3.6带电粒子在匀强磁场中的运动第2课时课件

1、第2课时,3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动,第三章 磁场,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。,二、质谱仪,二、质谱仪,工作原理,可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子,二、质谱仪,二、质谱仪,由上可得：,测量带电粒子的质量,例 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断（ ）（双选） A、若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大 B、若离子束是同位素，则x

2、越大，离子质量越小 C、只要x相同，则离子质量一定相同 D、只要x相同，则离子的荷质比一定相同,例如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U=800V的加速电场，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B=0.40T的匀强磁场中，最后打到底片D上.测得粒子在磁场中运动的轨道半径为r=5cm。求带电粒子的比荷是多少？,答案：,例 如图所示，a、b、c、d为四个正离子，电量相等，速度大小关系为vavb= vcvd，质量关系为ma= mbmc= md，同时沿图示方向进入粒子速度选择器后，一粒子射向P1板，一粒子射向P2板，其余两粒子通过速度选择器后，进入另一磁场

3、，分别打在A1和A2两点。则射到P1板的是_粒子，射到P2板的是_粒子，打在A1点的是_粒子，打在A2点的是_粒子。,a,d,c,b,三、回旋加速器,要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。产生高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器。,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=Ek,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。,斯坦福大学的加速器,三、回旋加速器,

4、（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。,回旋加速器的核心部分是形金属盒，两形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源(如质子、氘核或 粒子源等)。在两形盒间接上交流电源于是在缝隙里形成一个交变电场。形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于形盒的底面。,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,三、回旋加速器,原理：,V1,V2,V3,V4,V5,V6,V7,运动周期,持续加速的条件：,T回旋= T交变,3.有关回旋加速器的几个特征量：,1）运

5、动周期和频率：,可根据粒子的质量和电量调整磁感应强度和交流电 压的频率使,T回旋= T交变,2）最大速度：,当B、m、q一定时，粒子能获得的最 大速度决定于盒半径。,因为,所以,3）带电粒子的最终能量,当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能：,所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R,与加速电压无关，由半径决定。,回旋加速器,此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.,三、回旋加速器,三、回旋加速器,1、关于回旋加速器，下列说法正确的是（ ） A电场和磁场都是用来加速粒子的 B

6、电场用来加速粒子，磁场仅使粒子做圆周运动 C粒子经加速后具有的最大动能与加速电压值有关 D为了使粒子不断获得加速，粒子圆周运动的周期等于交流电的半周期,2：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是( )（双选） A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动,CD,3、回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心的部分分 别与高频交流电极相连的两个D形金属盒。两盒间的狭中形成的周期性变化的电场，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的匀强磁场中，如图所示。

7、要增大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（ ）（双选）,A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度B C.减少狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径,BD,4、1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示.这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙.下列说法正确的是( )（双选） A.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器 C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量,答案: AD,5、回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，求: (1)质子最初进入D形盒的动能多大? (2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大? (3)交流电源的频率是多少?,6、回旋回速器是用来加速带电粒子使其获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源的两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过窄缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出粒子的电荷量为q，质量为m，粒子的最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示，问: (1)粒子在盒内做何种运动? (2)粒子离开加速器时，速度是多大