质谱仪和回旋加速器 (2)

1、关于质谱仪和回旋加速器 (2)第一页，共14页幻灯片问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况 - B v + + v B 思考：思考：1.1.如图，带点粒子沿磁感线进如图，带点粒子沿磁感线进入磁场（入磁场（vBvB），则它在磁场中），则它在磁场中怎样运动呢？怎样运动呢？2.2.若带点粒子垂直于磁感线进若带点粒子垂直于磁感线进入磁场（入磁场（vBvB），则它在磁场），则它在磁场中怎样运动呢？中怎样运动呢？匀速直线运动匀速直线运动第二页，共14页幻灯片（1 1）当）当v vB B 时时 ，洛伦兹力的方向与速度方向的关系，洛伦兹力的方向与速度方向的关系?

2、?粒子运动的粒子运动的轨轨迹平面迹平面有何特点？有何特点？（2 2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？（3 3）洛伦兹力在粒子运动过程中如何变化？）洛伦兹力在粒子运动过程中如何变化？理论分析：理论分析：o o q qvFB-第三页，共14页幻灯片问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况 - B v + + v B 思考：思考：1.1.如图，带点粒子沿磁感线如图，带点粒子沿磁感线进入磁场（进入磁场（vBvB），则它在），则它在磁场中怎样运动呢？磁场中怎样运动呢？2.2.带点粒子垂直于磁感线

3、进带点粒子垂直于磁感线进入磁场（入磁场（vBvB），则它在磁场），则它在磁场中怎样运动呢？中怎样运动呢？3.3.粒子运动方向与磁场有一夹粒子运动方向与磁场有一夹角，则它在磁场中怎样运动呢角，则它在磁场中怎样运动呢？匀速直线运动匀速直线运动匀速圆周运动匀速圆周运动等距螺旋运动等距螺旋运动第四页，共14页幻灯片一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、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，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。在匀强磁场中做匀速圆周运动。1 1、轨道半径、轨道半径带电粒子只受洛伦兹力，作圆周带电粒子只受洛伦兹力，作圆周运动，洛伦兹

4、力提供向心力：运动，洛伦兹力提供向心力：rvmqvB2qBmvr 解得解得：第五页，共14页幻灯片一、带电粒子在匀强磁场中的运动一、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。磁场中做匀速圆周运动。1 1、轨道半径、轨道半径qBmvr 2 2、运行周期、运行周期qBmvrT22（周期跟轨道半径和运动速（周期跟轨道半径和运动速率均无关）率均无关）第六页，共14页幻灯片1.1.两个相同的粒子两个相同的粒子，速度大小不同，轨迹如速度大小不同，轨迹如图所示。试分析两轨迹图所示。试分析两轨迹对应粒子速度的大

5、小关对应粒子速度的大小关系系2.2.比较它们的周期大小比较它们的周期大小第七页，共14页幻灯片.2s3s1s照相底片照相底片质谱仪的示意图质谱仪的示意图二、质谱仪二、质谱仪利用电场利用电场加速加速利用磁场利用磁场偏转偏转质谱仪是一种分析同质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子位素、测定带电粒子比荷及测定带电粒子比荷及测定带电粒子质量的重要工具。质量的重要工具。第八页，共14页幻灯片212qUmv加速：mqUv2qmUBr21偏转：qBmvr 质谱仪质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计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的，他用质谱仪发现了氖2020和氖和氖2222，证实了，证实了

6、同位素的存在。现在质谱仪已经是一种十分精同位素的存在。现在质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是密的仪器，是测量带电粒子的质量测量带电粒子的质量和和分析同分析同位素位素的重要工具。的重要工具。第九页，共14页幻灯片第十页，共14页幻灯片三、回旋加速器三、回旋加速器1.1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，电粒子的动能增加，qU=qU= E Ek k2.2.直线加速器，多级加速直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图：如图所示是多级加速装置的原理图：3.3.困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。第十一页，共14页幻灯片三、回旋加速器三、回旋加速器 解决上述困难的解决上述困难的一个途径是把加速一个途