质谱仪回旋加速器专题课件

处理带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，常见处理带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，常见的三种关系：的三种关系：1、偏向角、偏向角 =圆心角圆心角 =弦切角的弦切角的2倍。倍。2、从、从同一边界射入同一边界射入的粒子，从的粒子，从同一边界射出同一边界射出时，时，速度与边界的夹角相等。速度与边界的夹角相等。3、在、在圆形磁场区域圆形磁场区域内，沿内，沿径向射入径向射入的粒子，必的粒子，必沿沿径向射出径向射出。（径向：沿半径方向）。（径向：沿半径方向）处理带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，常见1二、画轨迹，找圆心二、画轨迹，找圆心二、画轨迹，找圆心2 带电粒子在磁粒子在磁场中运中运动受力分析受力分析时，应注意重力是否考注意重力是否考虑：电子、子、质子等一般不子等一般不计重力；重力；带电小球、小球、尘埃、液滴等埃、液滴等带电物体一般要考物体一般要考虑重力。重力。带电粒子在磁场中运动受力分析时，应注意重力是31 1、如如图图所所示示，在在半半径径为为R R 的的圆圆的的范范围围内内，有有匀匀强强磁磁场场，方方向向垂垂直直圆圆所所在在平平面面向向里里一一带带负负电电的的质质量量为为m m电电量量为为q q粒粒子子，从从A A点点沿沿半半径径AOAO的的方方向向射射入入，并并从从C C点点射射出出磁磁场场AOCAOC120120o o则此粒子在磁场中运行则此粒子在磁场中运行的时间的时间t t_(不计重力不计重力)ABRvvO120120C60o1、如图所示，在半径为R的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂4dBev2 2、如图所示，一束电子（电量为、如图所示，一束电子（电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为夹角为30300 0。求电子的质量。求电子的质量m moMNdBev2、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V垂直射入5 例例4一磁一磁场宽度度为L，磁感，磁感应强强度度为B，如，如图3612所示，一所示，一电荷荷质量量为m，带电荷量荷量为q，不，不计重力，以一速重力，以一速度度(方向如方向如图)射入磁射入磁场。若不使其从右。若不使其从右边界界飞出，出，则电荷的速度荷的速度应为多大？多大？图3612例4一磁场宽度为L，磁感应强度图366 思路点思路点拨电荷不从右荷不从右边界界飞出的出的临界条件是粒子界条件是粒子到达右到达右边界界时速度方向恰好与速度方向恰好与边界平行。界平行。思路点拨电荷不从右边界飞出的临界条件是7 自学教材自学教材 1同位素同位素 原子序数原子序数 、原子、原子质量量 的原子。的原子。2质谱仪 如如图364所示。所示。(1)P1P2之之间的部分就是一个的部分就是一个 ，粒子要匀速，粒子要匀速通通过狭狭缝应有有v 。相同相同不同不同速度速度选择器器图364自学教材1同位素相同不同速度选择器图38匀速圆周运动匀速圆周运动匀速圆周运动92图365是是质谱仪的工作原理示意的工作原理示意图。带电粒子被加速粒子被加速电场加速后，加速后，进入速度入速度 选择器。速度器。速度选择器内相互正交的匀器内相互正交的匀强强 磁磁场和匀和匀强强电场的的强强度度分分别为B和和E。平板。平板S上有可上有可让粒粒 子通子通过的狭的狭缝P和和记录粒子位置的胶片粒子位置的胶片A1A2。平板。平板S下方下方 有有强强度度为B0的匀的匀强强磁磁场。下列表述。下列表述错误的是的是 ()图365A质谱仪是分析同位素的重要工具是分析同位素的重要工具B速度速度选择器中的磁器中的磁场方向垂直方向垂直纸面向外面向外C能通能通过狭狭缝P的的带电粒子的速率等于粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷，粒子的荷质比越小比越小D2图365是质谱仪的工作原理示意图。带电图10 自学教材自学教材 1构造构造 (1)核心部分：两个核心部分：两个D形盒，置于巨大磁形盒，置于巨大磁铁之之间的真空容器中，如的真空容器中，如图366所示。所示。(2)粒子源：放于窄粒子源：放于窄缝中心附近。中心附近。(3)磁磁场：方向垂直于金属盒底面。：方向垂直于金属盒底面。(4)电场：两盒分：两盒分别接在周期性接在周期性变化的化的 的两极的两极上，窄上，窄缝中形成方向可中形成方向可变的加速的加速电场，方向垂直于窄，方向垂直于窄缝。图366交交变电源源自学教材1构造图366交变电源11 2工作原理及工作工作原理及工作过程程 (1)工作原理：利用工作原理：利用电场对带电粒子的粒子的加速加速作用和磁作用和磁场对带电粒子的粒子的 作用，作用，实现通通过多次加速多次加速获得高能量的得高能量的带电粒子。粒子。(2)工作工作过程：从位于两程：从位于两D形盒的形盒的缝隙中央隙中央处的粒子源放射的粒子源放射出的出的带电粒子，粒子，经两两D形盒形盒间的的电场 后，垂直磁后，垂直磁场方向方向进入某一入某一D形盒内，在洛形盒内，在洛伦兹力的作用下做力的作用下做 ，经磁磁场偏偏转半个周期后又回到半个周期后又回到缝隙。此隙。此时缝隙隙间的的电场方向恰好改方向恰好改变，带电粒子在粒子在缝隙中再一次被加速，以更大的速度隙中再一次被加速，以更大的速度进入另一入另一D形盒做匀速形盒做匀速圆周运周运动这样，带电粒子不断地被加速，直粒子不断地被加速，直至至带电粒子在粒子在D形盒沿螺旋形盒沿螺旋轨道逐道逐渐趋于盒的于盒的边缘，达到，达到预期期的速率后，用特殊装置把它的速率后，用特殊装置把它们引出。引出。偏偏转加速加速匀速匀速圆周运周运动2工作原理及工作过程偏转加速匀速圆周运动12 重点诠释重点诠释 重点诠释133.(双双选)1930年年劳伦斯制成了世界上第一台斯制成了世界上第一台 回旋加速器，其原理如回旋加速器，其原理如图367所示。所示。这台加速器由两个台加速器由两个铜质D形盒形盒D1、D2构成，构成，其其间留有空隙，下列留有空隙，下列说法正确的是法正确的是()A离子由加速器的中心附近离子由加速器的中心附近进入加速器入加速器 B离子由加速器的离子由加速器的边缘进入加速器入加速器 C离子从磁离子从磁场中中获得能量得能量 D离子从离子从电场中中获得能量得能量图367AD3.(双选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台图367A14