对带电粒子施加影响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏转；磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电粒子发生偏转． ２、质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量，轨道半径确定其质量的仪器，叫做质谱仪． ３、质谱仪的构造 ①带电粒子注入器 ②加速电场（U） ③速度选择器（E, B1） ④偏转磁场（B2） ⑤照相底片 4、质谱仪工作原理 　【例1】氢的同位素氕、氘、氚的原子核分别以相同的速率和相等的动量值在匀强磁场中在垂直磁场方向的平面内做匀速圆周运动，试分别确定他们的轨道半径之比 和运动周期之比 ． （1）以相同速率运动时， ，所以 。 　　（2）以相同动量值运动时： 所以 思考： 如何增大带电粒子的速度？  说说你的想法。 一、直线加速器 方案一：利用电场加速 可知电压越高，粒子获得的能量越高，速度越大，但电压不可能无限制地提高（为什么？） U mq - 方案二：多级电场加速 U mq U U - + 一级 二级 三级 P1 P2 P3 P4 P5 P6 - …… n级 U - + - + - + Pn Pn+1 各加速区的两板间采用独立电源 mq - …… 采用一个公用电源 电源极性不能恒定，必须及时地改变电源的极性，可采用高频交变电源且要求电源极性变化必须与粒子运动配合默契，步调一致，即满足同步条件，这是确保加速器正常工作的关键所在． 为了满足同步条件，在筒长不变时，高频交变电源的频率要越来越高，或电源频率不变，圆筒要相应加长． 【例 】N个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排列成一串，如图所示(图中只画出了六个圆筒,作为示意)。各筒和靶相间地连接到频率为υ、最大电压值为U的正弦交流电源的两端。整个装置放在高真空容器中，圆筒的两底面中心开有小孔。现有一电量为q、质量为m的正离子沿轴线射入圆筒，并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速(设圆筒内部没有电场)。缝隙的宽度很小，离子穿过缝隙的时间可以不计。已知离子进入第一个圆筒左端的速度为v1，且此时第一、二两个圆筒间的电势差U1-U2=-U。为使打到靶上的离子获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件?并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量。 分析与解： 为使正离子获得最大能量，要求离子每次穿越缝隙时，前一个圆筒的电势比后一个圆筒的电势高U，这就要求离子穿过每个圆筒的时间都恰好等于交流电的半个周期。由于圆筒内无电场，离子在筒内做匀速运动。设vn 为离子在第n个圆筒内的速度，则有 小结 (1)利用电场加速带电粒子； (2)通过多级加速电场获得高能粒子； (3)将加速电场以外的区域加静电屏蔽； (4)采用高频交变电源提供加速电压； (5)电场交替变化与带电粒子运动必须满足同步条件； 一、直线加速器 d B e θ v 1、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为300。求 : (1) 电子的质量m=? (2) 电子在磁场中的运动时间t=? ?2、如图所示，在半径为R 的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里．一带负电的质量为m电量为q粒子，从A点沿半径AO的方向射入，并从C点射出磁场．∠AOC＝120o．则此粒子在磁场中运行的时间t＝__________． (不计重力)． A B R v v O 120° C 3、如图所示，在直线MN的右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直向里。电子(电量e、质量m)以速度v从MN上的孔A，垂直 于MN方向射入匀强磁场，途 经P点，并最终打在MN上的 C点、已知AP连线与速度方向 的夹角为θ，不计重力。求 （1）A、C之间的距离 （2）从A运动到P点所用的时间。 A N M P v θ * * * * * * * * 带电粒子在匀强磁场中的运动 复习： 1、洛伦兹力产生的条件？ 2、洛伦兹力的大小和方向如何确定？ 3、洛伦兹力有什么特点？ 射入匀强磁场中的带电粒子将做怎样的运动呢？ 思考： 一、带电粒子在匀强磁场中的运动 带电粒子平行射入匀强磁场的运动状态，？ （重力不计） 问题1： 问题2： 带电粒子垂直射入匀强磁场的运动状态？ （重力不计） 匀速直线运动 1、理论推导 （1） 时 ，洛伦兹力的方向与速度方向的关系 （2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？能量呢？ （3）洛伦兹力的如何变化？ （4）从上面的分析，你认为垂直于匀强磁场方向射入的带电粒子，在匀强磁场中的运动状态如何？