磁场仪器.ppt

与磁场有关的仪器 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 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 质谱仪的两种装置 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 可得 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 qE qvB1 可得 均可测定荷质比 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 二 加速器 直线加速器 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 二 加速器 直线加速器 直线加速器 粒子在每个加速电场中的运动时间相等 因为交变电压的变化周期相同 直线加速器 利用加速电场对带电粒子做正功 使带电的粒子动能增加 即qU Ek 直线加速器的多级加速 教材图3 6 5所示的是多级加速装置的原理图 由动能定理可知 带电粒子经n级的电场加速后增加的动能 Ek q U1 U2 U3 U4 Un 直线加速器占有的空间范围大 在有限的空间内制造直线加速器受到一定的限制 加速原理 回旋加速器 回旋加速器 回旋加速器 1 作用 产生高速运动的粒子 2 原理 用磁场控制轨道 用电场进行加速 回旋加速器 回旋加速器 交变 回旋加速器 交变电压的周期TE 粒子在磁场中运动的周期TB 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 回旋加速器 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 回旋加速器 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 问题归纳 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半径决定 问题归纳 周期与速度和轨道半径无关 带电粒子做匀速圆周运动的周期公式 带电粒子的周期在q m B不变的情况下与速度和轨道半径无关 因此运动一周的时间 周期 仍将保持原值 最终能量 粒子运动半径最大为D形盒的半径R 带电粒子经加速后的最终能量 所以最终能量为 讨论 要提高带电粒子的最终能量 应采取什么措施 回旋加速器加速的带电粒子 能量达到25MeV 30MeV后 就很难再加速了 在磁场中做圆周运动 周期不变每一个周期加速两次电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同电场一个周期中方向变化两次粒子加速的最大速度由盒的半径决定电场加速过程中 时间极短 可忽略 结论 关于回旋加速器的工作原理 下列说法正确的是 A 06年广东东莞中学高考模拟试题8 8 回旋加速器是加速带电粒子的装置 其核心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个D形金属盒 两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场 使粒子在通过狭缝时都能得到加速 两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中 如图所示 设匀强磁场的磁感应强度为B D形金属盒的半径为R 狭缝间的距离为d 匀强电场间的加速电压为U 要增大带电粒子 电荷量为q质量为m 不计重力 射出时的动能 则下列方法中正确的是 A 增大匀强电场间的加速电压B 减小狭缝间的距离C 增大磁场的磁感应强度D 增大D形金属盒的半径 解 CD 四 霍尔效应 1879年霍耳发现 把一载流导体放在磁场中 如果磁场方向与电流方向垂直 则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差 这一现象称之为霍耳现象 四 霍尔效应 如图 导电板高度为b厚度为d放在垂直于它的磁场B中 当有电流I通过它时 由于磁场使导体内移动的电荷发生偏转 结果在A A 两侧分别聚集了正 负电荷 在导电板的A A 两侧会产生一个电势差U 设导电板内运动电荷的平均定向速率为u 它们在磁场中受到的洛仑兹力为 当导电板的A A 两侧产生电势差后 运动电荷会受到电场力 导电板内电流的微观表达式为 由以上各式解得 其中叫霍尔系数 例12 霍尔效应可解释如下 外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧 在导体板的另一侧会出现多余的正电荷 从而形成横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力 当静电子与洛仑兹力达到平衡时 导体上下两侧之间就会形成稳定的电势差 设电流I是由电子的定向流动形成的 电子的平均定向速度为v 电量为e 回答下列问题 1 达到稳定状态时 导体板上侧面A的电势 下侧面的电势 填高于 低于或等于 2 电子所受洛仑兹力的大小为 3 当导体板上下两侧之间的电势差为U时 电子所受静电力的大小为 4